華三交換機生成樹

RSTP

RSTP引入

         STP能夠消除二層網絡中的環路併爲網絡提供冗餘性，可是STP的收斂時間最長鬚要50s，相對於三層協議OSPF或VRRP秒級的收斂速度，STP無疑成爲影響網絡性能的一個瓶頸。爲解決STP收斂速度慢的問題，IEEE在STP協議的基礎之上進行了改進，推出了快速生成樹版本——RSTP。

         RSTP（RapidSpanning Tree Protocol，快速生成樹協議）的IEEE標準爲802.1W，其消除環路的基本思想和STP保持一致。RSTP具有了STP的全部功能，支持RSTP的網橋能夠和支持STP的網橋一同運行。

         和STP相比，RSTP的改進之處包括以下內容。

（1）     RSTP減小了端口狀態。

（2）     RSTP增長了端口角色。

（3）     RSTP配置BPDU的格式和發送方式有所改變。

（4）     當網絡拓撲變化時，RSTP的處理方式不一樣。

RSTP的端口狀態

         RSTP將端口狀態分爲Discarding、Learning和Forwarding狀態。STP中的Disabled、Blocking和Listening狀態在RSTP中都對應爲Discarding。

         進行RSTP計算時，端口會在Discarding狀態完成角色的肯定，當端口肯定爲根端口和指定端口後，通過Forward Delay 端口會進入Learning狀態；當端口肯定爲Alternate端口後端口會維持在Discarding狀態。

         處於Learning狀態的端口其處理方式和STP相同，此狀態期間端口開始學習MAC地址並在Forward Delay後進入Forwarding狀態開始收發數據。

         在實際運行中，因爲RSTP提供了快速收斂機制，端口從Discarding狀態轉換到Forwarding狀態的時間一般小於30s。

RSTP的端口角色

         RSTP中根端口和指定端口角色的定義和STP相同。每個非根橋都有一個根端口，從該端口出發到達根橋的路徑，是本網橋到達根橋的全部路徑最優的。每個Physical Segment（物理網段）都會選舉一個指定橋，指定橋在Physical Segment上的端口即本Physical Segment的指定端口，指定端口擁有該Physical Segment上最優的配置BPDU。

         RSTP將STP中的Alternate端口角色進一步分爲兩種，其中一種角色爲Backup，另外一種角色名稱將仍爲Alternate.

（1）     當阻塞端口收到更優的配置BPDU來自其餘網橋時，該端口爲Alternate端口。

（2）     當阻塞端口收到更優的配置BPDU來自本網橋時，該端口爲Backup端口。

RSTP的BPDU格式及發送方式

         在STP中，一般狀況下只有根橋能夠產生配置BPDU，非根橋從根端口接收配置BPDU並更新爲本身的配置BPDU，而後從指定端口發出，非根橋不會主動產生併發送配置BPDU。

         RSTP對BPDU的發送方式作了改進，RSTP中網橋能夠自行從指定端口發送RST BPSU，不須要等待來自根橋的RST BPDU，BPDU的發送週期爲Hello Time。

         因爲RSTP中網橋能夠自行從指定端口發送RST BPDU，因此在網橋之間能夠提供一種保活機制，即在必定時間內網橋沒有收到對端網橋發送的RST BPDU，便可認爲和對端網橋的鏈接中斷。

         STP不支持這種保活機制，由於STP中配置BPDU僅由根橋產生，其餘網橋僅對配置BPDU進行中繼，傳遞路徑上的任何故障均可能致使接受者沒法收到配置BPDU，因此網橋在一段時間收不到配置BPDU不能判斷爲與對端鏈接中斷。

         RSTP規定，若在3個連續的HelloTime時間內沒有收到對端指定橋發送的RST BPDU，則網橋端口保存的RST BPDU老化，認爲與對端網橋鏈接中斷。新的老化機制大大加快了拓撲變化的感知，從而能夠實現快速收斂。

         在STP中只有在指定端口收到低優先級的配置BPDU時，纔會當即迴應，處於阻塞狀態的端口不會對低於優先級的配置BPDU作出響應。

RSTP的快速收斂

         在STP中，爲了不臨時環路，端口從使能到進入轉發狀態須要等待默認30s的時間，若是想要縮短這個時間，只能經過手動方式將Forward Delay設置爲較小的值。可是Forward Delay是由Hello Time和網絡直徑共同決定的一個參數，若是將Forward Delay設置過小可能會致使臨時環路的產生，影響網絡的穩定性。

         RSTP從根本上進行了改進，定義了多種快速收斂機制，包括邊緣端口機制、根端口快速切換機制、指定端口快速切換機制。其中，指定端口快速切換機制也稱爲P/A機制。

邊緣端口

         當端口直接與用戶終端相連，而沒有鏈接到其餘網橋或局域網網端上時，該端口即爲邊緣端口。

         邊緣端口鏈接的是終端，當網絡拓撲變化時，邊緣端口不會產生臨時環路，因此邊緣端口能夠略過兩個Forward Delay的時間，直接進入Forwarding狀態，無須任何延時。

         因爲網橋沒法自動判斷端口是否直接與終端相連，因此用戶須要手動將與終端鏈接的端口配置爲邊緣端口。

根端口快速切換

         RSTP定義了Alternate端口，爲根端口作備份。當舊的根端口進入阻塞狀態時，網橋會選擇優先級最高的Alternate端口做爲新的根端口，若是當前新根端口鏈接的對端網橋的指定端口處於Forwarding狀態，則新根端口能夠馬上進入轉發狀態。

指定端口快速切換

         當網絡中增長新的鏈路或故障鏈路恢復時，鏈路兩端必然有一個端口的角色是指定端口，在STP中，該指定端口須要等待默認30s時間纔會進入Forwarding狀態。

         RSTP定義了Proposal/Agreement（P/A機制），指定端口能夠經過與對端網橋進行一次握手，便可快速進入轉發狀態，期間不須要任何定時器。p/A機制的前提條件是：握手必須在點到點鏈路中進行。有點到點鏈路做爲前廳，P/A機制能夠實現網絡拓撲的逐連理收斂，而沒必要像STP，須要被動等待默認30s的時間以確保全網實現收斂。

         當新聯路鏈接時，鏈路兩端的端口初始都爲指定端口並處於阻塞狀態。當指定端口處於Discarding狀態和Learning狀態時，其所發送的STP BPDU中的Proposal位將被置位，端口角色位爲11，表示端口爲指定端口。收到Proposal置位的RST BPDU後，網橋會判斷接收端口是否爲根端口，若是是網橋會啓動同步過程。同步過程指網橋阻塞除邊緣端口以外的全部端口，在本網橋層面消除環路產生的可能。

RSTP中的拓撲改變處理

         在STP中，端口變爲Forwarding狀態，或從Forwarding狀態到Blocking狀態均會觸發拓撲改變處理過程。和STP相比，RSTP優化了拓撲改變觸發條件，其拓撲改變觸發條件只有一個；非邊緣端口轉變爲Forwarding狀態。在RSTP中，鏈路中斷將不會直接觸發拓撲改變處理過程。

RSTP和STP的兼容

RSTP是STP的改進版本，能夠支持STP的全部功能，也能夠和STP兼容運行。當運行RSTP的網橋的端口連續3次接收到配置BPDU時，網橋認爲該端口和STP網橋相連，該端口將切換到STP協議運行。

         切換到STP協議的RSTP端口將喪失快速收斂機制特性，機從阻塞到轉發須要等待默認30s的時間。建議當網絡中出現STP和RSTP混用狀況時，將STP設備放在網絡邊緣，從而將影響範圍降到最小。

         （注意：RSTP能夠兼容STP可是STP沒法兼容RSTP）

本篇不附實驗