Internetworking Standards and Technologies › บทที่ 3 Spanning Tree Protocol

หัวข้อ 12 · 18 นาที

Port state, RSTP, PVST+ และ MSTP

นึกภาพก่อน

ประตูที่ล็อกไว้จะเปิดใช้ทันทีไม่ได้ ถ้าเปิดเร็วเกินไปขณะที่อีกบานยังไม่รู้เรื่อง จะมีช่วงที่ทางวนเกิดขึ้น STP จึงให้พอร์ต รอเป็นขั้น ๆ: ฟังก่อน (มีใครดีกว่าฉันไหม) → เรียนรู้ก่อน (ใครอยู่ทางไหน) → แล้วจึงเปิด ปลอดภัยแต่ช้า: รวม ราว 50 วินาที ที่เครือข่ายใช้ไม่ได้

Port state ของ STP (802.1D)

State	เวลา	รับ BPDU	เรียน MAC	ส่ง data
Blocking	สูงสุด 20 วินาที (Max Age)	✓	✗	✗
Listening	15 วินาที (Forward Delay)	✓ (และส่ง)	✗	✗
Learning	15 วินาที (Forward Delay)	✓	✓	✗
Forwarding	–	✓	✓	✓
Disabled	–	✗	✗	✗ (ผู้ดูแลปิดพอร์ต)

Listening: ประมวลผล BPDU เพื่อตัดสินบทบาทของพอร์ต ยังไม่เรียน MAC
Learning: เรียน MAC ลงตาราง ยังไม่ forward — เพื่อไม่ต้อง flood ทุกอย่างตอนเปิดใช้

ที่มาของ 50 วินาที

Max Age 20 + Forward Delay 15 (Listening) + Forward Delay 15 (Learning) = 50 วินาที

Forward Delay ถูกใช้ สองครั้ง

ขั้นที่ 1 / 5Blocking

โพรโทคอล

Max Age (วินาที)

Forward Delay (วินาที)

Blockingเวลาหลังลิงก์ล่ม: 0 วินาที

Blocking
20s

Listening
15s

Learning
15s

020s35s50s

รับ/ส่ง BPDU	เรียน MAC	ส่ง data frame
ทำ	ไม่ทำ	ไม่ทำ

default: Hello 2, Forward Delay 15, Max Age 20

1.0×

ความเร็ว

คำอธิบายทีละขั้น

ก่อนเกิดเหตุ: พอร์ตสำรองอยู่ในสถานะ Blocking

พอร์ตนี้ถูก block เพื่อตัด loop ไม่ส่ง data frame และไม่เรียน MAC แต่ยังรับ BPDU ที่ root ส่งมาทุก 2 วินาที (Hello time) เพื่อรู้ว่าเส้นทางหลักยังอยู่

RSTP (802.1w)

สถานะเหลือสาม

STP (802.1D)	RSTP (802.1w)
Disabled, Blocking, Listening	Discarding
Learning	Learning
Forwarding	Forwarding

บทบาทใหม่

Role	เป็นตัวสำรองของ	อธิบาย
Alternate Port	Root Port	อีกเส้นทางไป root ถ้า Root Port ล่มขึ้นแทนได้ทันที
Backup Port	Designated Port	พอร์ตสำรองบน segment เดียวกัน กับ DP ของ switch ตัวเดียวกัน

(Root Port และ Designated Port ยังมีเหมือนเดิม)

ทำไมเร็วกว่า

STP รอ timer ทุกขั้น ส่วน RSTP ใช้ Proposal / Agreement handshake: switch สองฝั่งของลิงก์ตกลงกันโดยตรงว่าพอร์ตนี้ forward ได้โดยไม่เกิด loop แล้วข้ามไป Forwarding เลย ประกอบกับมี Alternate Port ที่คำนวณไว้ล่วงหน้า

	STP	RSTP
convergence	~50 วินาที	< 10 วินาที
กลไก	timer (Max Age, Forward Delay)	Proposal / Agreement
port state	5	3

PVST+ กับ MSTP

	PVST+ / Rapid-PVST+	MSTP (802.1s)
เจ้าของ	Cisco	IEEE
STP instance	หนึ่งชุดต่อ VLAN	หลาย VLAN ต่อหนึ่ง instance
ข้อดี	root bridge แยกต่อ VLAN ได้ → load balancing ละเอียด	ใช้ CPU น้อยแม้ VLAN มาก และยัง load balance ได้ด้วย 2–3 instance
ข้อเสีย	ใช้ CPU สูงเมื่อ VLAN มาก (100 VLAN = 100 ชุด)	ตั้งค่าซับซ้อนกว่า

ตัวอย่าง MSTP ในสไลด์:

Instance	VLAN
CIST (instance 0)	1, 999
Instance 1	10, 20, 30
Instance 2	40, 50, 60

หก VLAN ผู้ใช้ทำงานด้วย STP เพียงสองชุด ถ้าตั้ง root ของ instance 1 ไว้ที่ switch ตัวหนึ่ง และของ instance 2 ไว้อีกตัว ลิงก์ที่ถูก block ของกลุ่มหนึ่งจะเป็นลิงก์ที่ใช้งานของอีกกลุ่ม ทุกลิงก์จึงถูกใช้

Tuning และ Security

คำสั่ง	ทำอะไร	ใช้ที่
`spanning-tree vlan 1 root primary`	ตั้งให้ switch นี้เป็น root bridge (ลด priority อัตโนมัติ)	switch แกนกลาง
`spanning-tree portfast`	ข้าม Listening/Learning ไป Forwarding ทันที	พอร์ตที่ต่อ end device เท่านั้น
`spanning-tree bpduguard enable`	ถ้าพอร์ตได้รับ BPDU → err-disabled	พอร์ต PortFast
`spanning-tree guard root`	ไม่ยอมให้พอร์ตนี้กลายเป็น Root Port	พอร์ตที่หันไปทาง switch ซึ่งไม่ควรเป็น root

cisco

spanning-tree vlan 1 root primary

interface fastEthernet 0/1
 spanning-tree portfast
 spanning-tree bpduguard enable

interface gigabitEthernet 0/2
 spanning-tree guard root

PortFast: PC ไม่สร้าง loop จึงไม่ต้องรอ 30 วินาที (Listening + Learning) ทุกครั้งที่เสียบสาย
BPDU Guard: คู่กับ PortFast — ถ้ามีคนเอา switch มาเสียบพอร์ตที่ควรเป็นของ PC พอร์ตจะปิดทันที ป้องกันทั้ง loop และ BPDU attack
Root Guard: ป้องกัน switch แปลกปลอมที่ส่ง BPDU ด้วย priority ต่ำมาแย่งเป็น root

ตัวอย่างไล่ทีละขั้น

โจทย์: ใช้ STP 802.1D ค่า default ลิงก์หลักล่มที่เวลา 0 โดย switch ไม่เห็นการล่มโดยตรง (BPDU แค่หยุดมา) พอร์ตสำรองที่ Blocking อยู่จะเริ่มส่ง data เมื่อใด และช่วงวินาทีที่ 25 กับ 40 พอร์ตทำอะไรได้บ้าง

ช่วงเวลา (วินาที)	สถานะ	ทำอะไร
0–20	Blocking	รอ Max Age หมด (BPDU ล่าสุดยังไม่หมดอายุ)
20–35	Listening	แลก BPDU ตัดสินบทบาท ไม่เรียน MAC
35–50	Learning	เรียน MAC ยังไม่ส่ง data
50 เป็นต้นไป	Forwarding	ส่ง data

วินาทีที่ 25: อยู่ใน Listening → รับส่ง BPDU ได้ เรียน MAC ไม่ได้ ส่ง data ไม่ได้
วินาทีที่ 40: อยู่ใน Learning → เรียน MAC ได้ ยังส่ง data ไม่ได้
เริ่มส่ง data ที่วินาทีที่ 50

ถ้าปรับ Forward Delay เป็น 10: 20 + 10 + 10 = 40 วินาที

ถ้าใช้ RSTP: Alternate Port ขึ้นเป็น Root Port ทันทีด้วย Proposal/Agreement ไม่รอ timer ใดเลย

จุดที่มักพลาด

1. คิดว่า 50 วินาที = 20 + 15 + 15 ของสาม timer ที่ต่างกัน

เป็น Max Age หนึ่งครั้ง + Forward Delay สองครั้ง (Hello 2 วินาทีไม่ได้อยู่ในผลรวม)

2. สลับ Listening กับ Learning

Listening ยังไม่เรียน MAC · Learning เรียน MAC แล้ว แต่ยังไม่ forward

3. สลับ Alternate กับ Backup

Alternate สำรองของ Root Port · Backup สำรองของ Designated Port

4. เปิด PortFast บนพอร์ตที่ต่อ switch

เสี่ยงเกิด loop ชั่วคราว ใช้กับ end device เท่านั้น และควรเปิด BPDU Guard คู่กัน

5. สลับ BPDU Guard กับ Root Guard

BPDU Guard: ได้ BPDU ใดก็ตาม → ปิดพอร์ต · Root Guard: ยอมรับ BPDU แต่ ไม่ยอมให้เป็น Root Port

6. คิดว่า MSTP ใช้หนึ่ง instance ต่อ VLAN

นั่นคือ PVST+ ส่วน MSTP รวมหลาย VLAN ต่อ instance

สรุปก่อนสอบ

State: Blocking (20) → Listening (15) → Learning (15) → Forwarding · Disabled
Listening: ประมวลผล BPDU ยังไม่เรียน MAC · Learning: เรียน MAC ยังไม่ forward
STP ~50 วินาที = Max Age 20 + Forward Delay 15 + Forward Delay 15
RSTP: state = Discarding / Learning / Forwarding · role ใหม่: Alternate (สำรองของ Root Port), Backup (สำรองของ Designated Port) · เร็วเพราะ Proposal/Agreement ไม่รอ timer
PVST+: หนึ่ง STP ต่อ VLAN, root แยกต่อ VLAN ได้, CPU สูงเมื่อ VLAN มาก · MSTP: หลาย VLAN ต่อ instance (ตัวอย่าง: CIST = 1, 999 · Instance 1 = 10, 20, 30 · Instance 2 = 40, 50, 60)
spanning-tree vlan 1 root primary · spanning-tree portfast · spanning-tree bpduguard enable · spanning-tree guard root

ที่มา: Spanning Tree Protocol Presentation (1).pdf หน้า 20–27 · chapter2 Switched Network.pdf หน้า 72–73