RSTP 機制原理詳解
本期給大家分享RSTP機制原理詳解。
一、RSTP相關概念
1. RSTP產生背景
傳統STP(802.1D)的不足：
- 收斂速度慢：端口從阻塞狀態進入轉發狀態必須經歷兩倍的Forward Delay時間，網絡拓撲變化后需要至少兩倍的Forward Delay時間（30-50s），才能恢復連通性
- 拓撲變化可能導致不必要的收斂：連接用戶PC的端口頻繁up/down，引起的拓撲變化，引起網絡不必要的收斂
因此，為了解決STP的不足，進一步發展為RSTP（快速生成樹協議）：
- 從傳統生成樹協議（802.1D）發展而來，具備它的所有功能，實現的基本思想、選舉結果一致。
- 相對于傳統生成樹協議，引入新的機制，加快網絡收斂速度，盡可能快的恢復網絡的連通性。
2. RSTP改進一
端口角色增加：把堵塞的端口細分為Alternate端口和Backup端口
STP端口類型 | RSTP端口類型 | 描述 |
Root Port | Root Port | 根端口。離根交換機“最近”的端口，收斂后處于forwarding狀態。 |
Designated Port | Designated Port | 指定端口。該端口發送的BPDU優于接收的BPDU，收斂后處于forwarding狀態。 |
Blocked Port （阻塞端口） | Alternate Port | 替代端口，該端口發送的BPDU比從對端交換機接收的BPDU更差，收斂后處于discarding狀態，根端口的備份，根端口失效，該端口立刻變為根端口 |
Backup Port | 備份端口，該端口發送的BPDU比從本交換機其他端口發送的BPDU更差，收斂后處于discarding狀態，指定端口的備份，指定端口失效，該端口立刻變為指定端口。 | |
Disabled | Disabled | 端口失效 |
2. RSTP改進二
端口狀態減少，由5種狀態減少到3種：Forwarding、Learning、Discarding
STP端口狀態 | RSTP端口狀態 | 描述 |
Blocking | Discarding | 不學習MAC地址 不轉發用戶流量 |
Listening | ||
Learning | Learning | 學習MAC地址 不轉發用戶流量 |
Forwarding | Forwarding | 學習MAC地址 轉發用戶流量 |
3. RSTP改進三
(1) 主動發送BPDU加快收斂
(2) 引入P/A（Proposal/Agreement）機制主動協商端口角色及狀態
(3) 引入邊緣端口（Edge Port）
- 不接收處理配置BPDU，不參與RSTP運算，即拓撲發生變化不影響邊緣端口流量轉發
- 連接主機的端口可以配置為邊緣端口
- 邊緣端口可以直接從Discarding狀態切換到Forwarding狀態
- 收到BPDU會變成STP普通端口重新計算生成樹，網絡發生震蕩
注：圖為RSTP配置BPDU的Flags字段
二、RSTP報文格式
RSTP報文類型和STP一樣也有“配置BPDU”和“TCN BPDU”兩種，功能實現基本一致，只不過相關字段上有區別。
1. RSTP的配置BPDU
RSTP的配置BPDU叫做RST BPDU。在BPDU的格式上，除了保證和STP格式基本一致之外，RSTP變化如下：
- Type字段為0x02
- 版本號為2
- Flag字段中間6位由保留變為可用
通過“協議版本號標識”，運行STP的交換機收到該類BPDU時會丟棄。
RSTP配置BPDU幀格式如下：
上圖是RSTP BPDU幀格式，包含Flags字段參數說明。
2. RSTP的TCN BPDU
RSTP的TCN BPDU總長度只有4個字節，如下：
字段說明：
- Protocol Identifier：協議號為0
- Protocol Version Identifier：協議版本號為2，表示為RSTP
- BPDU Type：類型字段均是固定值0x80，表示為TCN BPDU
三、RSTP工作原理
RSTP協議工作原理我們基于以下動畫的方式，能更簡單清楚地講明白其工作原理：
- RSTP改進一：新增端口角色
- RSTP改進二：P/A快速協商機制
