مقرر مختبر CCIE: الجيل الثاني الذكي - بروتوكول الشجرة الممتدة

Ÿ    بي في إس تي/بي في إس تي+

إن إنشاء شجرة لكل شبكة VLAN هو حل بسيط ومباشر. فهو يضمن عدم وجود حلقة في كل شبكة VLAN. ومع ذلك، ولأسباب مختلفة، فإن بروتوكول شجرة الامتداد الذي يعمل بهذه الطريقة لا يشكل معيارًا، ولكن كل بائع لديه مجموعة، ممثلة بشكل خاص بواسطة شجرة امتداد VLAN PVST (Per VLAN Spanning Tree) من Cisco.

من أجل حمل المزيد من المعلومات، يختلف تنسيق PVSTBPDU عن تنسيق STP/RSTPBPDU، ويتم تغيير عنوان وجهة الإرسال إلى عنوان Cisco المحجوز 01-00-0C-CC-CC-CD. علاوة على ذلك، في حالة وجود جذع VLAN، يتم وضع علامة على PVST BPDU باستخدام 802.1Q VLAN. وبالتالي، فإن بروتوكول PVST غير متوافق مع بروتوكول STP/RSTP.

قدمت شركة Cisco بسرعة بروتوكول PVST+ المحسن وأصبح بروتوكول الشجرة الممتدة الافتراضي لمنتجات المحولات. يعمل بروتوكول PVST+ المحسن على VLAN 1 كبروتوكول STP العادي، حيث يعمل بروتوكول PVST على شبكات VLAN الأخرى. يمكن لبروتوكول PVST+ التواصل مع STP/RSTP. يتم حساب حالة الشجرة الممتدة على VLAN 1 وفقًا لبروتوكول STP. على شبكات VLAN الأخرى، يقوم المحول المشترك فقط بإعادة توجيه وحدات BPDU الخاصة بـ PVST كحزم متعددة البث وفقًا لرقم VLAN. ومع ذلك، لا يؤثر هذا على إزالة الحلقة. من الممكن فقط أن تكون حالة الجسر الجذري لشبكة VLAN 1 وشبكات VLAN الأخرى غير متسقة.

الشكل 5 مخطط إرساء PVST+ وSST

شبكة VLAN الافتراضية لجميع الروابط في الشكل 5 هي VLAN 1، وكل من VLAN 10 وVLAN 20 مجمعة. تقوم SW1 وSW3 بتشغيل بروتوكول SST للشجرة الممتدة الفردية، بينما تقوم SW2 بتشغيل بروتوكول PVST+. على VLAN 1، من الممكن أن يكون SW1 هو الجسر الجذري وأن يكون المنفذ 1 لـ SW2 محظورًا. على VLAN 10 وVLAN 20، لا يمكن لـ SW2 رؤية سوى PVSTBPDU الخاصة به، لذلك على هاتين الشبكتين VLAN، يعتبر نفسه الجسر الجذري. يتم إعادة توجيه وحدات BPDU الخاصة بـ PVST لـ VLAN 10 وVLAN 20 بواسطة SW1 وSW3. لذلك، عندما يكتشف SW2 هذه الحلقة، فإنه سيحظر VLAN 10 وVLAN 20 على المنفذ 2. هذا هو توافق STP/RSTP الذي يوفره بروتوكول PVST+. يمكن ملاحظة أنه من الممكن التعرف على حلقات الطبقة 2 في الشبكة وإزالتها، ولا يوجد أي معنى في فرض اتساق الجسر الجذري.

نظرًا لأن كل شبكة VLAN لها شجرة امتداد مستقلة، يتم التغلب على عيوب الشجرة الامتدادية المفردة. وفي الوقت نفسه، تقدم PVST فوائد جديدة، وهي موازنة تحميل الطبقة 2.

الشكل 6 مخطط موازنة تحميل PVST+

في الشكل 6، تعمل جميع الأجهزة الأربعة ببروتوكول PVST+ وكلاهما يحتوي على VLAN 10 وVLAN 20. افترض أن SW1 هو الجسر الجذري لجميع شبكات VLAN. يمكن تكوينه لحظر VLAN 10 على المنفذ 4 وVLAN 20 على المنفذ 2. لا يزال بإمكان رابط المنفذ 1 من SW4 حمل حركة مرور VLAN 20. يمكن لرابط المنفذ 2 أيضًا حمل حركة مرور VLAN 10 ووظيفة النسخ الاحتياطي للرابط. هذا غير ممكن في حالة شجرة الامتداد الفردية السابقة.

ينفذ بروتوكول PVST/PVST+ الذكي قدرات التعرف على شبكة VLAN وموازنة التحميل، ولكن التقنيات الجديدة جلبت أيضًا مشكلات جديدة. كما أن بروتوكول PVST/PVST+ له "مشاكله التي لا يمكن وصفها".

العيب الأول: نظرًا لأن كل شبكة VLAN تحتاج إلى إنشاء شجرة، فإن حركة المرور في PVST BPDU ستكون متناسبة مع عدد شبكات VLAN الخاصة بالجذع.

النقطة الثانية هي أنه عندما يكون عدد شبكات VLAN كبيرًا، فإن مقدار الحساب واستهلاك الموارد للحفاظ على أشجار الامتداد المتعددة سيزداد بشكل كبير. على وجه الخصوص، عندما تتغير حالة واجهة العديد من شبكات VLAN، يجب إعادة حساب حالة جميع أشجار الامتداد، وستُغمر وحدة المعالجة المركزية. لذلك، تحد مفاتيح Cisco من عدد شبكات VLAN المستخدمة، ولا يُنصح بربط العديد من شبكات VLAN على منفذ واحد.

العيب الثالث: نظرًا للطبيعة الخاصة للبروتوكول، لا يمكن دعم PVST/PVST+ على نطاق واسع مثل STP/RSTP. لا يمكن للأجهزة من مختلف الشركات المصنعة التواصل مباشرة مع بعضها البعض في هذا الوضع ولا يمكن تنفيذها إلا ببعض الطرق المرنة. على سبيل المثال، IronSpan من Foundry. يقوم IronSpan بتشغيل STP افتراضيًا. عندما يستقبل المنفذ PVSTBPDU، يتم تبديل وضع شجرة الامتداد للمنفذ تلقائيًا إلى وضع التوافق PVST/PVST+.

بشكل عام، لا يتغير طوبولوجيا الشبكة بشكل متكرر، لذا فإن أوجه القصور هذه في PVST/PVST+ ليست قاتلة للغاية. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى عدد كبير من شبكات VLAN لخطوط المنافذ. ونتيجة لذلك، أدخلت شركة Cisco تحسينات جديدة على PVST/PVST+ وقدمت بروتوكول MISTP متعدد النسخ.

Ÿ    بروتوكول شجرة الامتداد متعدد النسخ من الجيل الثالث: MISTP/MSTP

يحدد بروتوكول شجرة الامتداد متعدد الحالات (MISTP) مفهوم "الحالات". وببساطة، يعتمد بروتوكول STP/RSTP على المنفذ، ويعتمد بروتوكول PVST/PVST+ على شبكة VLAN، ويعتمد بروتوكول MISTP على الحالات. والحالات المزعومة هي عبارة عن مجموعة من شبكات VLAN المتعددة. ويمكن أن تساعد طريقة تجميع شبكات VLAN المتعددة في حالة واحدة في توفير تكاليف الاتصالات واستهلاك الموارد.

عند الاستخدام، يمكن تعيين شبكات VLAN متعددة من نفس الطوبولوجيا إلى مثيل. ستعتمد حالة إعادة توجيه شبكات VLAN هذه على المنفذ على حالة المثيل المقابل في MISTP. تجدر الإشارة إلى أن علاقات تعيين شبكات VLAN والمثيل لجميع المفاتيح في الشبكة يجب أن تكون هي نفسها، وإلا ستتأثر اتصال الشبكة. من أجل اكتشاف مثل هذا الخطأ، تحمل وحدة بيانات MISTBP المعلومات مثل علاقة VLAN بالمثيل بالإضافة إلى رقم المثيل. لا يعالج بروتوكول MISTP وحدات BPDU الخاصة بـ STP/RSTP/PVST، وبالتالي فهو غير متوافق مع بروتوكول STP/RSTP. وهو غير متوافق حتى مع بروتوكول PVST/PVST+. تحدث الحلقات عند نشر الشبكة معًا. من أجل السماح للشبكة بالانتقال بسلاسة من وضع PVST+ إلى وضع MISTP، نفذت Cisco أيضًا وضعًا هجينًا MISTP-PVST+ يمكنه التعامل مع وحدات BPDU الخاصة بـ PVST في منتج المحول. عند ترقية الشبكة، تحتاج إلى ضبط الجهاز على وضع MISTP-PVST+، ثم ضبطه على وضع MISTP.

إن فوائد MISTP واضحة. فهو يتمتع بقدرات وعي بشبكة VLAN PVST وموازنة الحمل، فضلاً عن انخفاض استخدام وحدة المعالجة المركزية مقارنة بـ SST. ومع ذلك، فإن التوافق الضعيف مع الإصدارات السابقة وخصوصية البروتوكول تعيق مجموعة واسعة من تطبيقات MISTP.

بروتوكول شجرة الامتداد المتعددة (MSTP) هو بروتوكول شجرة امتداد متعدد الحالات جديد تم تعريفه في IEEE 802.1s. لا يزال هذا الاتفاق في طور التحسين المستمر، والآن يتوفر الإصدار الأولي فقط. ومع ذلك، أضافت شركة Cisco دعم MSTP في CatOS 7.1. كما سيتوفر قريبًا منتج تبديل الطبقة 3 من Huawei، سلسلة Quidway، بإصدار جديد يدعم بروتوكول MSTP.

يعتبر بروتوكول MSTP رائعًا من حيث أن المفاتيح التي تدعم MSTP والمفاتيح التي لا تدعم MSTP مقسمة إلى مناطق مختلفة، تسمى مناطق MST ومجالات SST. قم بتشغيل شجرة الامتداد متعددة الحالات داخل منطقة MST وقم بتشغيل شجرة الامتداد الداخلية المتوافقة مع RSTP IST (شجرة الامتداد الداخلية) على حافة منطقة MST.

الشكل 7 مخطط تخطيطي لمبدأ عمل MSTP

تستخدم المفاتيح الموجودة في منطقة MST في منتصف الشكل 7 وحدات BPDU الخاصة بـ MSTP لتبادل معلومات الطوبولوجيا. تستخدم المفاتيح الموجودة في نطاق SST وحدات BPDU الخاصة بـ STP/RSTP/PVST+ لتبادل معلومات الطوبولوجيا. على الحافة بين منطقة MST ومنطقة SST، يعتبر جهاز SST أن الجهاز المرسى هو أيضًا جهاز RSTP. ستعتمد حالة جهاز MST على منفذ الحافة على حالة شجرة الامتداد الداخلية، مما يعني أن حالة شجرة الامتداد لجميع شبكات VLAN على المنفذ ستكون هي نفسها.

تتضمن شجرة الامتداد التي يجب صيانتها داخل جهاز MSTP عدة أشجار امتداد داخلية ISTs، ويرتبط العدد بعدد نطاقات SST المتصلة. بالإضافة إلى ذلك، هناك عدد من أشجار الامتداد MSTP يتم تحديدها من خلال مثيلات متعددة لشجرة الامتداد (MSTI). يتم تحديد عدد المثيلات من خلال عدد المثيلات التي تم تكوينها.

بالمقارنة مع بروتوكولات الشجرة الممتدة السابقة، يتمتع MSTP بمزايا واضحة. فهو يتمتع بوعي بشبكة VLAN وموازنة الحمل. ويمكنه تنفيذ تبديل سريع لحالة المنفذ استنادًا إلى RSTP. ويمكنك تجميع شبكات VLAN متعددة في مثيل واحد لتقليل استخدام الموارد. والأمر الأكثر قيمة هو أن MSTP متوافق بشكل جيد مع بروتوكول STP/RSTP. علاوة على ذلك، يعد MSTP بروتوكولًا قياسيًا من IEEE ومقاومة الترقية ضئيلة.

يمكن ملاحظة أن بروتوكول MSTP القادر على كل شيء يمكن أن يكون الاتجاه الثابت لتطوير شجرة الامتداد اليوم وهو أمر يستحقه تمامًا.

مستقبل بروتوكول الشجرة الممتدة

لن يتوقف تطور أي تقنية بسبب ظهور تقنية "مثالية"، ويوضح تطور بروتوكول الشجرة الممتدة في حد ذاته هذا. ومع تعمق التطبيق، تظهر تقنيات نفق الطبقة الثانية الجديدة المختلفة، مثل تقنية نفق 802.1Q من شركة Cisco، وتقنية QinQ من Quid way S8016 من شركة Huawei، وتقنية VPN من الطبقة الثانية القائمة على MPLS. وفي هذا الوضع الجديد، سيكون لدى المستخدمين ومقدمي الخدمات متطلبات جديدة لبروتوكولات الشجرة الممتدة. إلى أين يجب أن يذهب بروتوكول الشجرة الممتدة؟ على الرغم من عدم وجود إجابة موحدة على هذا السؤال حتى الآن، فقد بدأ البائعون في الاستكشاف النشط في هذا المجال. ربما في المستقبل القريب، سيصبح بروتوكول الشجرة الممتدة الذي يدعم تقنية نفق الطبقة الثانية هو البروتوكول القياسي للمفاتيح. قد تحتاج أيضًا إلى معلومات حول منهج ccie v5، انقر فوق hypelink لقراءة المزيد.