RSTP原理及配置学习记录

一、目的及原理

为了解决交换网络中的环路问题，IEEE提出了基于802.1D标准的STP（SpanningTree Protocol，生成树协议）。

随着局域网规模的不断增长，STP拓扑收敛速度慢的问题逐渐凸显，因此，IEEE在2001年发布了802.1W标准，定义了RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议），RSTP在STP的基础上进行了改进，可实现网络拓扑的快速收敛。

二、掌握知识

▫ 描述STP技术的缺陷

▫ 描述RSTP对STP技术的改进

▫ 描述RSTP的基本工作原理

▫ 完成RSTP的基本配置

三、技术实现

STP的计算四步骤

 STP基本原理：在一个具有物理环路的交换网络中，交换机通过运行STP，自动生成一个没有环路的工作拓扑，也被称为STP树。树节点为某些特定的交换机，树枝为某些特定的链路。

STP采用四个步骤来解决二层环路问题（生成一棵STP树）：在一个交换网络中选举一个根桥；在每个非根桥上选举一个根端口；为每个网段选举一个指定端口；阻塞交换机上所有剩余的非根、非指定端口（备用端口）。

如何生成STP树？主要通过比较4个参数：根桥ID、根路径开销、网桥ID和端口ID，值越小，越优先。而这些参数，都是报文BPDU中的字段。
▪ 根桥选举：比较根桥ID，最小胜出。
▪ 根端口选举：依次比较RPC、对端BID、对端PID和本端PID，最小胜出。

▪ 指定端口选举：依次比较RPC、本端BID和本端PID，最小胜出。
▪ 在确定了根端口和指定端口之后，交换机上所有剩余的非根端口和非指定端口被阻塞。

 STP定义了五种端口状态：Disabled、Blocking、Listening、Learning和Forwarding。

▫ Disabled状态：端口无法接收和发出任何帧（即：端口不仅不处理BPDU报文，也不转发用户流量），端口处于关闭（down）状态。
▫ Blocking状态：端口只能接收并处理BPDU，不能发送BPDU，也不能转发用户数据帧（用户流量），是阻塞端口的最终状态。
▫ Listening状态：端口可以接收并发送BPDU，但不进行MAC地址学习，也不能转发用户数据帧。这是过渡状态，用于确定端口角色，将选举出根桥、根端口和指定端口，同时用于防止临时环路。
▫ Learning状态：端口可以接收并发送BPDU，也可以进行MAC地址学习，根据收到的用户流量构建MAC地址表，但不能转发用户数据帧（用户流量）。这也是过渡状态，用于防止MAC地址表未建立，网络中出现大量数据帧泛洪。
▫ Forwarding状态：端口可以接收并发送BPDU，也可以进行MAC地址学习，同时能够转发用户数据帧（用户流量）。只有根端口或指定端口才能进入Forwarding状态。

• 端口状态迁移：
1. STP交换机的端口在初始启动时，会从Disabled状态进入到Blocking状态。在Blocking状态，端口只接收和分析BPDU，但不发送。
2. 在整个过程中，端口一但被关闭或发生了链路故障，就会进入Disabled状态。
3. 如果端口被选为根端口或指定端口，则会进入Listening状态，此时端口接收并发送BPDU，这种状态会持续一个Forward Delay的时间长度，缺省为15s，是为了防止临时环路：因为此时网络中可能还存在因STP树的计算过程不同步而产生的临时环路。
4. 在端口状态迁移过程中，如果端口的角色被判定为非根端口或非指定端口，则其端口状态就会立即退回到Blocking状态。
5. 如果没有因“意外情况”回到Disabled状态，那么端口会进入Learning状态，此时端口不但可以接收并发送BPDU，还会开始构建MAC地址表，为用户流量的转发做好准备。这个状态也会持续一个Forward Delay的时间长度，缺省为15s，是为了防止此时交换机的MAC地址表还未建立，导致大量的数据帧被泛洪。
6. 最后，端口进入Forwarding状态，开始转发用户流量。

四、RSTP概述

RSTP对STP的改进：
▫ 通过端口角色的增补，简化了生成树协议的理解及部署；▫ 端口状态的重新划分；
▫ 配置BPDU格式的改变，充分利用了STP协议报文中的Flag字段，明确了端口角色；

▫ 配置BPDU的处理发生变化；
▫ 快速收敛；
▫ 增加保护功能。

五、配置命令

六、案例

RSTP的基础配置

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