RSTP 学习笔记

1 RSTP的引入

虽然STP消除了二层网络环路并为网络提供了冗余，但其网络收敛时间比较长，使得对时延敏感的业务不能接受，就引入了STP的升级版快速生成树RSTP。
RSTP的IEEE标准为802.1w，RSTP消除环路的思想跟STP一致，同时RSTP能兼容STP。与STP相比，RSTP比STP进行了如下改变：
1. 减少了端口状态
2.增加了端口角色
3.配置BPDU的格式和发送方式有所改变
4.处理网络拓扑改变的方式不同，可以实现快速的收敛
1.1 RSTP端口状态

端口状态	是否发送BPDU	是否学习MAC地址	是否发送数据
Discarding	否	否	否
Learning	是	是	否
Forwarding	是	是	是

RSTP中的Discarding相当于STP中的Disabled、Blocking、listening。RSTP在Discarding状态就确定了端口角色，处于Learning状态的端口跟STP处理方式相同，此期间端口开始进行MAC的学习，经过Forward Delay之后，进入Forwarding状态。

1.2 RSTP端口角色

RSTP中根端口和指定端口角色的确定跟STP的确认方法一致，发生改变的是STP的Alternate端口角色。
在RSTP中，Alternate端口角色被分为两部分：Backup端口角色和Alternate端口角色，具体划分原则如下：
Ø 当阻塞端口收到的更优配置BPDU来自其他网桥时，该端口就为Alternate端口。
Ø 当阻塞端口收到的更优配置BPDU来自本网桥时，该端口就为Backup端口。
Alternate端口为根端口做备份，Backup端口为指定端口做备份。
1.3 RSTP的BPDU格式
RSTP的BPDU格式跟STP的BPDU格式非常相似，仅在如下几个字段有所不同 ：
1. BPDU协议版本号变为0x02，表示RSTP。 STP的为0x00
2. BPDU的类型变为0x02，STP的为0x00
3. RSTP使用了flags字段的全部8位，STP只使用最低位和最高位2位。RSTP中flags字段包括如下位：
Ø 第0位为TC标志位，跟STP相同。
Ø 第1位为Proposal标志位，该位置位表示该BPDU为快速收敛机制中的Proposal报文。
Ø 第2位和第3位为端口角色标志位，00表示端口角色未知，01表示端口为Alternate端口或Backup端口，10表示端口为根端口，11表示端口为指定端口。
Ø 第4位为Learning标志位，该位置位表示端口处于Learnig状态。
Ø 第5位为Forwarding标志位，该位置位表示端口处于Forwarding状态。
Ø 第6位为Agreement标志位，该位置位表示该BPDU为快速收敛机制中的Agreement报文。
Ø 第7位为TCA标志位，跟STP相同
4.RSTP在BPDU最后增加了Versionl Length字段，该字段值为0x00，表示本BPDU中不包含Versionl 。
1.4 RSTP的 BPDU发送方式
STP中，通常情况下只有根桥从指定接口发送配置BPDU报文，非根桥从根端口收配置BPDU报文并更新。而RSTP对BPDU的发送方式进行了改变，RSTP中网桥可以自行从指定端口发送发送RST BPDU，不需等待根桥发送过来的BPDU，发送周期为Hello Time。这样为网桥之间提供了一种保活机制，即在一定时间内，网桥没有收到对端发送过来的RST BPDU，即可认为和对端网络的连接中断。
RSTP规定，在3个连续的Hello Time时间内网桥没有收到对端指定桥发送的RST BPDU，则该端口保存的RST BPDU老化，认为与对端网桥连接中断。
在STP中，只有指定端口收到低优先级的配置BPDU时才会立即回复，而RSTP中，当收到低优先级的RST BPDU时的Alternate端口也会对其立即回复。
2 RSTP快速收敛
2.1 边缘端口
边缘端口连接的是终端，当网络拓扑发生改变时，边缘端口不会产生临时环路，因此边缘端口不需要经过2个Forward Delay时间而直接进入Forwarding状态。
由于网桥不能自动设备边缘端口，需要手动配置与终端设备相连的端口为边缘渡口。
2.2 根端口快速切换
RSTP定义了Alternate端口为根端口的备份端口，当旧的根端口进入阻塞状态时，优先级高的Alternate端口成为新的根端口，并该新根端口连接对端网桥的指定端口处于Forwarding状态，则新根端口立即进入转发状态。
2.3 指定端口快速切换
RSTP定义了Proposal/Agreement机制（P/A机制），指定端口可以通过与对端端口进行一次握手，即可快速进入转发状态，其中不需要任何定时器。
P/A机制必须是在点对点链路中进行，从而实现网络拓扑逐链路收敛。
P/A机制实现过程如下：
1.当新链路SWA连接到SWB，链路两端的端口初始都为指定端口并处阻塞状态，当该指定端口处于Discarding和Learning状态时，SWA会发送Proposal位置位、端口角色值为11（表示为指定端口）的RST BPDU给SWB。
2.当网桥SWB收到Proposal位置位的RST BPDU时，网桥先确定收到该BPDU的端口是否为根端口。如果是，网桥会启动同步过程（指网桥会阻塞除边缘渡口外的所有端口）。
3.网桥同步完成之后，根端口将进入转发状态，并向SWA网桥发送Agreement位置位、Forwardign置位、端口角色位值为10的RST BPDU（该BPDU是复制前面Proposal位置位的RST BPDU，唯一不同的就是Flags字段的内容以及想置位的字段）进行回应。
4.收到该回应RST BPDU的网桥端口立即按照角色值来确认端口并立即进入转发状态。
5.由于启用同步之后，SWB上除边缘端口以及与SWA相连的端口处转发状态之外，与其他设备相连的端口均处于阻塞状态。处于阻塞状态的端口将重复步骤1-4来打开端口，直到整个网络收敛为止。
在P/A整个过程中不要启用任何定时器，加快了网络收敛的时间。
注：当指定端口发出Proposal BPDU后没有收到Ageement BPDU，则该端口切换到STP方式，需要等待30s(2倍Forward Delay)才能进入转发状态。
3 RSTP中拓扑改变处理
RSTP中触发拓扑改处理过程变的条件为非边缘端口转变为forwarding状态，链路中断是不会直接触发拓扑改变处理过程的。
拓扑改变处理过程如下：
1.当网桥有非边缘端口转变为forwarding状态时，网桥会在两倍Hello Time时间内向根端口或指定端口发送TC位置位的BPDU，同时会清除这些端口学习到的MAC地址。
2. 当其他网桥收到TC位置位的BPDU之后，会清除接受TC报文的端口和除边缘端口外的其他端口的MAC地址，并会在两倍Hello Time时间内向指定端口和根端口发送TC置位的RST BPDU。
通过这种方式，拓扑改变消息会快速泛洪到整个网络，而不需要等待网桥来通知个网桥拓扑改变的消息。
RSTP的拓扑改变处理过程不再使用TCN BPDU，而是发送TC位置位的RST BPDU，并通过泛洪的方式快速通知整个网络。RSTP在收到TC位置位的RST BPDU后不需要在Max Age+Forward Delay时间内将MAC地址老化时间该为Forward Delay，而是直接清除端口学习到的MAC地址，重新学习，实现网络的快速收敛 。
4 RSTP和STP的兼容
RSTP支持STP的所有功能，并能与STP兼容运行，但STP不能兼容RSTP，当启用STP协议的端口收到RST BPDU时，会将RST BPDU丢弃 。
当RSTP端口连续3次接受到配置BPDU时，网桥会将该端口切换到STP协议运行。