RSTP协议原理与配置

版权所有©2016华为技术有限公司RSTP协议原理与配置第1页版权所有©2016华为技术有限公司前言STP协议虽然能够解决环路问题，但是由于网络拓扑收敛较慢，影响了用户通信质量，而且如果网络中的拓扑结构频繁变化，网络也会随之频繁失去连通性，从而导致用户通信频繁中断，这也是用户无法忍受的。由于STP的不足，IEEE于2001年发布的802.1w标准定义了RSTP。RSTP在STP基础上进行了诸多改进优化，使得协议更加清晰、规范，同时也实现了二层网络拓扑的快速收敛。那STP协议具体存在哪些不足呢？RSTP协议是如何在STP协议的基础上进行优化的呢？第2页版权所有©2016华为技术有限公司目标学完本课程后，您将能够：掌握RSTP协议的工作原理熟悉RSTP与STP的主要异同点了解RSTP的典型应用场景配置第3页版权所有©2016华为技术有限公司目录1.STP的不足2.RSTP对STP的改进3.RSTP配置实例第4页版权所有©2016华为技术有限公司问题一：设备运行STP初始化场景STP从初始状态到完全收敛至少需经过30s：SWASWBRPRPSWCROOTDPDPDPBPlisteninglearningSTP为避免临时环路，必须等待足够长的时间（即确保BPDU能同步发送至全网各节点）确保全网的端口状态全部确定，才能进入转发。在STP进入转发前还需根据收到的用户流量构建MAC地址表，仍需等待计时器超时才能进入转发。learningforwarding15s15s初始时，交换机之间会相互发送、监听BPDU，并计算生成树STP算法是采用被动等待计时器超时的方式来判断已收集全网所有的BPDU，进而再进行计算第5页版权所有©2016华为技术有限公司问题二：交换机有BP端口，RP端口down掉场景SWC与SWA的直连链路down掉，其BP端口切换成RP端口并进入转发状态至少需要经过30s：SWASWBRPRPSWCROOTDPDPDPBlockedPort为确保拓扑变化信息已经扩散到全网，且所有设备都已完成拓扑更新，故新的根端口还需等待计时器超时后才能进入转发变成新的根端口，且处于blocking状态，并经过2个ForwardDelay时间才进入转发状态第6页版权所有©2016华为技术有限公司③端口缓存的BPDU超时后，会重新进入收敛，等待2个ForwardDelay时间后进入转发状态（30s）问题三：交换机无BP端口，RP端口down掉场景SWB与SWA的直连链路down掉，则SWC的BP端口切换成DP端口并进入转发状态大约需要50s：SWASWBRPRPSWCROOTDPDPDP在STP中，交换机除指定端口外的其他端口收到次优BPDU都不会做处理①BPDU（根桥为B）①SWB以自己为根向外发送BPDU③BPDU（根桥为A）②BP端口收到次优BPDU不做处理，等待端口缓存的更优的BPDU老化超时（20s）BlockedPort第7页版权所有©2016华为技术有限公司事实上，只要保证该端口下连接的是终端设备就不会出现环路，即没有必要进行STP计算和等待计时器超时问题四：运行STP的交换机连接用户终端的场景PCB交换机连接终端的链路进入转发需要经过30s：SWASWBRPRPSWCROOTDPDPDPBPSTP中，连接终端的链路也要进行生成树计算且链路进入转发需等待2个ForwardDelay时间PCABPDUBPDU第8页版权所有©2016华为技术有限公司问题五：STP的拓扑变更机制先由变更点朝根桥方向发送TCN消息，收到该消息的上游交换机就会回复TCA消息进行确认；最后TCN消息到达根桥后，再由根桥发送TC消息通知设备删除桥MAC地址表项，机制复杂，效率低下。TCATCNTCRootDPDPRPDPDPDPRPRPRPRPSWASWBSWCSWDSWESWFSWG第9页版权所有©2016华为技术有限公司SWC的RP端口down掉后，还需要从其他三个端口中重新选举且需等待计时器超时后才能进入转发STP的其他不足之处-端口角色SWASWBSWC32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootBridgeSWD32768.00e0-fc22-715aDesignatedPortDesignatedPortE0/1E0/2BlockedPortBlockedPortRootPortRootPortRootPortHUB第10页版权所有©2016华为技术有限公司STP的其他不足之处-端口状态STP端口状态端口状态对应的行为Disabled不转发用户流量也不学习MAC地址BlockingListeningLearning不转发用户流量但是学习MAC地址Forwarding既转发用户流量又学习MAC地址三种端口状态从用户使用的角度对应的行为都相同，但呈现出不同的状态，这样反而增加了使用难度第11页版权所有©2016华为技术有限公司目录1.STP的不足2.RSTP对STP的改进端口角色与端口状态快速收敛机制拓扑变化处理机制保护功能3.RSTP配置实例第12页版权所有©2016华为技术有限公司从用户流量角度，BackupPort作为指定端口的备份，提供了另外一条从根节点到叶子节点的无环备份路径从用户流量角度，AlternatePort提供了从指定桥到根桥的另一条无环可达路径，作为根端口的代替端口端口角色的重新划分RSTP定义了两种新的端口角色：备份端口（BackupPort）和预备端口（AlternatePort）。SWASWBSWC32768.00e0-fc16-ee4332768.00e0-fc41-425932768.00e0-fc41-43b9RootBridgeSWD32768.00e0-fc22-715aDesignatedPortDesignatedPortE0/1E0/2AlternatePortBackupPortRootPortRootPortRootPortHUB第13页版权所有©2016华为技术有限公司端口状态的重新划分STP端口状态RSTP端口状态端口状态对应的行为DisabledDiscarding如果不转发用户流量也不学习MAC地址，那么端口状态就是Discarding状态。BlockingListeningLearningLearning如果不转发用户流量但是学习MAC地址，那么端口状态就是Learning状态。ForwardingForwarding如果既转发用户流量又学习MAC地址，那么端口状态就是Forwarding状态。RSTP的状态规范把原来的5种状态缩减为3种：第14页版权所有©2016华为技术有限公司目录1.STP的不足2.RSTP对STP的改进端口角色与端口状态快速收敛机制拓扑变化处理机制保护功能3.RSTP配置实例第15页版权所有©2016华为技术有限公司针对问题一：P/A机制(1)P/A机制基本原理SWASWB①发送P置位的BPDU端口状态Discarding端口角色DP置位状况P置位③发送A置位的BPDU端口状态Forwarding端口角色RP置位状况A置位特点：由于有来回确认机制和同步变量机制，就无需依靠计时器来保障无环。②同步变量（阻塞除边缘端口外的其他端口，防止出现环路）④收到A置位BPDU报文，端口立即进入Forwarding桥优先级为0桥优先级为4096第16页版权所有©2016华为技术有限公司针对问题一：P/A机制(2)阶段一阶段二SWASWBRPRPSWCROOTDPDPDPAP阶段三PSWASWBASWCROOTARPDPDPRPDPDPSWASWBPSWCROOTPPPPPDPDPDPDPDPDP第17页版权所有©2016华为技术有限公司针对问题一：P/A机制(3)RSTP选举原理和STP本质上相同：选举根交换机-选举非根交换机上的根端口-选举指定端口-选举预备端口和备份端口。但是RSTP在选举的过程中加入了“发起请求-回复同意”（P/A机制）这种确认机制，由于每个步骤有确认就不需要依赖计时器来保证网络拓扑无环才去转发，只需要考虑BPDU发送报文并计算无环拓扑的时间（一般都是秒级）。第18页版权所有©2016华为技术有限公司针对问题二：根端口快速切换机制SWC与SWA的直连链路down掉，其AP端口切换成RP端口并进入转发状态可在秒级时间内完成收敛：SWASWBRPRPSWCROOTDPDPDPAP为加快收敛时间，设备上旧的根端口失效后，新的根端口就应该在保证无环的情况下立刻迁移到Forwarding状态，而AP端口在选举的时候就考虑到该需求，故可立即进入转发状态①立即变成新的根端口，并进入Forwarding状态第19页版权所有©2016华为技术有限公司④SWC收到Agreement报文后会立即进入转发①SWB以自己为根向外发送Proposal置位的BPDU③SWB收到更优的BPDU，会立即重新定义端口角色，将原DP端口改为RP端口，然后发送Agreement置位的BPDU针对问题三：次等BPDU处理机制SWB与SWA的直连链路down掉，SWC的AP端口切换成DP端口并进入转发状态可在秒级时间内完成：SWASWBRPRPSWCROOTDPDPDPAPRSTP处理次等BPDU报文不再依赖于任何定时器超时解决拓扑收敛，而是会立即发送本地最优的BPDU给对端，从而加快了拓扑收敛①Proposal②Proposal②AP端口收到次优BPDU后会马上发送本地最优的BPDU给对端，同时端口角色从AP变更为DP③Agreement第20页版权所有©2016华为技术有限公司交换机上连接终端设备的接口设置成为边缘端口后，会立即进入转发，当该端口收到BPDU后，就丧失了边缘端口属性，成为普通STP端口，并重新进行生成树计算针对问题四：边缘端口的引入在RSTP中，交换机连接终端的链路可立即进入转发状态：PCBSWASWBRPRPSWCROOTDPDPDPBP连接终端设备的端口可设置成为边缘端口PCA边缘端口边缘端口第21页版权所有©2016华为技术有限公司目录1.STP的不足2.RSTP对STP的改进端口角色与端口状态快速收敛机制拓扑变化处理机制保护功能3.RSTP配置实例第22页版权所有©2016华为技术有限公司网络发生拓扑变化时，变更点交换机直接向全网发送TC置位的BPDU报文，而不是先通知到根桥，然后由根桥向全网发送TC报文，这样在一定程度上节省了收敛时间针对问题五：拓扑变更机制的优化判断拓扑变化唯一标准：一个非边缘端口迁移到Forwarding状态。TC置位的RSTBPDUPCForwardingRootSWASWBSWCSWDSWESWFSWG第23页版权所有©2016华为技术有限公司拓扑变化引发的问题LANBLANA①PCB访问PCASWASWBSWCE2E1E1E2目的MAC地址端口PCA的MAC地址.....E1.....②SWC的MAC地址表PCAPCB③SWC进行流量转发目的MAC地址端口PCA的MAC地址.....E1.....④SWA的MAC地址表E1E2⑤SWA进行流量转发RootRP⑥流量被丢弃⑦交换机MAC表记录的是错误的端口边缘端口边缘端口LANCAPDPRPDPDP第24页版权所有©2016华为技术有限公司E1LANA拓扑变化处理(1)TCSWASWBSWCE2E1新的根端口E1E2PCAPCB目的MAC地址端口LANA中的MAC地址LANB中的MAC地址LANC中的MAC地址PCB的MAC地址PCA的MAC地址.....E1E1E2E1E3.....SWB的MAC地址表E2Root边缘端口LANBLANCE3第25页版权所有©2016华为技术有限公司交换设备接收到TC置位的BPDU后，会清空除了收到报文外的其他所有非边缘端口学习到的MAC地址E1LANA拓扑变化处理(2)TCS