STP Backbone Fast là gì? Nguyên lý hoạt động và cách cấu hình trên switch Cisco

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về giao thức Spanning Tree Backbone Fast, nguyên lý hoạt động, ứng dụng trong thực tế, cũng như cách cấu hình Backbone Fast trên các switch Cisco nhé.

Spanning Tree Backbone Fast là gì?

Spanning Tree Backbone Fast là 1 công nghệ độc quyền của Cisco, được thiết kế để hỗ trợ cho các giao thức Spanning Tree truyền thống STP 802.1d, trên Cisco là PVST. Backbone Fast giúp giảm thời gian hội tụ của STP trong trường hợp liên kết gián tiếp bị lỗi, nghĩa là liên kết trên 1 switch khác, không phải các link kết nối trực tiếp với switch đó. Như trong mô hình bên dưới thì link L12 chính là liên kết gián tiếp của SW-03.

Đối với các link kết nối trực tiếp trên switch bị lỗi, trong mô hình này là link L13, Cisco cũng có giao thức UplinkFast để hỗ trợ giảm thời gian hội tụ của STP. Backbone Fast và UplinkFast thường được cấu hình cùng nhau trong 1 mô hình mạng để giảm thời gian hội tụ cho Spanning Tree. Các bạn có thể tìm hiểu thêm về giao thức UplinkFast trong bài viết: STP UplinkFast là gì? Hướng dẫn cấu hình UplinkFast trên Switch Cisco.

Hoạt động của Backbone Fast

Chúng ta sẽ cùng xem hoạt động của STP khi enable và disable Backbone Fast để hiểu rõ hơn về giao thức này.

Cách STP phục hồi khi không enable Backbone Fast

Chúng ta sẽ cùng xem xét mô hình bên dưới. Mình đang có 1 mô hình bao gồm 3 switch, trong đó SW-01 đang là Root Bridge. Cổng E0/1 của SW-03 là cổng bị Block.

Giả sử link L12 bị lỗi, lúc này SW-02 hoàn toàn mất kết nối tới Root. Link này là link gián tiếp với SW-03, nên trong trường hợp này chúng ta không thể áp dụng UplinkFast để chuyển cổng E0/1 của SW-03 sang forwarding ngay lập tức được.

Lúc này SW-02 ngay lập tức phát hiện ra lỗi, và tự cho rằng nó là Root. Nó bắt đầu gửi BPDU tới SW-03 và tuyên bố nó là Root mới.

Khi SW-03 nhận được BPDU này từ SW-02, nó nhận ra rằng BPDU này kém hơn BPDU mà nó đã lưu cho cổng E0/1 và bỏ qua gói tin này. SW-03 sẽ tiếp tục giữ nguyên trạng thái này cho đến khi hết thời gian max_age, mặc định là 20 giây. Max_age là thời gian mà switch lưu trữ BPDU tốt nhất mà nó nhận được trên 1 cổng.

Sau khi bộ đếm thời gian max_age hết hạn, BPDU được lưu trên cổng E0/1 của SW-03 sẽ hết hạn. Cổng này sẽ ngay lập tức được chuyển sang trạng thái Listening. Lúc này SW-03 cũng bắt đầu gửi BPDU tốt hơn của nó tới SW-02, trong trường hợp này là của SW-01.

Ngay khi SW-02 nhận được BPDU từ SW-03, nó sẽ ngừng gửi BPDU ra, do BPDU này tốt hơn của nó.

Lúc này thì các switch vẫn sẽ tuân theo quy tắc thông thường của Spanning Tree, nghĩa là cổng E0/1 của SW-03 sẽ lần lượt chuyển sang các trạng thái Listening, Learning, và Forwarding. Quá trình này sẽ mất 30 giây.

Khi cổng E0/1 của SW-03 chuyển sang Forwarding thì SW-02 sẽ có đường đi tới Root. Tuy nhiên quá trình này sẽ mất 20 giây là thời gian max_age, cộng với 30 giây để cổng bị block chuyển sang trạng thái Forwarding, nên tổng cộng chúng ta sẽ mất 50 giây để Spanning Tree có thể hội tụ.

Đây là khoảng thời gian khá dài cho chuyển đổi dự phòng. Tính năng Backbone Fast sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được 20 giây max_age này.

Cách STP phục hồi khi enable Backbone Fast

Cũng trong mô hình trên, nhưng lần này chúng ta sẽ enable Backbone Fast trên các switch.

Vẫn như tình huống trên, khi link L12 bị lỗi, SW-02 sẽ bị mất kết nối đến Root. Lúc này nó vẫn tự nhận mình là Root và gửi BPDU sang SW-03.

Ngay khi SW-03 nhận được BPDU kém hơn, nó sẽ không bỏ qua BPDU này như STP thông thường, mà ngay lập tức sử dụng 1 loại PDU mới và Root Link Query, viết tắt là RLQ, nên thông thường chúng ta sẽ gọi là RLQ PDU để tìm Root. Mục đích là để xác minh xem nó còn đường dẫn đến Root hay không. Nếu nó vẫn còn đường dẫn đến Root thì nghĩa là thông tin BPDU mà nó lưu trữ trên 1 cổng trước đó vẫn hợp lệ.

Nó sẽ gửi RLQ PDU trên tất cả các cổng là non-designated, trừ cổng mà nó nhận được BPDU kém hơn và cổng là self-loop.

Ví dụ như mô hình bên dưới, thì các cổng A B D E là các cổng non-designated, C là designated. Khi switch nhận được BPDU kém hơn từ cổng E, nó sẽ chỉ gửi RLQ ra các cổng A và B. Cổng C là Designated, D là self-loop, còn E là cổng nhận được BPDU nên nó sẽ không gửi RLQ ra các cổng này.

Quay lại mô hình của mình thì SW-03 sẽ chỉ gửi RLQ PDU qua root port tới SW-01. SW-01 nhận được sẽ trả lời ngay lập tức bằng phản hồi RLQ, nói rằng Root vẫn còn theo hướng này.

SW-03 lúc này biết rằng nó vẫn còn kết nối tới Root, nên nó có thể loại bỏ thông tin được lưu trữ trên cổng E0/1. Cổng E0/1 chuyển sang chế độ Listening và bắt đầu gửi BPDU. Lúc này thì quá trình còn lại tuân theo các quy tắc STP thông thường.

Quá trình xác nhận Root bằng RLQ diễn ra rất nhanh, nên chúng ta sẽ tiết kiệm được 20 giây thời gian max_age với Backbone Fast. Còn chúng ta vẫn phải đợi 30 giây là thời gian cho spanning tree hội tụ.

Đơn giản vậy thôi.

Cấu hình Backbone Fast trên switch Cisco

Phần cấu hình Backbone Fast thì rất đơn giản, các bạn chỉ cần duy nhất 1 lệnh spanning-tree backbonefast trong mode configure global. Các bạn chỉ cần lưu ý chúng ta sẽ cần bật trên tất cả các switch hỗ trợ nhé.

Các bạn vào mode configure global, bật Backbone Fast bằng lệnh spanning-tree backbonefast.

Các bạn cấu hình tương tự với các switch khác.

Để kiểm tra thì các bạn sử dụng lệnh show spanning-tree backbonefast. Các bạn có thể thấy được trạng thái của Backbone Fast, cũng như các gói tin RLQ mà giao thức này đã gửi.

SW-03#show spanning-tree backbonefast
BackboneFast is enabled

BackboneFast statistics
-----------------------
Number of transition via backboneFast (all VLANs)           : 0
Number of inferior BPDUs received (all VLANs)               : 0
Number of RLQ request PDUs received (all VLANs)             : 0
Number of RLQ response PDUs received (all VLANs)            : 0
Number of RLQ request PDUs sent (all VLANs)                 : 0
Number of RLQ response PDUs sent (all VLANs)                : 0
SW-03#

Đơn giản vậy thôi

Kết luận

Spanning Tree Backbone Fast là giao thức bổ trợ cho giao thức Spanning Tree truyền thống, giúp chúng ta có thể giảm thời gian downtime trong mạng, qua đó cung cấp trải nghiệm người dùng tốt hơn, nhưng vẫn đảm bảo được tính dự phòng. Backbone Fast và UplinkFast thường được cấu hình đồng thời trong mô hình mạng sử dụng STP, tuy nhiên nó chỉ áp dụng cho giao thức STP (IEEE 802.1D) và RSTP trên switch Cisco. Đối với các giao thức RSTP hay MST, các giao thức này đã được tích hợp sẵn, nên chúng ta sẽ không cấu hình được các tính năng này.

OK như vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về tính năng Spanning Tree Backbone Fast. Nếu các bạn có thắc mắc hay góp ý nào thì hãy để lại comment để mọi người cùng trao đổi nhé.

Chúc các bạn thành công!