STP 簡介----RSTP

什麼是 RSTP?

RSTP (IEEE 802.1w) 是 802.1D 標準的一種發展。802.1w STP 的術語大部分都與 IEEE 802.1D STP 術語一致。絕大多數參數都沒有變動,所以熟悉 STP 的用戶能夠對此新協議快速上手。

上圖中顯示了一個採用 RSTP 的網絡。交換機 S1 是根橋,它有兩個處於轉發狀態的指定端口。RSTP 支持一種新的端口類型。交換機 S2 上的端口 F0/3 是處於丟棄狀態的替換端口。注意此處沒有阻塞端口。RSTP 沒有阻塞端口狀態。RSTP 定義的端口狀態包括三種:丟棄、學習和轉發。

RSTP 的特徵

RSTP 能夠在第 2 層網絡拓撲變更時加速重新計算生成樹的過程。若網絡配置恰當,RSTP 能夠達到相當快的收斂速度,有時甚至只需幾百毫秒。RSTP 重新定義了端口的類型及端口狀態。如果端口被配置爲替換端口或備份端口,則該端口可以立即轉換到轉發狀態,而無需等待網絡收斂。以下簡要介紹了 RSTP 的特徵:

·要防止交換網絡環境中形成第 2 層環路,最好選擇 RSTP 協議。其許多變化都是由 Cisco 專有的 802.1D 增強技術所帶來的。這些增強功能(例如承載和發送端口角色信息的 BPDU 僅發送給鄰居交換機)不需要額外配置,而且通常執行效果比早期的 Cisco 專有版本更佳。此類功能現在是透明的,已集成到協議的運行當中。

·Cisco 專有的 802.1D 增強功能(例如 UplinkFast 和 BackboneFast)與 RSTP 不兼容。

·RSTP (802.1w) 用於取代 STP (802.1D),但仍保留了向下兼容的能力。大量 STP 術語仍繼續使用,大多數參數都未變動。此外,802.1w 能夠返回到 802.1D 以基於端口與傳統交換機互操作。例如,RSTP 生成樹算法選舉根橋的方式與 802.1D 完全相同。

·RSTP 使用與 IEEE 802.1D 相同的 BPDU 格式,不過其版本字段被設置爲 2 以代表是 RSTP,並且標誌字段用完所有的 8 位。

·RSTP 能夠主動確認端口是否能安全轉換到轉發狀態,而不需要依靠任何計時器來作出判斷。

RSTP BPDU

RSTP (802.1w) 使用第 2 類、第 2 版 BPDU,所以 RSTP 網橋能夠與 802.1D 在任何共享鏈路上通信,而且能夠與運行 802.1D 的任何交換機通信。RSTP 發送 BPDU 以及填充標誌字節的方式與 802.1D 略有差異:

如果連續三段 hello 時間(默認爲 6 秒)內沒有收到 hello 消息,或者當最大老化時間計時器過期時,協議信息可立即過期。
由於 BPDU 被用作保持活動的機制,連續三次未收到 BPDU 就表示網橋與其相鄰的根橋或指定網橋失去連接。信息快速老化意味着故障能夠被快速檢測到。


注:與 STP 類似,RSTP 網橋會在每個 hello 時間段(默認爲 2 秒)發送包含其當前信息的 BPDU ,即使 RSTP 網橋沒有從根橋收到任何 BPDU。

附件中顯示了 RSTP 所用的第 2 版 BPDU 中所含的標誌字節:

與 802.1D 一樣,第 0 位和第 7 位用於拓撲更改通知和確認。
第 1 位和第 6 位用於“建議同意”過程(用於快速收斂)。
2-5 位通過代碼指示產生 BPDU 的端口的角色和狀態。
第 4 位和第 5 位使用 2 位代碼指示端口角色。


邊緣端口

RSTP 邊緣端口是指永遠不會用於連接到其它交換機設備的交換機端口。當啓用時,此類端口會立即轉換到轉發狀態。

PortFast 端口會立即轉換到 STP 轉發狀態,跳過耗時的偵聽和學習狀態。被配置的邊緣端口立即變爲轉發轉發狀態,無論邊緣端口還是啓用 PortFast 的端口,兩者都不會在轉換到禁用或啓用狀態時引起拓撲更改。

與 PortFast 不同的是,如果 RSTP 邊緣端口接收到 BPDU,則該端口立刻喪失邊緣端口的屬性,而成爲普通的生成樹端口。

Cisco 版本的 RSTP 保留了 PortFast 關鍵字,其使用 spanning-tree portfast 命令來執行邊緣端口配置。這樣可以讓整個網絡更爲順暢的轉換到 RSTP 上。如果在處於同步狀態時將邊緣端口配置爲連接到其它交換機,則可能對 RSTP 造成負面影響,因爲此時可能生成臨時的環路,因環路流量與 BPDU 競爭而減緩 RSTP 收斂。

RSTP 端口狀態

RSTP 能夠在發生故障或重新建立交換機、交換機端口或鏈路期間實現快速收斂。RSTP 拓撲更改會導致相應的交換機端口通過顯式握手或“建議與同意”階段和同步操作轉換到轉發狀態。

在 RSTP 下,端口的角色與端口的狀態獨立開來。例如,指定端口可以暫時處於丟棄狀態下,儘管其最終狀態是轉發。右圖顯示了三種可能的 RSTP 端口狀態:丟棄、學習和轉發。

RSTP 端口角色

端口角色定義了交換機端口的最終作用以及端口處理數據幀的方式。端口角色和端口狀態能夠不依靠對方獨立轉換。由於包含額外的端口角色,因此 RSTP 能夠在發生故障或拓撲更改之前定義待命交換機端口。當網段上的指定端口發生故障時,替換端口便進入轉發狀態。

RSTP 建議或同意過程

在 IEEE 802.1D STP 中,當一個端口被生成樹選舉爲指定端口時,它必須經過兩次轉發延遲才能轉換到轉發狀態。RSTP 顯著加速了拓撲更改後的重新計算過程,因爲它能夠逐條鏈路收斂,而無需依靠導致端口狀態轉換的計時器。只有邊緣端口和點對點鏈路才能快速轉換到轉發狀態。在 RSTP 中,此情況相當於處於丟棄狀態的指定端口。


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