Giao thức Spanning Tree là gì? Tiến trình hoạt động của STP

Trong lĩnh vực CNTT hiểu về giao thức Spanning Tree rất cần thiết nhằm khắc phục các sự cố STP. Không những thế bạn sẽ được hỏi về nó trong các cuộc phỏng vấn việc làm kỹ thuật đối với Cisco, CompTIA, Juniper và các nhà cung cấp khác.

Vậy Giao thức Spanning Tree là gì? Mời các bạn cùng BKHOST tìm hiểu ở bài viết dưới đây.

Spanning Tree là gì?

Theo IEEE 802.1D, giao thức Spanning Tree (STP) là một giao thức ngăn ngừa vòng lặp cho phép các thiết bị chuyển mạch giao tiếp với nhau để tìm ra các vòng lặp vật lý trong mạng.

STP chỉ định thuật toán mà bộ chuyển mạch có thể sử dụng khi tìm thấy vòng lặp để tạo cấu trúc liên kết logic không có vòng lặp.

Lợi ích của việc sử dụng giao thức Spanning Tree?

Các giao thức Spanning Tree có những lợi ích sau:

• Cung cấp dự phòng liên kết đồng thời ngăn chặn các vòng lặp không mong muốn
• Ngăn chặn các cơn bão phát sóng
• Kết nối với các thiết bị không hỗ trợ STP, chẳng hạn như PC, máy chủ, bộ định tuyến hoặc trung tâm không được kết nối với các bộ chuyển mạch khác, bằng cách sử dụng các cổng cạnh

Tiến trình hoạt động của STP

STP sử dụng quy trình gồm bốn bước dưới đây nhằm tạo cấu trúc liên kết logic không có vòng lặp:

1. Giá thầu gốc thấp nhất
2. Chi phí đường dẫn thấp nhất đến Root Bridge
3. BID người gửi thấp nhất
4. ID cổng thấp nhất

Bộ chuyển mạch sử dụng các khung đặc biệt được gọi là Bridge Protocol Data Units (BPDU) để trao đổi thông tin STP. Sau khi đánh giá các BPDU nhận được trên một cổng thì BPDU tốt nhất được lưu trữ. Kiểm tra theo trình tự bốn bước với mọi BPDU nhận được trên một cổng và so sánh với các BPDU được lưu.

Khi một công tắc hoạt động lần đầu tiên, cứ sau 2 giây tất cả các cổng của nó sẽ gửi BPDU. Cổng đó sẽ ngừng gửi các BPDU nếu một cổng nghe thấy một BPDU từ một bộ chuyển mạch khác hấp dẫn hơn BPDU mà nó đang gửi.Cổng cục bộ sẽ tiếp tục gửi các BPDU của chính nó nếu BPDU hấp dẫn hơn dừng trong khoảng thời gian 20 giây (theo mặc định).

Hai loại BPDU như sau:

• Các BPDU cấu hình, được gửi bởi Root Bridge và truyền qua các đường dẫn đang hoạt động
• Thông báo thay đổi cấu trúc liên kết (TCN) BPDU, được gửi để thông báo thay đổi cấu trúc liên kết

Quá trình hội tụ STP ban đầu được thực hiện theo ba bước sau:

• Bầu chọn Root Bridge
• Bầu chọn Root Ports
• Bầu chọn cổng được chỉ định

Bước 1: Chọn một Root Bridge: Công tắc phân tích các BPDU nhận được và tìm kiếm công tắc có BID thấp nhất, như minh họa trong hình bên dưới:

Bước 2: Chọn Root Ports: Một Root Port trên switch là port gần Root Bridge nhất. Mỗi switch ngoại trừ Root Bridge phải chọn một Root Port. Các thiết bị chuyển mạch sử dụng khái niệm chi phí để xác định khoảng cách giữa chúng với các thiết bị chuyển mạch khác. Root Path Cost là chi phí tích lũy của tất cả các liên kết đến Root Bridge.

Bước 3: Chọn cổng được chỉ định. Mỗi phân đoạn trong cấu trúc liên kết Lớp 2 có một Cổng được chỉ định. Cổng này gửi và nhận lưu lượng truy cập đến và từ phân đoạn đó và Root Bridge. Chỉ một cổng xử lý lưu lượng cho mỗi liên kết, đảm bảo cấu trúc liên kết không có vòng lặp. Cầu chứa Cổng được chỉ định cho một phân đoạn nhất định được coi là Công tắc được chỉ định trên phân đoạn đó.

Các trạng thái trong một tiến trình STP

• Disabled: Cổng bị vô hiệu hoá về mặt quản trị.
• Blocking: Chỉ nhận các BPDU. Chuyển sang trạng thái listening khi không còn nhận được BPDU ở một thời gian nhất định.
• Listening: Chỉ gửi và nhận các BPDU để xác định cấu trúc liên kết Lớp 2. Đây là giai đoạn diễn ra cuộc bầu chọn Root Bridge, Root Ports và Designated Ports.
• Learning: Các cổng được chỉ định hoặc Cổng gốc sau 15 giây sẽ chuyển sang trạng thái Học và trong khoảng thời gian 15 giây khác, cầu nối sẽ xây dựng bảng địa chỉ MAC của nó nhưng không chuyển tiếp dữ liệu người dùng.
• Forwarding: Sau khoảng thời gian 15 giây, cổng chuyển sang trạng thái Chuyển tiếp, trong đó nó gửi và nhận các khung dữ liệu.

Tổng kết về Spanning Tree

Giao thức Spanning Tree là một giao thức có khả năng chống loop hiệu quả cho hệ thống mạng. Với các kiến thức trên đây BKHOST hy vọng bạn sẽ áp dụng tốt vào công việc của mình.