STP理論04-RSTP相對STP的改進
STP不足之處：
網絡拓撲收斂慢，影響了用戶通信質量。如果網絡中的拓撲結構頻繁變化，網絡也會隨之頻繁失去連通性，從而導致用戶通信頻繁中斷。
導致STP收斂慢的原因：
1）、STP沒有細緻區分端口狀態和端口角色，不利於初學者學習及部署，listening、learning和 Blocking 狀態並沒有區別，都同樣不轉發用戶流量；
2）、STP 算法是被動的算法，依賴定時器等待的方式判斷拓撲變化，收斂速度慢；
3）、在網絡穩定時，只有根橋發送BPDU報文。
RSTP 對 STP 的改進：
1、通過端口角色的增補，簡化了生成樹協議的理解及部署；RSTP 的端口角色共有 4 種：根端口、指定端口、 Alternate 端口和 Backup 端口；
1）、從配置 BPDU 報文發送角度來看：
a、Alternate 端口就是由於學習到其它網橋發送的配置 BPDU 報文而阻塞的端口；
b、Backup 端口就是由於學習到自己發送的配置 BPDU 報文而阻塞的端口。
2）、從用戶流量角度來看：
a、Alternate 端口提供了從指定橋到根的另一條可切換路徑，作爲根端口的備份端口；
b、Backup 端口作爲指定端口的備份，提供了另一條從根橋到相應網段的備份通路。
2、端口狀態的重新劃分：
RSTP 的狀態規範把原來的 5 種狀態縮減爲 3 種。根據端口是否轉發用戶流量和學習 MAC 地址來劃分：
1）、discarding：不轉發流量，不學習MAC地址；
2）、learning：不轉發流量，學習MAC地址；
3）、forwarding：轉發流量，學習MAC地址。
3、配置 BPDU 格式的改變，充分利用了 STP 協議報文中的 Flag 字段，明確了端口角色；
1）、Type 字段，配置 BPDU 類型不再是 0 而是 2，所以運行 STP 的設備收到 RSTP 的配置BPDU 時會丟棄；
2）、Flags 字段，使用了原來保留的中間 6 位，這樣改變的配置 BPDU 叫做 RST BPDU，具體RSTP Flags字段格式如下：
Bit7：TCA
Bit6：Agreement
Bit5：Forwarding
Bit4：Learning
Bit3和Bit2：端口角色
00：未知
01：根端口
10：Alternate / Backup
11：指定端口
Bit1：Proposal
Bit0：TC
4、配置 BPDU 的處理髮生變化；
1）、發送BPDU：配置BPDU由根橋產生並且發送，非根橋在接收到根橋的配置BPDU後，纔出發發送；RSTP每個設備都會按規定時間發送配置BPDU；
2）、BPDU超時：STP要等待Max age超時，RSTP只等待3個Hello time時間；
3）、處理次優BPDU：當一個端口收到上游的指定橋發來的 RST BPDU 報文時，該端口會將自身存儲的 RST BPDU 與收到的 RST BPDU 進行比較。
如果該端口存儲的 RST BPDU 的優先級高於收到的 RST BPDU，那麼該端口會直接丟
棄收到的 RST BPDU，立即迴應自身存儲的 RST BPDU。當上遊設備收到下游設備迴應
的 RST BPDU 後，上游設備會根據收到的 RST BPDU 報文中相應的字段立即更新自己
存儲的 RST BPDU。
由此， RSTP 處理次等 BPDU 報文不再依賴於任何定時器通過超時解決拓撲收斂，從而
加快了拓撲收斂
5、快速收斂；
1）、Proposal/Agreement 機制：
在點到點以太網鏈路上，指定端口可以和對端通過握手協商的方式進行快速遷移。雙方設備必須滿足如下狀態機：
a. proposing. 指定端口處於discarding或learning狀態的時候，會設置該變量。向下遊交換機傳遞Proposal flag被置位的RST BPDU。
b. proposed. 當收到指定端口發來的proposal BPDU的時候，該變量設置。該變量指示本網段上的指定端口希望儘快的進入forwarding狀態。
c. sync. 當proposed被設置以後，收到proposal的根端口會依次爲自己的其他端口設置sync變量。將所有不是Edge port的指定端口轉爲discarding狀態。
d. synced. 當端口完成轉到discarding後, 會設置自己的synced。Alternate、Backup 和邊緣端口會馬上設置該變量。根端口監視其他端口的synced，當所有其他端口的synced全被設置，根端口會設置自己的synced，然後傳回RST BPDU，其中Agreement flag被設置。
e. agreed. 當指定端口接收到一個RST BPDU的時候，如果該BPDU中的agreement flag被置位且端口角色字段是“根端口”，該變量被設置。當agreed被設置的時候，指定端口馬上轉入forwarding狀態。
1.1）、觸發Proposal/Agreement 機制的條件：
a、 設備之間鏈路必須是點對點的全雙工模式，且端口類型爲指定端口；
b、 新接入的設備發送更優的RST BPDU。
1.2）、P/A機制協商過程：
a、剛開始交換機都認爲自己的端口爲指定端口，只不過指定端口的狀態是discarding。
b、進入discarding狀態後就開始發送proposal置位的RST BPDU。
c、比較自己與收到的RST BPDU，如果本端的優，就丟棄對端發送過來的RST BPDU，並且繼續發送本端的RST BPDU；如果對端的優，就停止發送RST BPDU，並進入下個步驟。
d、不優的交換機將自己所有接口阻塞（又稱同步）（除已經阻塞接口，邊緣端口）。
e、不優的交換機向優的一方發送agreement置位的RST BPDU，並將這個端口置於forwarding狀態，角色爲根端口。
f、RST BPDU優的一端收到agreement置位的RST BPDU後，就將這個端口置於forwarding狀態，角色爲指定端口。
1.3）、Proposal/Agreement 機制的目的是使一個指定端口儘快進入 Forwarding 狀態。
2）、根端口快速切換機制：如果網絡中一個根端口失效，那麼網絡中最優的 Alternate 端口將成爲根端口，進入Forwarding 狀態；
3）、邊緣端口的引入：邊緣端口不接收處理配置 BPDU，不參與 RSTP運算，可以由 Disable直接轉到 Forwarding狀態，一旦邊緣端口收到配置 BPDU，就喪失了邊緣端口屬性，成爲普通 STP 端口，並重新進行生成樹計算，從而引起網絡震盪。
6、保護功能；
1）、BPDU 保護：交換設備上啓動了 BPDU 保護功能後，如果邊緣端口收到RST BPDU，邊緣端口將被error-down，但是邊緣端口屬性不變，同時通知網管系統。
2）、根保護：對於啓用 Root 保護功能的指定端口，其端口角色只能保持爲指定端口。一旦啓用 Root 保護功能的指定端口收到優先級更高的 RST BPDU 時，端口狀態將進入 Discarding 狀態，不再轉發報文。在經過一段時間（通常爲兩倍的 Forward Delay），如果端口一直沒有再收到優先級較高的RST BPDU ，端口會自動恢復到正常的Forwarding 狀態。（Root 保護功能只能在指定端口上配置生效）
3）、環路保護：在啓動了環路保護 功能後，如果根端口 或Alternate 端口長時間收不到來自上游的 RST BPDU 時，則向網管發出通知信息（如果是根端口則進入 Discarding 狀態）。而阻塞端口則會一直保持在阻塞狀態，不轉發報文，從而不會在網絡中形成環路。直到根端口或 Alternate 端口收到 RST BPDU ，端口狀態才恢復正常到Forwarding 狀態。（環路保護功能只能在根端口或 Alternate 端口上配置生效）
4）、防TC-BPDU***：啓用防 TC-BPDU 報文***功能後，在單位時間內，交換設備處理 TC BPDU 報文的次數可配置。如果在單位時間內，交換設備在收到 TC BPDU報文數量大於配置的閾值，那麼設備只會處理閾值指定的次數。對於其他超出閾值的 TCN BPDU
報文，定時器到期後設備只對其統一處理一次。這樣可以避免頻繁的刪除 MAC 地址表項和ARP 表項，從而達到保護設備的目的。