PVST (Per VLAN Spanning Tree): Giải Pháp Cân Bằng Tải Thông Minh Cho Hệ Thống Switch

[ThanhQuyen]

[CCNP -ENCOR] PVST (Per VLAN Spanning Tree): Giải Pháp Cân Bằng Tải Thông Minh Cho Hệ Thống Switch


Trong hạ tầng mạng "classic" Spanning-Tree (tiêu chuẩn 802.1D của IEEE), toàn bộ hệ thống Switch chỉ chạy duy nhất một thực thể cây Spanning-Tree chung (Single Spanning Tree) cho tất cả các VLAN. Điều này đồng nghĩa với việc nếu một cổng trung kế (Trunk) bị ép vào trạng thái khóa (Blocking) để chống Loop, nó sẽ chặn sạch lưu lượng của mọi VLAN. Hậu quả là doanh nghiệp của bạn đang lãng phí một nửa băng thông của các đường link dự phòng một cách vô ích.
Để giải quyết bài toán tối ưu chi phí hạ tầng này, Cisco đã phát triển giao thức độc quyền mang tên Per VLAN Spanning Tree (PVST) và sau này là PVST+. 1. Triết lý vận hành của PVST: Mỗi VLAN là một Cây Spanning-Tree riêng biệt


Triết lý của PVST cực kỳ thực tế: “Nếu chúng ta có nhiều VLAN và nhiều đường link dự phòng, tại sao không biến Switch A làm Root Bridge cho VLAN 10, và biến Switch B làm Root Bridge cho VLAN 20?”
Khi triển khai cấu trúc này:

• Đối với VLAN 10: Đường link bên trái sẽ là Forwarding (mở), đường link bên phải sẽ là Blocking (khóa). Toàn bộ dữ liệu của phòng kế toán (VLAN 10) sẽ chạy mượt mà bên đường link trái.

• Đối với VLAN 20: Đường link bên phải lại là Forwarding, đường link bên trái lại là Blocking. Toàn bộ dữ liệu của phòng kỹ thuật (VLAN 20) sẽ chạy biệt lập bên đường link phải.

Kết quả: Bạn đã thực hiện Cân bằng tải (Load Balancing) thành công trên Lớp 2. Không có một đường link vật lý nào bị bỏ hoang, băng thông hệ thống được tận dụng tối đa! 2. Bí mật nằm ở cấu trúc mở mở rộng: Extended System ID


Trong cấu trúc gói tin BPDU cổ điển, trường Bridge Priority (Độ ưu tiên của Switch) chiếm trọn 16-bit. Tuy nhiên, để mỗi VLAN có thể bầu chọn một Root Bridge riêng, PVST bắt buộc phải nhét thêm số hiệu VLAN (VLAN ID) vào trong gói tin. Cisco đã khéo léo bẻ đôi trường 16-bit này thành 2 phần:

• Bridge Priority (4-bit): Dùng để cấu hình độ ưu tiên. Vì chỉ còn 4-bit, các giá trị cấu hình bắt buộc phải là bội số của 4096 (Ví dụ: 0, 4096, 8192, 32768,...).

• Extended System ID (12-bit): Đây chính là nơi hệ điều hành tự động điền số hiệu VLAN ID vào (Hỗ trợ tối đa từ VLAN 1 đến 4094).

Do đó, giá trị Bridge ID thực tế của một Switch đối với một VLAN cụ thể sẽ bằng:
$$\text{Bridge ID} = \text{Priority cấu hình} + \text{VLAN ID}$$
Ví dụ: Nếu bạn để Priority mặc định là 32768, thì ở VLAN 10, Switch sẽ tự tính toán định danh của nó là $32768 + 10 = 32778$. 3. Quy trình cấu hình Cân bằng tải PVST+ trên Cisco IOS


Để thiết lập kịch bản Switch 1 làm "vua" (Root Bridge) của VLAN 10 và Switch 2 làm "vua" của VLAN 20, các bạn thực hiện can thiệp vào Priority như sau: Cách 1: Định hình Priority bằng con số chính xác (Khuyên dùng)


Trên Switch 1 (Ép làm Root cho VLAN 10):
Plaintext
SW1(config)# spanning-tree vlan 10 priority 4096

Trên Switch 2 (Ép làm Root cho VLAN 20):
Plaintext
SW2(config)# spanning-tree vlan 20 priority 4096 Cách 2: Sử dụng câu lệnh Macro tự động điều chỉnh


Nếu không muốn tự tính toán số, bạn có thể dùng lệnh kích hoạt tính năng tự thiết lập quyền lực:
Plaintext
SW1(config)# spanning-tree vlan 10 root primary
SW2(config)# spanning-tree vlan 20 root primary

(Câu lệnh root primary thực chất là một trình lệnh tự động kiểm tra xem Root Bridge hiện tại đang có Priority bao nhiêu, rồi tự động giảm Priority của Switch này xuống một mức thấp hơn để giành ngôi vị). 4. Câu lệnh xác thực trạng thái cho từng thực thể VLAN


Vì mỗi VLAN chạy một sơ đồ cây hoàn toàn khác nhau, khi kiểm tra trạng thái hệ thống, bạn bắt buộc phải chỉ định rõ tên VLAN muốn xem:
Plaintext
SW1# show spanning-tree vlan 10

Hệ thống sẽ hiển thị riêng biệt trạng thái của VLAN 10, chỉ ra cổng nào đang mở (FWD) và cổng nào đang bị khóa (BLK).
Tương tự, khi kiểm tra bảng tổng quát, bạn sẽ thấy rõ sự phân cấp định danh qua dòng thông tin:
Plaintext
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID Priority 4106 (4096 priority + 10 sys-id-ext)

(Con số 4106 minh chứng rõ ràng cho cơ chế cộng dồn Extended System ID của giao thức PVST+). 5. Sự khác biệt giữa PVST và PVST+


Rất nhiều bạn khi mới học thường thắc mắc dòng lệnh hiển thị trên Cisco chỉ ghi là spanning-tree mode pvst chứ không có dấu +. Thực chất:

• Giao thức PVST gốc cũ chỉ chạy được trên đường truyền trung kế sử dụng encapsulation ISL (độc quyền của Cisco).

• Giao thức PVST+ là phiên bản nâng cấp, cho phép chạy xuyên suốt trên cả đường trung kế tiêu chuẩn quốc tế 802.1Q. Ngày nay, toàn bộ Switch Cisco mặc định đều chạy PVST+, và câu lệnh mode pvst bản chất chính là kích hoạt PVST+.

LÀM CHỦ CÔNG NGHỆ ĐIỀU HƯỚNG MẠNG CAO CẤP TẠI VNPRO
PVST+ là bước đệm tư duy cực kỳ quan trọng giúp các bạn tiếp cận lên các công nghệ tối ưu hóa hạ tầng cao cấp hơn như Rapid PVST+ hay MSTP (Multiple Spanning Tree) trong môi trường Enterprise lớn. Kỹ năng phân chia dòng dữ liệu đi theo các đường link vật lý khác nhau dựa trên VLAN ID là bài toán thực tế mà bất kỳ kỹ sư mạng nào cũng phải đối mặt. Hãy đến với VnPro để trực tiếp cấu hình, phân tích gói tin và tối ưu hóa hạ tầng chuyển mạch Campus trên hệ thống Lab thiết bị thật Cisco đồ sộ.

• Hotline/Zalo hỗ trợ tư vấn: 093 3427 079

• Website: vnpro.vn