STP – Giải thích về giao thức cây kéo dài

Tại sao chúng ta cần STP?

Đây là một số tình huống khi Giao thức Spanning Tree quan trọng:

• Độ tin cậy (khả năng chịu lỗi) của mạng tăng theo cấp số nhân khi đưa ra tính năng dự phòng.
• Chuyển tràn lưu lượng ra tất cả các cổng, khi lưu lượng cần được gửi đến một đích chưa xác định.
• Lưu lượng phát sóng và đa hướng được chuyển tiếp đến mọi cổng, ngoại trừ cổng mà lưu lượng đến.
• Giao thức Spanning-Tree được sử dụng để tạo cấu trúc liên kết logic không có vòng lặp từ cấu trúc liên kết vật lý có các vòng lặp.

STP hoạt động như thế nào? Ví dụ

Cây khung sử dụng thuật toán để tìm kiếm các liên kết dư thừa trong LAN và chọn những con đường tốt nhất. Nó chủ yếu được sử dụng để chuyển tiếp hoặc chặn tất cả các liên kết.

Sau quá trình này, tất cả các liên kết không có liên kết dự phòng có thể sẽ ở trạng thái chuyển tiếp. Những link dư thừa không tốt bằng những link đã chọn sẽ bị chặn. Spanning Tree không bao giờ sử dụng nhiều liên kết đến cùng một đích. Không có tính năng chia sẻ tải với Spanning Tree.

Các loại STP

Dưới đây là các loại Giao thức Spanning Tree khác nhau:

Tiêu chuẩn	Mô tả	Viết tắt
IEEE 802. 1D.	Ngăn ngừa vòng lặp Tự động cấu hình lại cây trong trường hợp có bất kỳ thay đổi nào Hội tụ chậm (lên tới 50 bps)	STP
IEEE 802. 1 tuần	Giao thức cây kéo dài nhanh STP được cải thiện với khả năng hội tụ nhanh hơn Tương thích ngược với STP	RSTP
IEEE 802. 1Q	Mạng LAN ảo Xác định 1 cây bao trùm chung cho tất cả các VLAN	CST
Cisco Proprietary	Mỗi cây kéo dài Vlan Phiên bản 1STP trên mỗi Vlan PVST+ là biến thể cải tiến của PVST	PVRST+ hoặcR-PVST+
Cisco Proprietary	Mỗi cây kéo dài nhanh Vlan	PVRST+ hoặcR-PVST+
IEEE 802.1s	Giao thức nhiều Spanning Tree Nhiều phiên bản Vlan được ánh xạ tới 1 STP.	MSTP hoặcMl STP

Tiêu chí cho cây bao trùm

Ba tiêu chí cho vòng lặp Spanning Tree giúp quyết định giao diện đó ở trạng thái chuyển tiếp là:

• Tất cả các giao diện trên cầu gốc phải được đặt ở trạng thái chuyển tiếp.
• Đối với những cây cầu khác không phải là cầu gốc, cổng gần cầu gốc nhất sẽ được đặt ở trạng thái chuyển tiếp.
• Cây cầu có khoảng cách quản trị viên thấp nhất đến cây cầu gốc được gọi là cây cầu được chỉ định.

Giai đoạn của giao thức STP

Bốn giai đoạn của trạng thái Cảng Spanning-Tree là:

Trạng thái chặn

Trạng thái chặn là một cổng không được chỉ định và nó không bao giờ tham gia chuyển tiếp khung. Giới hạn thời gian của nó là 20 giây hoặc không giới hạn. Giao diện luôn chuyển sang trạng thái chặn khi bạn bật STP.

Trạng thái nghe

Trạng thái nghe là trạng thái đầu tiên. Đó là một giao diện được nhập sau trạng thái chặn. Giao diện giúp bạn xác định giao diện đó sẽ tham gia chuyển tiếp khung.

Trạng thái lắng nghe thực hiện các chức năng sau:

• Loại bỏ các khung nhận được trên cổng
• Không học địa chỉ
• Nhận BPDU

Trạng thái học tập

Trạng thái học tập giúp chuẩn bị cho việc tham gia chuyển tiếp khung. Giao diện cho phép chúng ta vào trạng thái học tập từ phương tiện nghe.

Trạng thái học thực hiện các chức năng sau:

• Loại bỏ các khung nhận được trên cổng
• Nhận BPDU
• Tìm hiểu địa chỉ

Trạng thái chuyển tiếp

Một giao diện trong trạng thái chuyển tiếp tạo thành các khung chuyển tiếp. Giao diện này nhập trạng thái chuyển tiếp từ trạng thái học tập thực hiện các chức năng sau:

• Nhận và chuyển tiếp các khung được nhận trên cổng
• Tìm hiểu địa chỉ
• Nhận BPDU

Trạng thái bị vô hiệu hóa

Trạng thái này không tham gia vào vòng lặp Spanning Tree vì cổng bị vô hiệu hóa về mặt quản trị và thời gian của nó cũng không giới hạn.

Giao diện bị vô hiệu hóa thực hiện các chức năng sau:

• Loại bỏ các khung nhận được trên cổng
• Không học địa chỉ
• Không nhận BPDU

Các thuật ngữ quan trọng được sử dụng trong Giao thức Spanning Tree

Dưới đây là một số thuật ngữ quan trọng được sử dụng

Cầu

Bridge là thành phần quan trọng của VTP, kết nối hai hoặc nhiều phân đoạn mạng LAN.

Cầu gốc (RB)

Nó là cây cầu cung cấp điểm kết nối cho tất cả các phân đoạn. Tất cả các cầu nối trong mạng LAN đều có đường dẫn đến thư mục gốc. STP cho phép bạn chọn cầu gốc một cách tự động. Tuy nhiên, nếu quản trị viên mạng STP muốn, họ có thể thay đổi RB tùy theo mạng.

Cầu không root (NRB)

Cầu gốc trưa là bất kỳ cây cầu nào không phải là cầu gốc.

Cổng gốc (RP)

Cổng gốc là cổng dẫn tới Root Bridge.

Cổng chỉ định (DP):

Mỗi phân đoạn LAN có 1 Cổng được chỉ định. Mỗi cây cầu cũng nhận được các khung từ DP và chuyển chúng qua RP của nó tới Root Bridge.

ID cổng:

ID cổng giúp bạn quyết định cổng gốc. Nó bao gồm giá trị ưu tiên 1 byte có thể định cấu hình và số cổng duy nhất của mỗi cầu.

Chi phí đường dẫn (PC):

Chi phí đường dẫn, còn được gọi là PC, giúp quyết định cấu trúc liên kết tốt nhất liên quan đến tốc độ chuyển tiếp. STP sử dụng khái niệm Chi phí đường đi.

Cổng được chỉ định

Cổng được chỉ định là cổng bị vô hiệu hóa và bị quản trị viên mạng chặn. Cổng này không thể gửi gói đến một công tắc khác. Nó cũng không phải là địa chỉ MAC được điền trên bảng MAC.

Cổng không được chỉ định

Cổng không được chỉ định là cổng chuyển mạch bị chặn. Nó còn được gọi là cổng bị chặn hoặc đôi khi là cổng thay thế. Nó không thể chuyển tiếp các gói tới switch tiếp theo. Nó cũng không cư trú Địa chỉ MAC trong bảng MAC.

RSTP:

Giao thức cây kéo dài nhanh (RSTP) là giao thức mạng đảm bảo cấu trúc liên kết không có vòng lặp cho mạng Ethernet.

Đơn vị dữ liệu giao thức cầu nối (BPDU)

Giao thức Spanning Tree yêu cầu thiết bị mạng STP trao đổi tin nhắn để trợ giúp từ cấu trúc liên kết logic không có vòng lặp. Những thông báo này được gọi là BPDUS (Đơn vị dữ liệu giao thức cầu nối). Mỗi thiết bị mạng gửi BPDU, giúp trao đổi thông tin cấu trúc liên kết.

BPDUS giúp các thiết bị chuyển mạch thực hiện những việc sau:

• Chọn một switch duy nhất sẽ đóng vai trò là gốc của cây bao trùm
• BPDUS cũng giúp tính toán đường đi ngắn nhất từ ​​chính nó đến switch gốc, được chỉ định là một trong những switch gần nhất với Root cho mỗi phân đoạn LAN.
• Chọn một trong các cổng của nó làm cổng gốc (nếu đó là cổng không có switch)
• Chọn cổng nằm trong thuật toán cây bao trùm được gọi là cổng được chỉ định.
• Chặn các cổng không được chỉ định.

Cấu hình BPDU

Nó là ID cầu nối duy nhất của thiết bị gốc trong cấu trúc liên kết mạng. Nó hoạt động như một ID cầu nối của cầu truyền, một mã định danh của cổng truyền.

Thông báo thay đổi cấu trúc liên kết (TCN) BPDU

Một thiết bị mạng được chọn làm cầu nối gốc. Khoảng cách ngắn nhất tới cầu gốc phải được tính cho từng thiết bị mạng dựa trên chi phí đường dẫn.

Một cây cầu được chỉ định cho mỗi phân đoạn mạng LAN sẽ được chọn. Đây cũng là thiết bị mạng gần bridge gốc nhất nên cần chuyển tiếp về root. Đây là cổng cung cấp đường đi tốt nhất từ ​​bridge tới bất kỳ root bridge nào.

Sự khác biệt giữa STP và RSTP

STP	RSTP
Trong STP, cầu nối chỉ gửi BPDU khi được xem xét trên RP (giao thức gốc) của chúng từ RB (cầu nối gốc).	RSTP cho phép switch gửi BPDU mỗi lần hello time.
STP bao gồm 2 loại cổng: Root Port và Designated Port	Phương thức RSTP bao gồm cổng bổ sung, Cổng thay thế và Cổng dự phòng.

Tổng kết

Giao thức STP được định nghĩa là giao thức quản lý liên kết được thiết kế để hỗ trợ các liên kết dự phòng dừng chuyển mạch vòng trong mạng STP.

Tiểu bang	Mô tả	Xử lý BPDU	Tìm hiểu MAC
Quốc tế	Khởi tạo một cổng.	KHÔNG	KHÔNG
Bị vô hiệu hóa	Trạng thái hành chính không tham gia vào các hoạt động tiêu chuẩn STP.	KHÔNG	Không
Chặn	Cổng không chuyển tiếp khung Ethernet.	Có (chỉ nhận và xử lý BPDUS)	Không
Listening	Việc tính toán cấu trúc liên kết không có vòng lặp được thực hiện ở trạng thái STP này. Cảng được giao vai trò của nó.	Có (Gửi và nhận BPDUS)	KHÔNG
Học	Đây là trạng thái bổ sung để trì hoãn việc chuyển tiếp khung Ethernet, giúp bạn tránh làm ngập mạng.	Có	Có (bảng địa chỉ MAC phổ biến)
Chuyển tiếp	Hoạt động bình thường của việc chuyển tiếp khung Ethernet.	Có	Có