Các liên kết dự phòng cải thiện tính sẵn sàng về mặt vật lý của mạng Ethernet công nghiệp, nhưng một vòng lặp lớp 2 không được kiểm soát có thể khiến mạng không thể sử dụng. Khung Ethernet không có giới hạn số chặng kiểu IP. Vì vậy, các khung quảng bá, unicast không xác định đích và một số khung multicast có thể lưu chuyển và nhân lên trong khi các bảng MAC của bộ chuyển mạch liên tục thay đổi ánh xạ giữa các cổng. Giao thức cây bao trùm nhanh (RSTP) duy trì hệ thống cáp dự phòng đồng thời xây dựng một cây chuyển tiếp duy nhất không có vòng lặp.
Vì sao vòng lặp lớp 2 phát triển nhanh đến vậy
Bộ chuyển mạch phát tán khung quảng bá hoặc khung không xác định đích qua các cổng khác trong cùng VLAN. Trong một vòng kín, bộ chuyển mạch khác có thể nhận bản sao đó và tiếp tục phát tán. Lưu lượng tiêu tốn dung lượng liên kết, tài nguyên chuyển mạch và thời gian CPU. Các dấu hiệu thường gặp gồm lưu lượng quảng bá tăng đột biến, địa chỉ MAC liên tục di chuyển giữa các cổng, truy cập quản trị chậm và lưu lượng ứng dụng bị mất gián đoạn.
Rút một sợi cáp có thể chặn ngay cơn bão lưu lượng, nhưng không giải thích được vì sao cơ chế kiểm soát dự kiến lại thất bại. Kỹ sư vẫn cần kiểm tra cấu trúc liên kết vật lý, tư cách thành viên VLAN, vai trò cổng, mã định danh cầu và các BPDU nhận được.
Cách RSTP tạo cây không có vòng lặp
Các cầu tham gia trao đổi các đơn vị dữ liệu giao thức cầu (BPDU). Cầu có mã định danh tốt nhất trở thành cầu gốc. Mỗi bộ chuyển mạch không phải cầu gốc chọn cổng có đường đi tốt nhất đến cầu gốc làm cổng gốc. Mỗi phân đoạn mạng cũng chọn một cổng được chỉ định. Các cổng dự phòng không được chọn cho những vai trò này có thể duy trì vai trò thay thế ở trạng thái loại bỏ.
Cổng thay thế vẫn nhận và xử lý BPDU, nhưng không chuyển tiếp các khung dữ liệu thông thường hoặc học địa chỉ MAC nguồn của chúng. Mạng vòng vật lý vẫn sẵn sàng để khôi phục khi có sự cố, trong khi đường truyền dữ liệu logic được ngắt vòng để tạo thành cây.
Cách so sánh vectơ ưu tiên BPDU
BPDU nhận được không được đánh giá chỉ bằng một số ưu tiên. Các cầu so sánh lần lượt các trường: ID cầu gốc, chi phí đường đi tích lũy đến gốc, ID cầu gửi và ID cổng gửi. Ngay khi một trường xác định được bên thắng, các trường sau không còn ảnh hưởng. Chỉ khi bằng nhau mới tiếp tục so sánh trường tiếp theo.
Tốc độ liên kết có thể ảnh hưởng đến chi phí đường đi mặc định, nhưng cách triển khai và dải chi phí có thể khác nhau giữa các thế hệ thiết bị. Hãy kiểm tra các giá trị đã cấu hình và thông tin BPDU thực tế thay vì suy đoán đường đi từ tốc độ cổng. Các liên kết vật lý song song cũng cần được xác định rõ là các cổng cây bao trùm độc lập hay các thành viên của một nhóm gộp liên kết.
Vì sao RSTP hội tụ nhanh hơn STP truyền thống
RSTP sử dụng các vai trò rõ ràng: gốc, được chỉ định, thay thế và dự phòng. Trên các liên kết điểm-điểm song công toàn phần phù hợp, quá trình trao đổi Proposal và Agreement đồng bộ hóa trạng thái chuyển tiếp để cổng có thể chuyển trạng thái nhanh mà không phải chờ qua mọi giai đoạn định thời truyền thống. Các cổng biên cũng có thể chuyển trạng thái nhanh khi kết nối với một thiết bị đầu cuối duy nhất đã được xác nhận.
Hội tụ nhanh không có nghĩa là không gián đoạn. Phương pháp phát hiện, quá trình thương lượng liên kết, tải CPU, quy mô cấu trúc liên kết, các phiên bản VLAN và bảng láng giềng của thiết bị đầu cuối đều ảnh hưởng đến việc khôi phục ứng dụng. Sự cố chỉ được phát hiện do không nhận được BPDU thường được phát hiện chậm hơn so với sự kiện mất liên kết vật lý trực tiếp.
Cổng biên và các chức năng bảo vệ
Một cổng kết nối với một PLC, camera hoặc HMI có thể được cấu hình làm cổng biên sau khi xác nhận rằng cổng đó sẽ không kết nối với một cầu khác. Nếu cổng biên nhận được BPDU, mạng đã thay đổi. Chức năng bảo vệ BPDU có thể ngăn một bộ chuyển mạch được kết nối ngoài ý muốn làm thay đổi cấu trúc liên kết. Chức năng bảo vệ gốc giới hạn vị trí có thể xuất hiện một cầu gốc ưu tiên cao hơn, còn chức năng bảo vệ vòng lặp có thể xử lý các tình trạng như mất BPDU một chiều.
Tên gọi và hành vi cụ thể khác nhau tùy nền tảng và firmware. Cấu hình mọi cổng truy cập thành cổng biên mà không kiểm tra đấu nối sẽ loại bỏ một ranh giới an toàn thiết yếu. Hãy xác minh từng tính năng bảo vệ trên phiên bản phần mềm mục tiêu.
Cấu hình và kiểm thử nghiệm thu
Vẽ cấu trúc liên kết vật lý và logic cho từng VLAN. Chọn một cầu gốc chính và một cầu gốc dự phòng, sau đó đặt chi phí đường đi phù hợp với hướng lưu lượng nghiệp vụ dự kiến. Cầu gốc thông thường nên được đặt gần điểm tập trung hoặc trung tâm điều khiển, thay vì được chọn ngẫu nhiên do có địa chỉ MAC xuất xưởng thấp nhất. Lưu lại ID cầu, vai trò cổng, bộ đếm BPDU và bảng MAC trước khi thay đổi.
Kiểm thử nghiệm thu cần bao quát đường đi bình thường, sự cố một liên kết, khôi phục liên kết, khởi động lại bộ chuyển mạch và vòng lặp được tạo ra ngoài ý muốn. Ghi lại các chuyển đổi vai trò cổng, mất gói, thời gian gián đoạn ứng dụng dài nhất, sự di chuyển MAC và dấu thời gian cảnh báo dưới lưu lượng điều khiển và video sát thực tế. RSTP và các khả năng bảo vệ trên bộ chuyển mạch công nghiệp FCTEL khác nhau tùy model và firmware; hãy tham khảo tài liệu hiện hành và kiểm thử chính xác cấu trúc liên kết mục tiêu trước khi triển khai.
