Tác dụng và Cách cấu hình Giao thức STP (Spanning Tree Protocol)

Spanning tree là gì?

STP (Spanning Tree Protocol) là một giao thức mạng được sử dụng để ngăn chặn các vòng lặp trong các mạng Ethernet bằng cách chọn một cấu hình mạng thụ động duy nhất mà các khung dữ liệu Ethernet có thể tuân theo để đảm bảo rằng không có vòng lặp nào trong mạng.

hình ảnh minh họa giao thức STP
hình ảnh minh họa giao thức STP

Giao thức Spanning Tree (STP) là một giao thức mạng được sử dụng trong các mạng Ethernet để ngăn chặn và loại bỏ các vòng lặp trong cấu trúc mạng chuyển mạch (switched network).

Giao thức Spanning Tree hoạt động ở tầng 2 trong mô hình OSI, cụ thể là tầng mạng cấu hình (Data Link Layer). Nó quản lý các thiết bị mạng như bridge và switch để ngăn chặn vòng lặp trong mạng.

Giao thức Spanning Tree được chuẩn hóa dưới IEEE 802.1D. Chuẩn này xác định các quy tắc và thuật toán cụ thể mà các thiết bị mạng phải tuân theo để xây dựng cây liên kết và loại bỏ các vòng lặp.

Mục tiêu chính của STP là ngăn chặn và loại bỏ các vòng lặp trong mạng. Vòng lặp có thể dẫn đến các vấn đề như lưu lượng mạng trôi dạt, trạng thái đính kèm của gói tin, và làm quá tải các thiết bị mạng. STP giúp đảm bảo rằng chỉ có một đường dẫn duy nhất giữa các thiết bị mạng, đồng thời các đường dẫn dự phòng được xác định để sử dụng khi đường dẫn chính gặp sự cố.

Tác dụng của giao thức spanning tree?

vai trò của giao thức Spanning Tree
vai trò của giao thức Spanning Tree

Giao thức STP có một số tác dụng quan trọng trong mạng Ethernet:

  • Loại bỏ vòng lặp: Tác dụng quan trọng nhất của STP là ngăn chặn và loại bỏ các vòng lặp trong mạng. Khi có nhiều đường dẫn giữa các switch trong mạng, vòng lặp có thể xảy ra dễ dàng, và chúng có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng như lưu lượng mạng trôi dạt (broadcast storms) và làm quá tải các thiết bị mạng. STP giúp đảm bảo rằng chỉ có một đường dẫn hoạt động trong mạng, đồng thời tạo ra các đường dẫn dự phòng để sử dụng khi đường dẫn chính gặp sự cố.
  • Cung cấp dự phòng: STP cung cấp tính sẵn sàng và tin cậy cho mạng bằng cách tự động chuyển từ các đường dẫn dự phòng sang đường dẫn chính khi cần thiết. Nếu một đường dẫn chính gặp sự cố (ví dụ: một switch bị hỏng), STP sẽ kích hoạt một đường dẫn dự phòng để thay thế ngay lập tức.
  • Phân phối tải: Một số biến thể của STP, như Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) và Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP), cho phép phân phối tải trên các đường dẫn chính và dự phòng. Điều này có nghĩa là mạng có thể sử dụng nhiều đường dẫn đồng thời để tải lưu lượng mạng và tăng hiệu suất.
  • Quản lý cấu hình: STP cung cấp khả năng tự động cấu hình cây liên kết của mạng, giúp giảm thiểu công việc cấu hình thủ công và tiềm ẩn sai sót. Khi mạng thay đổi (thêm hoặc loại bỏ switch, cổng, hoặc đường dẫn), STP sẽ cập nhật cây liên kết mạng một cách tự động.

STP đảm bảo tính ổn định, sẵn sàng, và tin cậy của mạng Ethernet bằng cách loại bỏ vòng lặp và quản lý đường dẫn mạng một cách hiệu quả. Điều này giúp tránh được các vấn đề tiềm ẩn và đảm bảo rằng mạng hoạt động một cách trơn tru và hiệu quả.

Cách giao thức Spanning Tree hoạt động

Giao thức Spanning Tree hoạt động bằng cách xác định cây liên kết (spanning tree) trong một mạng Ethernet để loại bỏ các vòng lặp và đảm bảo tính ổn định của mạng.

Xác định Bridge Root:

  • Mạng STP bắt đầu bằng việc các switch trong mạng xác định bản sao của mình gọi là Bridge Identifier (ID Bridge).
  • Bridge ID bao gồm Bridge Priority (ưu tiên cầu truyền) và địa chỉ MAC của switch (MAC Address).
  • Ban đầu, mọi switch tự xem mình là Root Bridge ứng với Bridge Priority thấp nhất.
minh họa cách xác định Root bridge
minh họa cách xác định Root bridge

Chọn Root Bridge:

  • Các switch trong mạng gửi thông điệp Bridge Protocol Data Units (BPDU) qua các cổng của mình để thông báo về Bridge ID của mình.
  • Khi một switch nhận được BPDU từ một switch khác, nó so sánh thông tin Bridge ID trong BPDU với Bridge ID của mình.
  • Nếu Bridge ID trong BPDU là thấp hơn, switch sẽ cập nhật Bridge ID của mình và chuyển tiếp BPDU này.
  • Quá trình này tiếp tục cho đến khi một switch trở thành Root Bridge với Bridge ID thấp nhất trong mạng.
minh họa cách chọn Root bridge
minh họa cách chọn Root bridge

Tính toán đường dẫn đến Root Bridge:

  • Sau khi Root Bridge đã được xác định, mỗi switch tính toán đường dẫn tới Root Bridge thông qua các cổng của mình.
  • Switch gán một Metric (đánh giá) cho mỗi đường dẫn, thường là khoảng cách đến Root Bridge dựa trên số lần truyền đi qua các switch khác.
  • Switch chọn một cổng có Metric thấp nhất để trở thành đường dẫn chính đến Root Bridge và tắt các cổng còn lại.
minh họa cách tính toán đường dẫn đến Root Bridge
minh họa cách tính toán đường dẫn đến Root Bridge

Loại bỏ các đường dẫn dự phòng:

  • STP xác định các đường dẫn dự phòng bằng cách chọn các đường dẫn không chính để trở thành các đường dẫn dự phòng.
  • Các đường dẫn dự phòng được sử dụng khi đường dẫn chính gặp sự cố, đảm bảo tính sẵn sàng và tin cậy của mạng.
minh họa cách Loại bỏ Các Đường Dẫn Dự Phòng
minh họa cách Loại bỏ Các Đường Dẫn Dự Phòng

Theo dõi và cập nhật:

  • STP duy trì theo dõi liên tục về trạng thái của các đường dẫn và Root Bridge.
  • Khi một sự cố xảy ra (như sự cố switch hoặc cổng), STP sẽ cập nhật cây liên kết và chuyển đổi sang các đường dẫn dự phòng nếu cần.

Truyền BPDU định kỳ:

  • Các switch liên tục truyền các BPDU để duy trì thông tin cấu trúc mạng.
  • Nếu một switch ngừng truyền BPDU trong một khoảng thời gian, các switch khác có thể xem xét rằng nó đã gặp sự cố và thực hiện cập nhật cây liên kết.
minh họa cách Truyền BPDU
minh họa cách Truyền BPDU

Lệnh cấu hình STP trên Switch Cisco

hình ảnh Core Switch Cisco

Để cấu hình giao thức Spanning Tree trên một switch Cisco, bạn cần truy cập giao diện dòng lệnh (CLI – Command Line Interface) của switch thông qua Telnet, SSH, hoặc console. Dưới đây là một ví dụ cơ bản về cách cấu hình STP trên một switch Cisco sử dụng giao thức STP chuẩn (IEEE 802.1D):

1. Truy cập Command Line Interface (CLI):

Sử dụng một phần mềm kết nối SSH, Telnet hoặc console để truy cập giao diện dòng lệnh của switch Cisco.

Đăng nhập bằng tài khoản quản trị có đặc quyền để thực hiện các thay đổi cấu hình.

2. Vào chế độ cấu hình:

Sau khi đăng nhập, bạn cần vào chế độ cấu hình bằng cách nhập lệnh sau:

enable
configure terminal

3. Cấu hình giao thức STP:

Để cấu hình giao thức Spanning Tree, bạn sử dụng lệnh spanning-tree trong chế độ cấu hình. Dưới đây là ví dụ cách cấu hình giao thức STP:

spanning-tree mode <mode>

Trong đó <mode> là chế độ STP bạn muốn sử dụng. Các chế độ thường gặp bao gồm:

  • Spanning-tree mode pvst: Per-VLAN Spanning Tree, cho phép STP cho từng VLAN riêng biệt.
  • Spanning-tree mode rapid-pvst: Rapid Per-VLAN Spanning Tree, phiên bản cải tiến của PVST với thời gian hồi phục nhanh hơn.
  • Spanning-tree mode mst: Multiple Spanning Tree, cho phép định cấu hình nhiều cây liên kết Spanning Tree trên cùng một switch.

Ví dụ:

spanning-tree mode pvst

4. Lưu cấu hình:

Sau khi bạn đã cấu hình giao thức STP, hãy lưu cấu hình để đảm bảo rằng nó sẽ tự động khởi động lại sau khi switch được khởi động lại. Sử dụng lệnh sau:

end
write memory

Hoặc bạn có thể sử dụng lệnh ngắn gọn “wr” thay cho “write memory”.

5. Thoát khỏi chế độ cấu hình:

Cuối cùng, thoát khỏi chế độ cấu hình bằng lệnh sau:

exit

Xem thêm các bài viết khác về tính năng Switch: