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带你走进网络世界:环路黑科技-RSTP

2020-02-03 22:26网络世界 人已围观

简介网络世界上次说到STP收敛的时间很长,长到无法忍受,所以被RSTP和MSTP替代了,那么这一次我们就就来看看RSTP究竟凭什么替代STP。 Hello time:当拓扑稳定后,根桥会按照 Hello time 的时间周期向周...

  上次说到STP收敛的时间很长,长到无法忍受,所以被RSTP和MSTP替代了,那么这一次我们就就来看看RSTP究竟凭什么替代STP。

  Hello time:当拓扑稳定后,根桥会按照 Hello time 的时间周期向周围的设备发送BPDU报文,以确认链路是否存在故障。TCN BPDU不受Hello time限制。(注:TNC BPDU 是当拓扑发生变化,当前交换机会发出TCN BPDU报文告知拓扑发生改变)

  Forward Delay:转发延时是端口状态变化所持续的时间,是指端口从阻塞状态进入监听状态和学习状态所持续的时间,当端口从阻塞状态进入监听状态,在监听状态需要持续15秒,从监听状态进入学习状态需要持续15秒。当拓扑发生变化,STP会重新收敛,选出的根端口和指定端口需要等待两倍的Forward Delay时间才能进入转发状态。(STP收敛慢主要体现在这里)

  Max Age:最大生存时间是指BPDU报文的老化时间,当非根桥接收到BPDU报文的时候会与“消息生存时间”和“最大生存时间”进行对比,若消息生存时间大于最大生存时间,交换机则认为该根桥不可达,会丢弃该BPDU报文,若小于则继续进行转发。

  STP的出现是为了解决网络中的物理环路,运行STP的设备会互相交换信息发现网络中的物理环路,然后选择性地阻塞物理环路中的端口,最终将物理环路的网络修剪成无环网络。

  RSTP的出现针对STP的诸多不足进行修改和补充,但是RSTP很大一部分原理是直接继承STP的,所以我们需要先学习STP然后再去学习RSTP(STP虽然很旧,现在也没人用,但是RSTP和MSTP都是基于STP衍生而来的,所以STP还是必学的)。

  在RSTP中相比STP增加了两种端口角色,现有的端口角色分别是根端口、指定端口、替代端口、备份端口和边缘端口。

  根端口和指定端口的作用与STP是一致的。而替代端口则是根端口的备份端口,替代端口提供了指定桥到根桥的另一条可切换的路径。而备份端口则是指定端口的备份端口,提供了另一条从根桥到相应网段的可切换路径。

  这里重点说明一下“边缘端口”,边缘端口是管理员手工指定的一个端口,若一个端口被指定为边缘端口,那么这个端口则不参与STP的运作,就是不参与STP的选举,不触发STP的收敛等,一旦指定为边缘端口则直接进入转发状态。这种端口一般用于连接PC等客户端,边缘端口多数是配置在接入层交换机上,配置边缘端口的作用是为了在客户端开机或者关机所触发的端口状态变化不触发STP发送拓扑更改报文(TCN BPDU)。

  在RSTP中删除了STP两种端口状态,删除的端口状态分别是监听状态、阻塞状态。

  丢弃状态是端口不学习MAC也不转发用户流量。对比STP的端口状态是阻塞、禁用、监听,这样从阻塞状态到转发状态只需要等待一个周期延时(15秒)。

  RSTP的BPDU相比STP的BPDU主要是体现在配置BPDU的格式、拓扑发生变化时BPDU的使用以及对BPDU的处理等几方面。

  拓扑发生变化时,STP是发送TCN BPDU告知上游网络设备拓扑发生改变,而RSTP则移除了TCN BPDU,还有RSTP的配置BPDU也改成了RST BPDU(名字更改了,但作用是一样的,主要是区分STP和RSTP的配置BPDU)。

  运行STP的交换机检测到拓扑发生改变的时候,拓扑改变的当前交换机会发送TCN BPDU给上游的设备,上游设备收到之后会发送一条BPDU信息给下游设备告诉下游设备停止发送TCN BPDU,然后上游设备会把接收到的这条TCN BPDU发送给根桥,当根桥收到了TCN BPDU之后又会发送一条BPDU下去,要求拓扑更改的当前交换机删除对应的MAC地址表。(拓扑发生改变包括 端口从阻塞状态变成转发状态,或者转发状态的端口变成阻塞状态等。)

  运行RSTP的交换机检测到拓扑发生改变的时候,拓扑改变的当前交换机会为本机的所有“非边缘接口”启动一个计时器(TC While),这个定时器的时间是Hello time的两倍,在这个时间内,交换机会把状态发生变化的端口所学习到的MAC地址表清空,同时由启动计时器的端口发送特定的RST BPDU,直到计时器超时。当其他交换机接接收到这个RST BPDU的时候会清空除了接收到这个RST BPDU外的所有端口所学习到的MAC地址,同时为所有非边缘接口启动计时器重复上一台交换机过程。通过这个过程交换机不需要TCN BPDU上报给根桥,然后由根桥下发配置清除端口的MAC,而是直接清除MAC重新学习,实现网络的快速收敛。

  STP的配置BPDU报文是当拓扑稳定后由根桥发送给非根桥,然后经过非根桥的处理之后再继续往下发送,这个过程需要经过缓慢且复杂的计算后才得到的结果,而RSTP对此作出了改进,非根桥无论是否接收到来自根桥的RST BPDU都会按照Hello time的时间间隔定时发送BPDU,RSTP中各交换机发送BPDU全部都是自主的,不像STP中被动进行。

  在RSTP中,如果一台交换机经过连续3倍的Hello time 时间都没有收到来自上游设备RST BPDU的话,该交换机会认为与上游交换机协商失败。而不像STP需要等待一个 MAX Age时间。

  当RSTP接收到一个次优的BPDU时,不管是否指定,都会马上把更有的BPDU发送给对方,STP也会这么做,但是STP只会通过指定端口发送。

  RSTP中的收敛就是给所有端口分配角色,这个比STP中同时顾及端口角色和端口状态的收敛效率要高很多。

  RSTP的收敛,端口会从丢弃状态通过收敛机制快速进入到转发状态,这个收敛机制较为复杂,这里就不细说了。

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