Bạn có thể tìm thấy rất nhiều tài liệu về giao thức RSTP trên Internet. Trong bài viết này, tôi đề xuất so sánh giao thức RSTP với giao thức độc quyền từ – Dự phòng vòng mở rộng.
Chi tiết triển khai RSTP
Tổng quan
Thời gian hội tụ – 1-10 giây
Cấu trúc liên kết có thể - bất kì
Người ta tin rằng RSTP chỉ cho phép các công tắc được kết nối thành một vòng:
Nhưng RSTP cho phép bạn kết nối các thiết bị chuyển mạch theo bất kỳ cách nào bạn muốn. Ví dụ: RSTP có thể xử lý cấu trúc liên kết này.
Nguyên tắc hoạt động
RSTP giảm bất kỳ cấu trúc liên kết nào thành một cây. Một trong những switch trở thành trung tâm của cấu trúc liên kết - switch gốc. Root switch mang nhiều dữ liệu nhất qua chính nó.
Nguyên lý hoạt động của RSTP như sau:
- nguồn điện được cung cấp cho các công tắc;
- công tắc gốc được chọn;
- các switch còn lại xác định đường dẫn nhanh nhất tới root switch;
- các kênh còn lại bị chặn và trở thành kênh dự phòng.
Chọn Root Switch
Chuyển mạch với các gói BPDU trao đổi RSTP. BPDU là gói dịch vụ chứa thông tin RSTP. BPDU có hai loại:
- Cấu hình BPDU.
- Thông báo thay đổi cấu trúc liên kết.
Cấu hình BPDU được sử dụng để xây dựng cấu trúc liên kết. Chỉ có switch gốc mới gửi nó. Cấu hình BPDU chứa:
- ID người gửi (ID cầu nối);
- ID cầu gốc;
- mã định danh của cổng mà gói này được gửi (ID cổng);
- chi phí của tuyến đường đến root switch (Root Path Cost).
Bất kỳ công tắc nào cũng có thể gửi Thông báo thay đổi cấu trúc liên kết. Chúng được gửi khi cấu trúc liên kết thay đổi.
Sau khi bật, tất cả các switch đều coi mình là root switch. Họ bắt đầu truyền các gói BPDU. Ngay khi một switch nhận được BPDU có Bridge ID thấp hơn chính nó, nó sẽ không còn coi mình là root switch nữa.
ID cầu bao gồm hai giá trị - địa chỉ MAC và Ưu tiên cầu. Chúng tôi không thể thay đổi địa chỉ MAC. Bridge Priority theo mặc định là 32768. Nếu bạn không thay đổi Bridge Priority, switch có địa chỉ MAC thấp nhất sẽ trở thành root switch. Công tắc có địa chỉ MAC nhỏ nhất là công tắc cũ nhất và có thể không hoạt động hiệu quả nhất. Bạn nên xác định thủ công switch gốc của cấu trúc liên kết của mình. Để thực hiện việc này, bạn cần định cấu hình Mức độ ưu tiên cầu nhỏ (ví dụ: 0) trên root switch. Bạn cũng có thể xác định một root switch dự phòng bằng cách đặt cho nó Bridge Priority cao hơn một chút (ví dụ: 4096).
Chọn đường dẫn tới root switch
Root switch gửi gói BPDU tới tất cả các cổng đang hoạt động. BPDU có trường Chi phí đường đi. Chi phí đường dẫn biểu thị chi phí của đường dẫn. Chi phí của đường đi càng cao thì thời gian truyền gói tin càng lâu. Khi BPDU đi qua một cổng, chi phí sẽ được thêm vào trường Chi phí đường dẫn. Số được thêm vào được gọi là Chi phí cổng.
Thêm một giá trị nhất định vào Chi phí đường dẫn khi BPDU đi qua một cổng. Giá trị thêm vào được gọi là chi phí cổng và có thể được xác định theo cách thủ công hoặc tự động. Chi phí cổng có thể được xác định bằng tay hoặc tự động.
Khi một switch không phải root có nhiều đường dẫn thay thế tới root, nó sẽ chọn đường dẫn nhanh nhất. Nó so sánh Chi phí đường dẫn của các đường dẫn này. Cổng mà BPDU đi kèm với Chi phí đường dẫn thấp nhất sẽ trở thành Cổng gốc.
Chi phí của các cổng được chỉ định tự động có thể được xem trong bảng:
Tốc độ truyền cổng
Chi phí cảng
10 Mb/giây
2 000 000
100 Mb/giây
200 000
1 Gb / s
20 000
10 Gb / s
2 000
Vai trò và trạng thái của cổng
Cổng chuyển đổi có một số trạng thái và vai trò cổng.
Trạng thái cổng (đối với STP):
- Đã tắt - không hoạt động.
- Chặn – nghe BPDU nhưng không truyền. Không truyền dữ liệu.
- Listen – lắng nghe và truyền BPDU. Không truyền dữ liệu.
- Học tập – lắng nghe và truyền BPDU. Chuẩn bị truyền dữ liệu - điền vào bảng địa chỉ MAC.
- Chuyển tiếp – chuyển tiếp dữ liệu, lắng nghe và truyền BPDU.
Thời gian hội tụ STP là 30-50 giây. Sau khi bật công tắc, tất cả các cổng sẽ chuyển qua tất cả các trạng thái. Cổng vẫn ở mỗi trạng thái trong vài giây. Nguyên lý hoạt động này chính là lý do tại sao STP có thời gian hội tụ dài như vậy. RSTP có ít trạng thái cổng hơn.
Trạng thái cổng (đối với RSTP):
- Loại bỏ - không hoạt động.
- Loại bỏ – lắng nghe BPDU nhưng không truyền. Không truyền dữ liệu.
- Loại bỏ – lắng nghe và truyền BPDU. Không truyền dữ liệu.
- Học tập – lắng nghe và truyền BPDU. Chuẩn bị truyền dữ liệu - điền vào bảng địa chỉ MAC.
- Chuyển tiếp – chuyển tiếp dữ liệu, lắng nghe và truyền BPDU.
- Trong RSTP, các trạng thái Vô hiệu hóa, Chặn và Nghe được kết hợp thành một – Loại bỏ.
Vai trò của cổng:
- Cổng gốc – cổng mà dữ liệu được truyền đi. Nó đóng vai trò là đường dẫn nhanh nhất tới root switch.
- Cổng được chỉ định - cổng mà dữ liệu được truyền đi. Được xác định cho từng phân đoạn mạng LAN.
- Cổng thay thế - cổng mà dữ liệu không được truyền đi. Nó là một đường dẫn thay thế đến root switch.
- Cổng dự phòng – cổng mà dữ liệu không được truyền qua. Đó là đường dẫn dự phòng cho một phân đoạn trong đó một cổng hỗ trợ RSTP đã được kết nối. Cổng dự phòng được sử dụng nếu hai kênh chuyển mạch được kết nối với một phân đoạn (trung tâm đọc).
- Cổng bị vô hiệu hóa – RSTP bị tắt trên cổng này.
Việc lựa chọn Root Port đã được mô tả ở trên. Cổng chỉ định được chọn như thế nào?
Trước hết, hãy xác định phân đoạn mạng LAN là gì. Đoạn LAN là một miền xung đột. Đối với bộ chuyển mạch hoặc bộ định tuyến, mỗi cổng tạo thành một miền xung đột riêng biệt. Phân đoạn LAN là một kênh giữa các thiết bị chuyển mạch hoặc bộ định tuyến. Nếu chúng ta nói về hub thì hub có tất cả các cổng của nó trong cùng một miền xung đột.
Chỉ có một Cổng được chỉ định được chỉ định cho mỗi phân đoạn.
Trong trường hợp các phân đoạn đã có Cổng gốc, mọi thứ đều rõ ràng. Cổng thứ hai trên đoạn trở thành Cổng được chỉ định.
Nhưng vẫn còn các kênh dự phòng, trong đó sẽ có một Cổng được chỉ định và một Cổng thay thế. Họ sẽ được chọn như thế nào? Cổng được chỉ định sẽ là cổng có Chi phí đường dẫn tới root switch thấp nhất. Nếu Chi phí đường dẫn bằng nhau thì Cổng được chỉ định sẽ là cổng nằm trên switch có ID cầu thấp nhất. Nếu và ID cầu bằng nhau thì Cổng được chỉ định sẽ trở thành cổng có số thấp nhất. Cổng thứ hai sẽ là Cổng thay thế.
Có một điểm cuối cùng: khi nào vai trò Sao lưu được gán cho một cổng? Như đã viết ở trên, cổng Dự phòng chỉ được sử dụng khi hai kênh chuyển mạch được kết nối với cùng một phân đoạn, tức là với hub. Trong trường hợp này, Cổng chỉ định được chọn bằng cách sử dụng chính xác các tiêu chí giống nhau:
- Chi phí đường dẫn thấp nhất tới root switch.
- ID cầu nhỏ nhất.
- ID cổng nhỏ nhất.
Số lượng thiết bị tối đa trên mạng
Chuẩn IEEE 802.1D không có yêu cầu nghiêm ngặt về số lượng thiết bị trên mạng LAN có RSTP. Nhưng tiêu chuẩn khuyến nghị sử dụng không quá 7 công tắc trong một nhánh (không quá 7 bước nhảy), tức là. không quá 15 trong một vòng. Khi vượt quá giá trị này, thời gian hội tụ của mạng bắt đầu tăng lên.
Chi tiết triển khai ERR.
Tổng quan
Thời gian hội tụ
Thời gian hội tụ ERR là 15 ms. Với số lượng công tắc tối đa trong vòng và sự hiện diện của ghép nối vòng – 18 ms.
Cấu trúc liên kết có thể
ERR không cho phép các thiết bị được kết hợp tự do dưới dạng RSTP. ERR có cấu trúc liên kết rõ ràng có thể được sử dụng:
- The Ring
- Nhẫn trùng lặp
- Ghép nối tối đa ba chiếc nhẫn
The Ring
Khi ERR kết hợp tất cả các công tắc thành một vòng, thì trên mỗi công tắc cần phải định cấu hình các cổng sẽ tham gia xây dựng vòng.
Nhẫn đôi
Các công tắc có thể được kết hợp thành một vòng đôi, giúp tăng đáng kể độ tin cậy của vòng.
Hạn chế của vòng đôi:
- Không thể sử dụng vòng kép để kết nối các công tắc với các vòng khác. Để làm được điều này bạn cần sử dụng Ring Coupling.
- Vòng đôi không thể được sử dụng làm vòng giao phối.
Nhẫn ghép
Khi ghép nối, không thể có quá 200 thiết bị trên mạng.
Nhẫn ghép nối liên quan đến việc kết hợp các vòng còn lại thành một vòng khác.
Nếu vòng được kết nối với vòng giao diện thông qua một công tắc thì điều này được gọi là ghép nối các vòng thông qua một công tắc. Nếu hai công tắc từ vòng cục bộ được kết nối với vòng giao diện thì đây sẽ là ghép nối thông qua hai công tắc.
Khi ghép nối thông qua một công tắc trên thiết bị, cả hai cổng đều được sử dụng. Thời gian hội tụ trong trường hợp này sẽ vào khoảng 15-17 ms. Với việc ghép nối như vậy, công tắc ghép nối sẽ là điểm thất bại, bởi vì Mất công tắc này, toàn bộ vòng sẽ bị mất ngay lập tức. Ghép nối qua hai công tắc sẽ tránh được điều này.
Có thể kết hợp các vòng trùng lặp.
Kiểm soát đường dẫn
Chức năng Kiểm soát đường dẫn cho phép bạn định cấu hình các cổng mà qua đó dữ liệu sẽ được truyền trong hoạt động bình thường. Nếu kênh bị lỗi và mạng được xây dựng lại về cấu trúc liên kết dự phòng thì sau khi kênh được khôi phục, mạng sẽ được xây dựng lại về cấu trúc liên kết đã chỉ định.
Tính năng này cho phép bạn tiết kiệm cáp dự phòng. Hơn nữa, cấu trúc liên kết được sử dụng để khắc phục sự cố sẽ luôn được biết đến.
Cấu trúc liên kết chính chuyển sang cấu trúc liên kết dự phòng trong 15 mili giây. Việc chuyển trở lại khi mạng được khôi phục sẽ mất khoảng 30 ms.
Hạn chế:
- Không thể sử dụng kết hợp với Dual Ring.
- Tính năng này phải được bật trên tất cả các thiết bị chuyển mạch trong mạng.
- Một trong các switch được cấu hình làm Path Control master.
- Tự động chuyển sang cấu trúc liên kết chính sau khi khôi phục xảy ra sau 1 giây theo mặc định (tham số này có thể được thay đổi bằng SNMP trong phạm vi từ 0 giây đến 99 giây).
Nguyên tắc hoạt động
Nguyên lý hoạt động của ERR
Ví dụ, hãy xem xét sáu công tắc – 1-6. Công tắc được kết hợp thành một vòng. Mỗi switch sử dụng hai cổng để kết nối với vòng và lưu trữ trạng thái của chúng. Chuyển trạng thái cổng chuyển tiếp sang nhau. Các thiết bị sử dụng dữ liệu này để đặt trạng thái ban đầu của các cổng.
Cổng chỉ có hai vai trò - Bị chặn и Chuyển tiếp.
Switch có địa chỉ MAC cao nhất sẽ chặn cổng của nó. Tất cả các cổng khác trong vòng đều đang truyền dữ liệu.
Nếu cổng bị chặn ngừng hoạt động thì cổng tiếp theo có địa chỉ MAC cao nhất sẽ bị chặn.
Sau khi khởi động, các thiết bị chuyển mạch bắt đầu gửi Đơn vị dữ liệu giao thức vòng (R-PDU). R-PDU được truyền bằng cách sử dụng multicast. R-PDU là một bản tin dịch vụ, giống như BPDU trong RSTP. R-PDU chứa trạng thái cổng chuyển mạch và địa chỉ MAC của nó.
Thuật toán hành động trong trường hợp kênh bị lỗi
Khi một liên kết bị lỗi, các switch sẽ gửi R-PDU để thông báo rằng trạng thái của các cổng đã thay đổi.
Thuật toán hành động khi khôi phục kênh
Khi một liên kết trực tuyến bị lỗi, các thiết bị chuyển mạch sẽ gửi R-PDU để thông báo cho các cổng về sự thay đổi trạng thái.
Switch có địa chỉ MAC cao nhất sẽ trở thành root switch mới.
Kênh bị lỗi sẽ trở thành kênh dự phòng.
Sau khi khôi phục, một trong các cổng kênh vẫn bị chặn và cổng thứ hai được chuyển sang trạng thái chuyển tiếp. Cổng bị chặn sẽ trở thành cổng có tốc độ cao nhất. Nếu tốc độ bằng nhau thì cổng switch có địa chỉ MAC cao nhất sẽ bị chặn. Nguyên tắc này cho phép bạn chặn một cổng sẽ chuyển từ trạng thái bị chặn sang trạng thái chuyển tiếp ở tốc độ tối đa.
Số lượng thiết bị tối đa trên mạng
Số lượng công tắc tối đa trong vòng ERR là 200.
Tương tác giữa ERR và RSTP
RSTP có thể được sử dụng kết hợp với ERR. Nhưng vòng RSTP và vòng ERR chỉ được giao nhau qua một công tắc.
Tóm tắt thông tin
ERR rất tốt cho việc tổ chức các cấu trúc liên kết điển hình. Ví dụ: một chiếc nhẫn hoặc một chiếc nhẫn trùng lặp.
Những cấu trúc liên kết như vậy thường được sử dụng để dự phòng trong các cơ sở công nghiệp.
Hơn nữa, với sự trợ giúp của ERR, cấu trúc liên kết thứ hai có thể được triển khai kém tin cậy hơn nhưng tiết kiệm chi phí hơn. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một vòng lặp.
Nhưng không phải lúc nào cũng có thể sử dụng ERR. Có những kế hoạch khá kỳ lạ. Chúng tôi đã thử nghiệm cấu trúc liên kết sau đây với một trong những khách hàng của mình.
Trong trường hợp này, ERR không thể áp dụng được. Đối với sơ đồ này, chúng tôi đã sử dụng RSTP. Khách hàng có yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian hội tụ - dưới 3 giây. Để đạt được thời gian này, cần phải xác định rõ ràng các switch gốc (chính và dự phòng), cũng như chi phí của các cổng ở chế độ thủ công.
Kết quả là, ERR có lợi thế đáng chú ý về thời gian hội tụ, nhưng không mang lại sự linh hoạt mà RSTP mang lại.
Nguồn: www.habr.com