快速生成树协议(RSTP)的详解

作者:课课家教育更新于： 2019-02-25 14:22:06

　　快速生成树协议(RSTP)的出现是对生成树协议的补充，这是基于IEEE 802.1w标准的协议，可以通过对交换机端口的配置而改变而实现STP的快速收敛。在这里，我们就一起来对RSTP协议来进行详细的解析。

　　RSTP的核心思想是预先对生成树的拓扑结构以及可能发生的变化进行设定，一旦网络中连接关系发生变化，则整个网络的生成树会依据预先设定的拓扑收敛，这样减少了STP重新配置和恢复服务所需的时间，同时也保持了STP即插即用的特色。

　　RSTP将优先级最高的交换机设定为根桥，并给各端口分配相应的端口角色，这些端口角色包括根、制定、替换与备份：在STP的拓扑收敛时，借助于端口角色完成快速收敛。

　　RSTP的5种端口类型

　　RSTP有五种端口类型。根端口和指定端口这两个角色在RSTP中被保留，阻断端口分成备份和替换端口角色。生成树算法(STA)使用BPDU来决定端口的角色，端口类型也是通过比较端口中保存的BPDUB来确定哪个比其他的更优先。

　　1.根端口

  非根桥收到最优的BPDU配置信息的端口为根端口，即到根桥开销最小的端口，这点和STP一样。请注意图1上方的交换机，根桥没有根端口。

图1 RSTP根端口

　　按照STP的选择根端口的原则，SW-1和SW-2和根连接的端口为根端口。

　　2.指定端口

  与STP一样，每个以太网网段段内必须有一个指定端口。假设SW-1的BID比SW-2 优先，而且SW-1的P1口端口ID比P2优先级高，那么P1为指定端口，如图2所示。

图2 RSTP指定端口选择

　　3.替换端口

  如果一个端口收到另外一个网桥的更好的BPDU，但不是最好的，那么这个端口成为替换端口，如图3所示。

图3 RSTP替换端口选择

　　对于SW-2来说，端口P3收到的BPDU比自己优先，自己为次优先，P3为替换端口。

　　4.备份端口

　　如果一个端口收到同一个网桥的更好 BPDU，那么这个端口成为备份端。当两个端口被一个点到点链路的一个环路连在一起时，或者当一个交换机有两个或多个到共享局域网段的连接时，一个备份端口才能存在。

  如图4所示，SW-1的P1和P2口同时接入到以太网的同一网段，P1为指定端口，P2 优先级低，则P2端口为备份端口。

图4 RSTP备份端口选择

　　5.禁用端口

　　在快速生成树协议应用的网络运行中不担当任何角色。

　　RST BPDU

　　RSTP引进了新的BPDU处理以及一种新的拓扑结构改变机制。即使没有从根桥处接收到任何信号，每个网桥在每次“hello时间周期中”中都生成BPDU。BPDU扮演了在网桥间进行消息通知的角色。如果一个网桥不能从临近网桥处收到BPDU，它就会认为与这个网桥失去了连接，因而会考虑进行快速故障检测和自恢复。

　　1)间隔发送BPDU

　　STP的非根桥仅传递根桥生成的BPDU;RSTP的网桥不管是否收到来自根桥的BPDU，它每隔Hello time(默认2秒)时间发送本身的BPDU配置信息。

　　2)快速的老化信息

　　STP必须等到20秒的老花时间到时，才能更新BPDU;RSTP采用心跳的机制，当一台网桥在连续三次没有收到BPDU的情况下，网桥认为邻居的根和指定根已经丢失，立即老化自己的BPDU配置信息。

　　3)接受下级的BPDU

　　与Cisco专有的Backbone Fast的特性类似，RSTP接受下级的BPDU。如果一台网桥从它的指定根桥收到下级信息，立即接受并覆盖原先的BPDU配置信息。

　　因为交换机SW-2知道根桥还在，立即发送BPDU的包含根桥信息给SW-1，SW-1停止发送BPDU，同时接受连接SW-2的端口为新的根端口。

　　快速转换到转发状态

　　STP 的网络端口从阻断到转发状态，如果想快速收敛的话，需要修改默认的转发延迟和老化时间定时器;RSTP可以快速收敛而不依赖于定时器，这些快速的收敛主要依赖边缘端口和点到点的链路来实现。

　　1)边缘端口

　　一个边缘端口就像一个Port Fast-enabled端口，并且只在连接了一个单独的末端站点的端口上启用，但它和Port Fast-enabled不一样，他不产生拓扑改变，但当它收到BPDU时，自动成为生成树端口，Cisco交换机的配置也是采用Port Fast-enabled方式配置。

　　2)点到点链路

　　两台交换机之间的链路只有一根链路，同时端口之间的连接为全双工，这样的链路类型叫点到点链路。对于半双工的链路叫共享端口。链路类型交换机自己检查，也可人为修改。

　　提议/同意握手机制

      RSTP使用提议/同意握手机制来完成端口的快速收敛。下面以图中的变化为例说明。

　　RSTP的收敛过程

　　• 初始状态都认为自己是根桥，所有端口为指定端口，处理Discarding状态，发送配置RST BPDU。

　　• RST BPDU中的Proposal置位，与接收到的对端BPDU对比优先级，如果自己优，则丢弃对端BPDU，将Proposal置位的本地BPDU到对端。

　　• 使用同步机制来实现角色端口的协商，当收到置位RST BPDU且优先级高于时，交换机设置所有下游端口为Discarding状态，但是Alternat和Edge端口不变。

　　• 确认下游端口为Discarding状态后，设备发送RST BPDU回复上游设备发送的Proposal消息，在此过程中，端口被确认为根端口，报文中Flags字段里面设置Agreement标记位和根端口角色。

　　• 上游交换机收到Agreement置位的RST BPDU后指定端口立即进入Forwarding状态，下游网段进行同样的协商端口角色。

　　RSTP与STP的相同之处

　　RSTP与STP具有以下的相同之处：

　　1. 使用同样的参数和方法选择根网桥;

　　2.使用同样的规则在非根网桥上选择根端口;

　　3.使用同样的规则为每个网段选择指定端口。

　　RSTP比STP的优越性

　　改进一:如果旧的根端口已经进入阻塞状态,而且新根端口连接的对端交换机的指定端口处于Forwarding状态,在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状态。

　　改进二:网络边缘的端口,即直接与终端相连,而不是和其它网桥相连的端口可以直接进入转发状态,不需要任何延时。

　　改进三:增加了网桥之间的协商机制—Proposal/Agreement.指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手,快速进入转发状态.其中 Proposal报文为正常的BPDU报文,且Proposal Bit位置位.Agreement报文为Proposal报文的拷贝,且以Agreement Bit代替Proposal Bit位置位。

　　通过以上三点重要改进,RSTP的收敛速度比STP快很多,且RSTP可以兼容STP,因此对于支持RSTP的设备,我们不考虑运行STP。

　　以上关于RSTP的内容小编写得已经挺详细的了，大家可以对这些内容多阅读几遍以助更好去理解、去消化。当然啦，这些内容知识小编自己的整理，如果大家觉得有什么想要补充的欢迎留言提意见哟，我们大家一起交流学习分享一下知识。也请大家继续支持课课家教育。