I.CÁC KHÁI NIỆM VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC STP BRIDGING LOOP
Backbonefast
Backbonefast tối ưu thời gian hội tụ cho bất kỳ sơ đồ mạng nào, cải tiến thời gian hội tụ khi có các hỏng hóc gián tiếp xảy ra. Khi một vài kết nối trực tiếp xảy ra, switch sẽ không chờ cho khoảng thời gian MaxAge hết. Các switch không nhận được hello BPDU sẽ chờ khoảng thời gian MaxAge trôi qua thì mới bắt đầu thử thay đổi mô hình STP.
Tính năng backbonefast sẽ làm các switch học các sự cố gián tiếp của spanning tree và hỏi các switch nằm ở lớp trên là các switch này có biết về sự cố hay không. Để thực hiện việc này, khi gói tin hello đầu tiên bị mất, switch sẽ gửi ra các frame truy vấn Root Link Query trên tất cả các cổng mà lẽ ra phải nhận được hello. RLQ sẽ hỏi switch láng giềng rằng switch láng giềng có còn nhận hello BPDU từ switch gốc. Nếu switch láng giềng đó đang gặp sự cố hỏng hóc trực tiếp, nó sẽ trả lời là đường đi từ nó về switch gốc đã mất. Khi biết được điều này, switch ban đầu sẽ tiếp tục tính toán lại mà không chờ khoảng thời gian MaxAge. Tất cả các switch trong sơ đồ mạng sẽ phải cấu hình tính năng backbonefast.
Trước hết chúng ta hãy nhớ lại định dạng của BPDU và cách thức mà chúng so sánh với nhau để tạo ra mô hình STP không bị lặp cho mạng dùng switch.
|
Field Description |
Number of Bytes |
|---|---|
|
Protocol ID (always 0) |
2 |
|
Version (always 0) |
1 |
|
Message Type (Configuration or TCN BPDU) |
1 |
|
Flags |
1 |
|
Root Bridge ID |
8 |
|
Root Path Cost |
4 |
|
Sender Bridge ID |
8 |
|
Port ID |
2 |
|
Message Age (in 256ths of a second) |
2 |
|
Maximum Age (in 256ths of a second) |
2 |
|
Hello Time (in 256ths of a second) |
2 |
|
Forward Delay (in 256ths of a second) |
2 |
Một BPDU được coi là tốt hơn BPDU khác khi:
Nó có BridgeID tốt hơn ( BID) ( giá trị thấp hơn sẽ tốt hơn )
Khi BID bằng nhau thì sẽ so sánh tiếp chi phí nhỏ nhất đi về switch gốc
Khi BID bằng nhau và tổng chi phí đi về switch gốc cũng bằng nhau thì so sánh tiếp SenderBID.
Nếu các giá trị trên đều bằng nhau thi so sánh tiếp PortID.
Ta sẽ xem xét tiếp STP sẽ xử lí như thế nào đối với kết nối gián tiếp bị chết:
HÌNH 1
Ba Switch R , B , S đang kết nối lưới toàn phần với nhau . Giả sử STP đã hội tụ và R đang là switch gốc, switch S đang có một cổng bị khóa là P . Tiến trình ứng phó của STP đối với kết nối gián tiếp bị chết sẽ xảy ra như sau :
1 . Nếu kết nối L1 bị chết , B sẽ nhận thấy kết nối trực tiếp của mình vừa bị chết và lập tức tự nhận mình là switch gốc. Nó gửi BPDU cho S thông báo rằng nó là switch gốc mới.
2 . Khi S nhận được BPDU mới này , nó nhận thấy đây là một BPDU có độ ưu tiên kém hơn, kém chất lượng hơn BPDU nó đang lưu trên cổng P nên S sẽ bỏ qua BPDU này .
3 . Sau khi khoảng thời gian MaxAge đã hết hạn , S sẽ xóa thông tin BPDU chứa trong cổng P. Công P lúc này sẽ chuyển sang trạng thái lắng nghe và gửi 1 BPDU tốt hơn cho B .
4. Khi B nhận được BPDU mới tốt hơn , nó sẽ không gửi ra BPDU của nó nữa .
5. cổng P chuyển từ trạng thái lắng nghe và trạng thái học địa chỉ MAC mất 30 giây, cộng thêm khoảng thời gian MaxAge là 20s nữa, như vậy phải mất 50s thì mạng mới hoạt động lại bình thường được. Tính năng BackboneFast cho phép chúng ta tiết kiệm được khoảng thời gian MaxAge 20s bằng cách xóa các thông tin BPDU trên một cổng ngay lập tức nếu cổng đó nhận được một BPDU có độ ưu tiên thấp hơn. Khi một switch gửi đi một BPDU có độ ưu tiên thấp hơn, nghĩa là switch này đã mất kết nối đến switch gốc và bắt đầu gửi một BPDU có độ ưu tiên thấp hơn. Tổng chi phí dẫn đến switch gốc tăng lên.
HÌNH 2
HÌNH 3
Chú ý trường hợp ngoại lệ sau đây đối với kết nối gián tiếp bị sự cố:
HÌNH 4
Kết nối bị sự cố xảy ra giữa R và Hub, B sẽ không phát hiện được kết nối đã chết ngay lập tức mà phải đợi cho đến khi MaxAge hết hạn mới phát hiện được. BackboneFast sẽ xử lí như thế nào đối với trường hợp kết nối gián tiếp bị sự cố? Khi nhận được một BPDU có độ ưu tiên thấp hơn, thay vì switch phải thụ động đợi cho MaxAge hết hạn, switch sẽ chủ động “ping” switch gốc bằng một loại frame đặc biệt gọi là Root Link Query PDU. Nó cho phép switch nhanh chóng xác định được BPDU nó lưu trên non-designated port là còn giá trị hay là phải loại bỏ đi.
HÌNH 5
Khi nhận được một BPDU có độ ưu tiên thấp hơn từ designated bridge, Switch sẽ gửi yêu cầu RLQ trên tất cả các cổng non-designated (block port và root port), ngoại trừ cổng mà nó nhận vào và cổng thuộc loại tự lặp. Cổng tự lặp là port có kết nối với một cổng khác trên cùng một switch và tạo thành vòng lặp. Khi nhận được thông điệp trả lời RLQ, nếu được trả lời là “negative”, tức là cổng này đã mất kết nối đến switch gốc và Switch ngay lập tức xóa thông tin BPDU lưu trên cổng này. Thêm vào đó, nếu như switch nhận được trả lời RLQ đều là “ negative” nghĩa là Switch đã mất đường đi về switch gốc và bắt đầu tính toán lại STP từ đầu. Nếu nhận được trả lời RLQ là “ok” thì Switch ngay lập tức xóa các thông tin trên cổng nhận được BPDU có độ ưu tiên thấp hơn ban đầu ngay. Ví dụ: các cổng A, B, D, E là các cổng non-desinagted của Switch S, A là cổng gốc, B, D, E là cổng bị khóa. Khi cổng E nhận được BPDU có độ ưu tiên thấp hơn thì backbone fast sẽ kích hoạt và làm giảm thời gian hội tụ xuống.
HÌNH 6
Switch S gửi yêu cầu RLQ trên tất cả các cổng non-designated (ngoại trừ cổng E là cổng nhận BPDU có độ ưu tiên thấp hơn).
HÌNH 7
RLQ trả lời sẽ chỉ ra rằng, có thể đến đựợc switch gốc bằng cổng này này hay không? Cổng D nhận được thông tin “không đến được switch gốc”. Switch S sẽ xóa các thông tin trên cổng D và chuyển sang trạng thái lắng nghe, tuy nhiên lúc này cổng E vẫn chưa bị xóa thông tin do Switch S vẫn chưa biết rõ là mình còn đến được switch gốc nữa hay không (phải chờ thêm các thông tin khác nữa).
HÌNH 8
Cổng A và cổng B nhận được trả lời RLQ chỉ ra rằng vẫn còn kết nối tới R. Thông tin BPDU trên cổng E bây giờ có thể bị xóa ngay.
HÌNH 9
Cổng E chuyển sang trạng thái lắng nghe, không phải chờ đến thời gian MaxAge hết hạn nữa. Thuật toán STP sẽ quyết định cổng E hay cổng D là ở trạng thái khóa hay trạng thái chuyển tiếp.
Tóm tắt
Nếu BPDU có độ ưu tiên thấp hơn được nhận trên một cổng đang ở trạng thái khóa, Switch sẽ dò tìm đường đi đến switch gốc thông qua các cổng non-designated thông qua cổng gốc hay các cổng bị khóa khác. Nếu BPDU có độ ưu tiên thấp hơn được nhận trên cổng gốc, Switch sẽ tìm đường đi đến switch gốc khác thông qua các cổng bị khóa khác. Nếu BPDU có độ ưu tiên thấp hơn được nhận trên cổng gốc và switch này không có cổng nào bị khóa cả thì Switch coi như đã mất kết nối tới switch gốc và nó sẽ bắt đầu lại giải thuật STP bằng cách giả sử mình là switch gốc và gửi đi BPDU. Backbone fast trong trường hợp này cho phép loại bỏ đi khoảng thời gian MaxAge và lập tức chuyển sang trạng thái lắng nghe. Rõ ràng Switch phải đợi nhận được tất cả các trả lời RLQ trong đó có ít nhất một trả lời RLQ đến được switch gốc thì Switch mới loại bỏ thông tin trên cổng nhận BPDU có độ ưu tiên thấp hơn. Như vậy để tiết kiệm được thời gian MaxAge thì switch phải chịu một khoảng thời gian trễ để đợi các trả lời RLQ. Tuy nhiên khoảng thời gian trễ này rất thấp, chỉ khoảng vài giây nên vẫn đảm bảo cho vấn đề tiết kiệm thời gian MaxAge. Khi bật tính năng backbone fast phải bật trên tất cả các switch, vì tất cả các switch phải xử lý các RLQ BPDU. Tính năng này được áp dụng cho lớp lõi và trường hợp kết nối gián tiếp bị sự cố.
