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3.3、RSTP原理与配置

2020-07-16 06:10 483 查看

3.3、RSTP原理与配置

  • 前言 STP协议虽然能够解决环路问题，但是收敛速度慢，影响了用户通信质量。如果STP网络的拓扑结构频繁变化，网络也会频繁失去连通性，从而导致用户通信频繁中断。IEEE于2001年发布的802.1w标准定义了快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning-Tree Protocol），RSTP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛
  • STP不足
    • STP的收敛时间 30~50s BPDU老化时间 20s
  • 状态变迁
      30s
  • RSTP的收敛时间
      采用了新的收敛机制 P/A 收敛速度极快
  • RSTP端口角色
    • RSTP新增两种角色 Backup 指定端口的备份
    • 当SWC这一侧连接一台Hub，这一侧的网段也需要选举一个指定端口和指定端口的备份端口Backup
  • Alternate
      根端口的备份端口 该端口在STP中也存在
  • 指定桥到根桥的另一条备份路径
  • RSTP边缘端口
    • 边缘端口不接收处理配置BPDU，不参与RSTP运算
    • 边缘端口 边缘端口是一个特别的端口
    • 位于交换机和主机之间连接的端口
    • 优点 可以直接由Disabled状态装换到Forwarding状态 不经历延时
  • 缺点
      不能接收到配置BPDU
    • 一旦接收到配置BPDU的报文，就丧失了边缘端口的属性，成为普通的RSTP端口，要重新进入生成树的计算
  • 端口状态
    • 状态变化 STP 五种状态
  • RSTP
      三种状态
    • 简化STP状态 五种状态变成了三种状态
    • 分别把Disabled、Blocking、Listening集中变成了Discarding
  • Discarding状态
      端口既不转发用户流量，也不学习MAC地址
  • Learning状态
      端口不转发用户流量，但是学习MAC地址
  • Forwarding状态
      端口即转发用户流量，又学习MAC地址
  • RST BPDU
    • STP配置BPDU中Flag字段的中间6位在RSTP中得到了应用
    • BPDU STP和RSTP的BPDU总体内容是一样的，唯一的变化是Flags位增加了一些内容 增加两个角色 Agreement
    • Proposal
  • 添加端口状态
      Forwarding
    • Learning
  • Port Role
      端口角色
    • 对于RSTP的BPDU来讲，可以获取该端口是什么端口，是什么状态，都可以通过BPDU去获取
  • RST BPDU
    • 非根桥设备无论是否接收到根桥发送的配置BPDU，都会按照Hello Timer规定的时间间隔发送配置BPDU
    • STP BPDU STP中只有根桥可以发送配置BPDU，其他非根交换机只有接收到配置BPDU，在配置BPDU的促发下才会去发送
    • 导致STP网络收敛的时候会比较慢，特别是当一个网络特别大的时候，要一层一层去蔓延配置BPDU，需要很长时间
  • RSTP BPDU
      每一个交换机都可以自己去发送BPDU，这使得整个网络的收敛速度变得特别快
  • RSTP收敛过程
    • 每一台交换机启动RSTP后，都认为自己是“根桥”，并且发送RST BPDU。所有端口都为指定端口，处于Discarding状态
    • 交换机互相发送Proposal置位的RST BPDU
    • SWA收到SWB的RST BPDU，会忽略 SWA比SWB优先
  • SWB收到了更优的RST BPDU，于是停止发送RST BPDU，并开始执行同步
      同步 除了接收端口和边缘端口，其他端口都进入Discarding状态
  • 阻塞所有非边缘端口之后，SWB将会发送一个Agreement置位的RST BPDU
      发送Agreement BPDU之后 端口立刻从Discarding状态变成Forwarding状态
    • 端口角色变为根端口
  • SWA和SWB这一段的P/A机制已经完成
  • P/A进程向下游继续传递，SWB和SWC、SWA和SWC会继续进行收敛，直到最终完成收敛过程
  • 链路故障/根桥失效
    • 链路故障或者根桥失效都会导致交换机收不到邻居发送的RST BPDU。 在STP中，需要经过20s的老化时间，才会认为上游设备出现问题
    • 在RSTP中，3倍Hello Timer内收不到邻居的BPDU即认为邻居失效 3倍Hello Timer 从20s变为6s的时间
  • RSTP拓扑变化处理
    • STP变化处理 故障的交换机会向上游去发送TCN，一直发送到根桥，然后根桥会向下游去下发TC置位的BPDU
  • RSTP变化处理
      每一台交换机都会自行发送 Eg SWC出现故障，SWC会向上游去发送TC置位的BPDU
  • 其他交换机接收到TC置位的BPDU后，清空所有其他端口学习到的MAC地址，收到TC BPDU的端口不清空
  • STP兼容
    • 运行RSTP的交换设备在某端口上接收到运行STP的交换设备发出的配置BPDU，会把该端口转换到STP工作模式 SWA和SWB之间使用的是RSTP，所以交互的是RSTP的BPDU
    • 如果SWB和SWA端口有一个端口启用的是STP，当RSTP端口收到了STP端口的BPDU，就会等待两个Hello Time的时间间隔，把自己的端口专换到STP工作模式，此后就发送STP的BPDU
    • 这样就实现了兼容性的操作
  • RSTP可以和STP实现后向兼容
      不推荐，会使得RSTP无意义
  • 配置STP模式
    • 在端口处把STP改成RSTP
    • 执行命令后，SWA所有端口都工作在RSTP模式
  • 配置验证
    • 华为设备并不是使用单纯的STP和单纯的RSTP，是RSTP加STP的混合版，所以有一些参数会看到域的概念
    • 相关参数 CIST Root/ERPC 根桥
  • CISTG RegRoot/IRPC
      指定桥
    • 本交换机MAC 如果本交换机MAC和根桥MAC一致的话，说明当前交换机就是根桥
  • 配置边缘端口
    • 边缘端口可以由Disabled直接转到Forwarding状态，不经历时延
    • Sx7系列交换机默认所有端口都工作在非边缘端口
  • 根保护
    • 根保护功能确保了根桥指定端口不会因为一些网络问题而改变端口角色 如果根桥的指定端口接入到了更优先的交换机，就可能会促发网络的改变
    • 如果有人恶意发送更高优先级的BPDU的话，网络拓扑就会出现不断地动荡
  • 根保护端口只在指定端口生效，不能配置在边缘端口和使用在环路保护端口
  • BPDU保护
    • 配置BPDU保护功能后，如果边缘端口收到BPDU报文，边缘端口将会立即关闭，并通知网管系统。被关闭的边缘端口课配置成自动恢复或管理员手动恢复
    • 正常情况下，边缘端口不会收到BPDU 但是如果有人发送BPDU恶意攻击的话，边缘端口还是有可能收到BPDU，这是边缘端口会参与网络拓扑计算，会频繁引起网络动荡
    • 所以需要施加一个BPDU保护
  • 环路保护
    • 环路保护 主要用于光纤的链路 光纤链路分为一收、一发两根光纤
    • 如果一根光纤出现问题，等待三个Hello Time时间之后，交换机C会认为上游出现问题了，然后将阻塞端口由Discarding转化为Forwarding的状态
  • 此时交换机C端口A的链路恢复正常
  • 但是交换机C转发给交换机A的，还有一条光纤是正常工作的，所以形成了一种单向的环路
  • 为了避免单向环路的现象，我们给与根端口进行环路保护
      根端口如果长时间收不到来自上游的BPDU，则进入Discarding状态，避免在网络中形成环路
  • 配置验证
  • 本章总结
      P/A机制中同步的作用是什么？ 同步作用 RSTP网络中一种拓扑收敛机制，能够避免让该交换机的其他端口出现临时的环路现象
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