Rapid Spanning Tree Protocol

IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) cải tiến hoạt động của 802.1D
truyền thống với một mục đích duy nhất: cải tiến sự hội tụ của STP. Để thực hiện được
việc này, RSTP định nghĩa ra một dạng biến thể khác của BPDU, các trạng thái mới của
cổng và các vai trò cổng mới. Tất cả các dạng thay đổi này đều đảm bảo tính tương thích
ngược với 802.1D. Các yếu tố chủ chốt giúp cho việc tăng tốc khả năng hội tụ là:
Chỉ chờ một khoảng thời gian tối đa là 3 lần hello trên một RP trước khi phản ứng với sự
thay đổi. Trước đây, khoảng thòi gian này là MaxAge. Các tiến trình mới cho phép
chuyển đổi từ trạng thái disabed (thay thế cho trạng thái blocking trong 802.1D) sang
trạng thái learning, bỏ qua trạng thái learning của 802.1D. Chuẩn hóa các đặc điểm như
Cisco PortFast, UplinkFast và backbonefast. Thêm vào các đặc điểm như cho phép cổng
dự phòng cho DP khi switch có nhiều cổng kết nối vào cùng một phân đoạn mạng dùng
chung.

Để hỗ trợ các tiến trình mới này, RSTP dùng cùng cơ chế hello BPDU, sử dụng thêm một
số bit chưa dùng trước đây. Ví dụ, RSTP sẽ định nghĩa thông điệp hello có thêm tuỳ chọn
giống như chức năng RLQ của Cisco backbonefast. RSTP nhóm các cổng lại, dùng các
kiểu kết nối khác nhau để mô tả từng nhóm. RSTP có thể quyết định trạng thái của cổng
dựa trên loại thiết bị kết nối vào từng cổng, vì vậy giúp cho quá trình hội tụ nhanh hơn.

Kiểu kết nối (link type) Mô tả
Point-to-point Kết nối một switch đến một switch khác. Cisco switch xem các
kết nối FullDupleX trong đó hello BPDU được nhận là các kết
nối point-to-point.
Dùng chung (Shared) Kết nối một switch đến một hub
Edge Kết nối đến một thiết bị của người dùng cuối.

Trong phần lớn các thiết kế mạng LAN hiện đại, hub không được dùng nữa. Vì vậy tất cả
các kết nối phải là hoặc là điểm-điểm (point-to-point) hoặc là kiểu edge. Kiểu kết nối là
edge nghĩa là cổng đang gắn vào một thiết bị và thiết bị không phải là một switch. Vì

vậy, RSTP xem các kết nối edge giống như tính năng Cisco portfast. Và thật ra, câu lệnh
spanning-tree portfast được dùng để định nghĩa một kết nối như là edge trong RSTP. Nói
cách khác, RSTP đặt các kết nối kiểu edge vào trạng thái forwarding một cách tức thì.

Đối với các kết nối point-to-point, RSTP sẽ hỏi switch láng giềng về tình trạng của nó. Ví
dụ nếu một switch không nhận được gói hello định kỳ trên kết nối điểm-điểm, switch sẽ
truy vấn switch láng giềng. Thiết bị láng giềng sẽ trả lời, nêu rõ là nó có mất đường đi về
root hay không. Tính năng này giống như tính năng backbonefast của Cisco, nhưng dùng
thông điệp chuẩn của IEEE để đạt cùng một mục đích. RSTP cũng định nghĩa lại các
trạng thái cổng của 802.1D, trong đó trạng thái listening là không còn cần thiết nữa.

Trạng thái quản trị Trạng thái của 802.1D Trạng thái 802.1w
Disabled Disabled Discarding
Enable Blocking Discarding
Enable Listening Discarding
Enable Learning Learning
Enable Forwarding Forwarding

Trong RSTP, trạng thái discarding có nghĩa là cổng sẽ không truyền hay nhận frame hoặc
học địa chỉ MAC, bất chấp cổng có bị shutdown, sự cố…Khi RSTP đã quyết định chuyển
trạng thái từ discarding sang forwarding, cổng đó sẽ ngay lập tức đi vào trạng thái
learning. Từ thời điểm đó, quá trình tiếp tục giống như trong 802.1D. RSTP không còn
cần trạng thái listening bởi vì nó sẽ chủ động hỏi các thiết bị láng giềng, đảm bảo sao cho
không bị vòng lặp.

RSTP dùng thuật ngữ vai trò cổng (role) để chỉ ra một cổng là RP hay là một DP. RSTP
sử dụng RP và DP giống như trong 802.1D, tuy nhiên RSTP thêm vào vài vai trò khác.

RSTP Role Định nghĩa
Root port Giống như trong 802.1D

Designated port Giống như trong 802.1D
Alternate port Giống như cổng dự phòng trong UplinkFast
Backup port Một cổng kết nối vào cùng một phân đoạn mạng dùng
chung giống như nhiều cổng khác trên cùng switch nhưng
cổng kia là DP cho phân đoạn mạng đó. Cổng backup sẽ
thay thế khi port DP bị sự cố.
Khái niệm Alternate Port thì giống như khái niệm UplinkFast. Chức năng Backup port thì
không có chức năng tương đương bên Cisco. Bạn có thể bật chức năng RSTP trong
switch dùng lệnh spanning-tree mode rapid-pvst. Ngoài ra, bạn có thể dùng 802.1s MST.

Multiple Spanning Trees: IEEE 802.1s

IEEE 802.1s Multiple Spanning Trees (MST) định nghĩa cách thức dùng nhiều phiên bản
của STP trên một hạ tầng mạng dùng 802.1q. Giống như PVST+, MST cho phép hiệu
chỉnh các thông số của STP sao cho một vài cổng là bị block trong một vlan nhưng nó có
thể là forwarding trong vlan khác. Luôn luôn dùng kết hợp với 802.1w để hội tụ nhanh
hơn. Không yêu cầu từng phiên bản của STP cho từng vlan. Thay vào đó, thiết kế tốt nhất
thường dùng một phiên bản spanning tree cho các đường đi dự phòng. Nếu hệ thống
mạng bao gồm tất cả các thiết bị có khả năng hỗ trợ MST, MST sẽ tương đối dễ hiểu.
Một nhóm các switch dùng chung với nhau được gọi là MST region. Để tạo ra một MST
region, các switch cần phải được cấu hình như sau:

1. Bật MST ở chế độ toàn cục:
# spanning-tree mode mst
2. Trong chế độ cấu hình của MST, tạo ra MST region (tối đa 32 ký tự) dùng lệnh name.
3.Trong chế độ cấu hình của MST, tạo ra một chỉ số MST revision number bằng cách
dùng lệnh revision.

Trong chế độ cấu hình của MST, chỉ định các VLAN nào vào phiên bản spanning tree
nào bằng câu lệnh instance. Chìa khóa cho việc cấu hình của MST là cấu hình tất cả các

thông số giống nhau trên tất cả các switch của cùng region. Ví dụ nếu bạn cho phiên bản
instance 1 của MST chạy trên VLAN 1 đến VLAN 4 và vlan 5-8 đến cũng instance 1 trên
switchkhác, hai switch sẽ không xem như chúng cùng MST region, mặc dù cả tên region
và chỉ số revision là tương tự nhau. Ví dụ, trong hình dưới đây, một MST region đã được
định nghĩa cùng với các kết nối đến các switch không chạy MST.

Phía bên trái của hình, bên trong một MST bạn chỉ cần hai phiên bản của STP. Mỗi phiên
bản cho một nửa số vlan. Nếu có hai phiên bản, các switch ở lớp access sẽ truyền các
frame trên các kết nối của nó cho tập hợp một số vlan và truyền các frame của các vlan
còn lại trên kết nối kia. Một trong những đặc điểm chủ yếu của MST so với PVST+ là
việc yêu cầu chỉ cần một phiên bản của STP cho một nhóm các vlan. Nếu MST region
này có hàng trăm VLAN và dùng PVST+, sẽ có tương ứng hàng trăm STP thông điệp sẽ
được dùng. Khi kết nối một MST region đến một miền không chạy MST, MST sẽ làm
cho cả một miền MST xuất hiện như là một switch duy nhất. Một MST sẽ đảm bảo tình
trạng không bị lặp bên trong một MST region. Để ngăn ngừa vòng lặp trên kết nối CST
từ miền MST đến miền phi MST, MST sẽ tham gia vào phiên bản STP đang chạy bên
ngoài miền MST. Phiên bản thêm vào này gọi là Internal Spanning Tree (IST). Khi tham
gia trong STP với các switch bên ngoài, miền MST sẽ xuất hiện như một switch duy nhất.
Có vài điểm mà Rapid Spanning Tree cải tiến so với Spanning Tree truyền thống.
Trước hết, mục tiêu mà rapid spanning tree nhắm đến để cải tiến spanning tree truyền
thống (CST - Common Spanning Tree) chính là cải thiện thời gian hội tụ. Như bạn
Hieunt đã đọc trong CST, nhược điểm của CST chính là ở chổ, mỗi khi có một biến cố
hoặc một thay đổi về sơ đồ mạng xảy ra, các switch phải tốn một khoảng thời gian nhất
định để có thể tái hội tụ.
Khoảng thời gian mà các switch có thể phải chờ thường nằm trong khoảng MaxAge (20
giây), sau đó mới bắt đầu tính toán lại. Nếu các cổng của switch phải chuyển đổi trạng
thái, ví dụ như từ blocking chuyển sang forwarding, khoảng thời gian cần mất thêm là
forward delay
Cisco cũng đã đưa ra vài cải tiến cho vấn đề hội tụ chậm này. Một số đặc điểm mà bạn
Hieunt từng biết như Port Fast, Uplink Fast và Backbone Fast. Nhìn chung, các đặc điểm

này giúp giảm thời gian phải chờ đợi.
Một đặc điểm khác của Spanning Tree truyền thống là trạng thái của cổng (5 trạng thái:
disabled, blocking, listening, learning, forwarding) thường gắn liền với vai trò của cổng
(port role). Do đó, thường thì các switch phải xác định vai trò của các cổng sau khi tái hội
tụ thì sẽ xác định được trạng thái của cổng. Ví dụ như, designated port luôn là
forwarding, root port luôn là forwarding
Trong 5 trạng thái của một cổng của switch hoạt động ở CST- spanning tree truyền thống,
thật sự chỉ có trạng thái forwarding là có khả năng đẩy các frame dữ liệu đi. Ba trạng thái
disable, blocking, listening không thực sự forward dữ liệu.
Phần vừa rồi đã nhắc sơ qua vài khuyết điểm nhỏ của SPAnning tree truyền thống. Chắc
chắn rằng, RSPT sẽ cố gắng hoạt động để cải tiến một số điểm nêu trên
Cải tiến đầu tiên của RSTP liên quan đến số trạng thái của các cổng của switch. Trong
RSTP, các cổng của switch chỉ có ba trạng thái: discarding, learning và forwarding.
TRạng thái discarding bao gồm ba trạng thái rất "vô dụng" trước đây trong spanning tree
truyền thống là "disabled, blocking, listening". Gọi là vô dụng là bởi vì ba trạng thái vừa
nêu không có thực sự truyền các data frame. Do đó, RSTP gộp cả ba trạng thái trên thành
một trạng thái là "discarding".
SỐ trạng thái ít hơn, về nguyên tắc, sẽ giúp các cổng của switch ít chuyển đổi trạng thái
hơn.
Một hướng cải tiến thứ hai của RSTP so với CST là sự tách biệt giữa vai trò cổng (port-
role) và trạng thái cổng (port state).
Trong CST, mỗi khi có một sự thay đổi trong sơ đồ mạng, vai trò của các cổng sẽ được
xác định trước, sau đó, trạng thái của các cổng sẽ phụ thuộc vào vai trò "mới" của cổng
của switch sau khi đã có sự thay đổi xảy ra.
Trong RSTP, trạng thái của cổng sẽ tách biệt với vai trò của cổng (port role). Mỗi khi có
sự thay đổi xảy ra, trạng thái cổng có thể xác định được ngay mà không cần chờ để tính
toán lại vai trò của cổng (port role).
RSTP cũng dùng cùng một định dạng BPDU như trong kiểu spanning tree truyền thống.
Tuy nhiên, trong RSTP, một vài bit trước đây trong BPDU không được dùng thì giờ
RSTP sẽ sử dụng.

Trường version trong BPDU của RSTP sẽ được gán bằng 2 để phân biệt với BPDU của
STP truyền thống.
Khi một switch đang chạy RSTP (tức dùng BPDU version 2), nó có thể cùng tồn tại với
các switch vẫn đang chạy SPT truyền thống (802.1D). Các cổng của switch sẽ cố gắng
hoạt động theo loại BPDU mà nó nhận được.
Ví dụ, khi switch nhận được một BPDU kiểu cũ (802.1D - version 0) trên một cổng của
nó, cổng đó sẽ hoạt động theo các qui luật của 802.1D.
Tuy nhiên, các cổng sẽ có cơ chế để "khóa" loại giao thức đang sử dụng trong trường hợp
nhận đồng thời cả hai loại BPDU trong một thời gian ngắn. Tình huống này xảy ra khi
các switches trong một hệ thống mạng đang chuyển đổi từ loại spanning tree này sang
loại spanning tree khác. Thay vì chuyển đổi qua lại giữa hai loại spanning tree, switch sẽ
tạm thời lưu giữ một khoảng thời gian. Sau khoảng thời gian này, cổng của switch sẽ
được quyền chuyển đổi giao thức (loại spanning tree).
Sau cùng, chức năng cơ bản của RSTP có thể áp dụng cho một phiên bản đơn (single
instance) hoặc phiên bản đa (multiple instance). RSTP cũng dùng như một cơ chế bên
dưới trong trường hợp toàn bộ mạng của ta đang chạy Per-VLAN Spanning Tree. Kết
hợp này gọi là Rapid PVST+. Thậm chí, trong IEEE 802.1s Multiple spanning tree MST,
RSTP cũng có thể được sử dụng cho từng phiên bản của MSTP.