1.RSTP基本概述

1.1 与STP的不同

RSTP - 图1

  • RSTP（Rapid Spanning Protocol）快速生成树，STP协议虽然能够解决环路问题，但是收敛速度过慢，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，快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol）：802.1W由802.1D发展而成，基于P/A机制，这种协议在网络结构发生变化时，能够更快的收敛网络。

1.2 端口角色

RSTP端口角色.png
相对于传统STP三种端口角色，RSTP重新定义了五种端口角色，分别为：

  1. Root Port：根端口RP
  2. Designate Port：指定端口DP
  3. Alternate Port：替代端口AP
  4. Backup Port：备份端口BP
  5. Edge Port：边缘端口
  • 根端口和指定端口与STP协议中的定义相同，Alternate和Backup端口的描述如下：
    • 从配置BPDU报文发送角度来看：
      • Alternate端口就是由于学习到其它网桥发送的更优配置BPDU报文从而阻塞的端口。
      • Backup端口就是由于学习到自己发送的更优配置BPDU报文从而阻塞的报文。
    • 从用户流量角度来看
      • Alternate端口提供了从指定桥到根的另一条可切换路径，作为根端口的备份端口。
      • Backup端口作为指定端口的备份，提供了另一条从根桥到相应网段的备份通路。

给一个RSTP域内所有端口分配角色的过程就是整个拓扑收敛的过程。

如何区分预备端口AP和备份端口BP：
每条链路上只有一个指定端口，所以在一条链路上拥有DP端口的交换机为指定交换机

  • 如果从另外一个端口收到的BPDU中的Bridge ID是自身的Bridge ID，则表明当前的BPDU是从自身设备发出去的，则收到此BPDU的接口为BP。
  • 如果从另外一个端口收到的BPDU中的Bridge ID不是自身的Bridge ID。则为AP。
    • 如果该端口不属于所连接网段的指定交换机，则端口状态设置为预备端口（Alternate Port）
    • 如果该端口属于所连接网段的指定交换机，则端口状态设置为预备端口（Backup Port）

拓扑.jpg
（1）Root Port

  • 根端口，离根桥最近的非根交换机端口，每台非根交换机只有一个根端口，根交换机没有根端口。根端口接收BPDU，并转发数据帧。
  • 每个STP网络中，都会存在一个根桥，其它交换机为非根交换机，根桥或者根交换机位于整个逻辑树的根部，是STP网络的逻辑中心，非根桥是根桥的下游设备，根端口是非根交换机去往根桥路径的最优端口，在一个允许STP协议的交换机上最多只有一个根端口，但根桥上没有根端口。

RP端口是接收到最优BPDU的端口，后续的端口选举都依照这份BPDU进行选举，如果RP端口Down掉，则所有选举出来的端口都将无效，交换机会将所有端口变为Listenting状态，重新选举根端口并生成新的BPDU进行重新的选举。

RP端口失效.jpg

（2）Designated Port：**

  • 指定端口，用于数据和BPDU的转发，指定端口接收转发BPDU，并转发数据帧。
  • 指定端口是交换机所连接链路转发配置BPDU的端口，每个网段有且只能有一个指定端口。一般情况下，根桥的每个端口总是指定端口。

（3）Alternate Port：
1.jpg

  • 预备端口，在RSTP环境中，AP作用作为同一台交换机上的RP的替代端口，当交换机发现自己的某个RP端口挂掉后，会立即将AP端口转为RP。

（4）Backup Port：
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  • 一台交换机上存在指定端口，则为指定交换机，和指定端口存在同一链路上，则此接口为Backup Port，否则为AP。
  • 备份端口，在RSTP环境中，BP作用作为DP的替代端口（使用双线路连接HUB做冗余），当交换机发现自己的某个DP端口挂掉后。在经历3倍的Hello时间*Time factos（HUAWEI为18S）后将BP端口变为DP端口并直接进入Forwarding状态。

（5）Edge Port：

  • 边缘端口，用于连接PC的端口，边缘端口不参与STP端口的选举，直接进入Forwarding状态（传统的STP也可以配置此端口，或直接在接口下使用命令STP Disable关闭端口STP功能）
  • 配置边缘端口的好处在于端口可以直接进入Forwarding状态，并且当边缘端口Down掉，不会进行P/A机制的重新收敛，不会发送TC置位的BPDU，减轻网络的负担。
  • 配置边缘端口后，此端口还是会继续发送BPDU给下游设备，目的为了防止环路，如果用户端存在环路，将此报文重新引回此交换机，此时边缘端口回变成非边缘端口并进行选举。
  • 在实际中，当企业存在大量的用户，上班时间同时开机，当交换机的一个端口有Down变为UP，会触发交换机发送TC置位的BPDU通告其它交换机刷新MAC表项，所以此时使用Edge Port可以避免这种现象。

1.3 端口状态

端口状态.png

  • RSTP的状态规范把原来的5种状态缩减为3种。根据端口是否转发用户流量和学习MAC地址来划分：
    • 如果不转发用户流量也不学习MAC地址，那么端口状态就是Discarding状态。
    • 如果不转发用户流量但是学习MAC地址，那么端口状态就是Learning状态。
    • 如果既转发用户流量又学习MAC地址，那么端口状态就是Forwarding状态。

RSTP计算过程：

  • 端口在Discarding状态下完成端口角色的确定：
    • 当端口角色确定为根端口和指定端口后，经过Forwarding Delay后，端口进入Learning状态，处于Learning状态的端口其处理方式和STP相同，此期间端口开始学习MAC地址并在Forwarding Delay后进入Forwarding状态，开始转发数据。实际上，RSTP会通过其它方式加快这个过程。
    • 当端口角色确定为Alternate后，端口会维持在Discarding状态。

1.4 BPDU中的Flag

BPDU中Flag.png

  • 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，在配置BPDU报文的格式上，除了保证和STP格式基本一致之外，RSTP作了一些小变化：
    • Type字段，配置BPDU类型不再是0而是2，所以运行STP的设备收到RSTP的配置BPDU时会丢弃。
    • Flags字段，使用了原来保留的中间6位。这样改变的配置BPDU叫做RST BPDU。

RSTP中BPDU的Flag字段解释：

  • 第0位为TC标志位，和STP相同。
  • 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。
  • 第2位和第3位为端口角色标志位：
    • 00：表示端口角色为未知；
    • 01：表示端口角色为根端口；
    • 10：表示端口角色为Alternate或Backup端口；
    • 11：表示端口为指定端口。
  • 第4位为Learning标志位，该位置位表示端口处于Learning状态。
  • 第5位为Forwarding标志位，该位置位表示端口处于Forwarding状态。
  • 第6位为Agreement标志位，该位置位表示该BPDU位快速收敛机制中的Agreement报文。
  • 第7位为TCA标志位，和STP相同。

1.5 配置BPDU的处理

配置BPDU的处理.png
BPDU处理发生的变化

  • 拓扑稳定后，配置BPDU报文的发送方式
    • 在STP中拓扑稳定后，根桥按照Hello Timer规定的时间间隔发送配置BPDU。其它非根桥设备在收到上游设备发送过来的配置BPDU后，才会触发发出配置BPDU，此方式使得STP协议计算复杂且缓慢。RSTP对此进行了改进，即在拓扑稳定后，无论非根桥设备是否接收到根桥传来的配置BPDU报文，非根桥仍然按照Hello Timer规定的时间间隔发送配置BPDU，该行为完全由每台设备自主进行。
  • 更短的BPDU超时计时
    • 如果一个端口连续3个Hello Time时间内没有收到上游设备发送过来的配置BPDU，那么该设备认为与此邻居之间的协商失败。而不像STP那样需要先等待一个Max Age。
  • 次优BPDU的处理
    • 当一个端口收到上游的指定桥发来的RST BPDU报文时，该端口会将自身存储的RST BPDU与收到的RST BPDU进行比较。如果该端口存储的RST BPDU的优先级高于收到的RST BPDU，那么该端口会直接丢弃收到的RST BPDU，立即回应自身存储的RST BPDU。当上游设备收到下游设备回应的RST BPDU后，上游设备会根据收到的RST BPDU报文中相应的字段立即更新自己存储的RST BPDU。由此，RSTP处理次优BPDU报文不再依赖于任何定时器通过超时解决拓扑收敛，从而加快了拓扑收敛。

1.6 RSTP的BPDU

1.6.1 配置BPDU

  • 与传统的BPDU报文中除Flag外，其余BPDU内容相同，传统STP的BPDU中的Flag位只有TCA和TC两位，RSTP的BPDU在此基础上增加了多位Flag字段。
  • RSTP模式中，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。

BPDU报文.jpg

  1. Protocol ID：协议ID，该值总为0
  2. Protocol Version ID：协议版本ID，STP的版本（802.1D为0；802.1W为2；802.1S为3）
  3. BPDU Type：BPDU类型，分为两种，配置BPDU为0，TCN BPDU为80

  4. Flags：分为七个置位符：

    • TCA：Topology Change Acknowledgment，拓扑变更确认信息
    • Agreement：PA机制中的Agreement置位符
    • Forwarding：端口状态“转发”

    • Learning：端口状态“学习” | 状态 | Forwarding | Learning | | —- | —- | —- | | Discarding | 0 | 0 | | Leaning | 0 | 1 | | Forwarding | 1 | 1 |

    • Port Role：端口角色，2Bit，，可以表示四种角色： | 组合数值 | 含义 | | —- | —- | | 00 | Unknown | | 01 | Alternate Port/Backup Port | | 10 | Root Port | | 11 | Designated Port |

    • Proposal：P/A机制中的Proposal置位符

    • TC：Topology Change：拓扑变更
  5. Root ID：根桥的ID。由三部分组成：
    • 4bit的优先级值
    • 12bit拓展系统ID（实例ID，默认为0）
    • 8Byte系统ID（MAC地址）
  6. RPC：Root Path Cost：根路径开销
  7. Bridge ID：转发者的ID，每经过一个交换机，Bridge ID会变为此交换机的ID，由三部分组成：
    • 4bit的优先级值
    • 12bit拓展系统ID（实例ID，默认为0）
    • 8Byte系统ID（MAC地址）
  8. Port ID：端口ID，每经过一个交换机的端口，Port ID变为此端口的ID
  9. Message Age：配置BPDU在网络中传播的生存期，默认每经过一条，Message Age+1
  10. Max Age：Message Age最大老化时间，默认为20S
  11. Hello Time：探测时间，默认为2S
  12. Forward Delay：转发延迟，默认为15S

1.6.2 TC BPDU

  • 传统STP中，只有根桥才会发送TC置位的Configuration BPDU通告下游交换机用来缩短MAC地址表的生存时间。RSTP中，不存在TCN BPDU，一旦交换机发现自己的端口和对端交换机端口链路出现问题后，会立即向Designated Port和Root Port发送将TC置位的Configuaration BPDU通告其余交换机，其余交换机收到TC置位的BPDU后，会立即删除除接收到TC BPDU的接口和边缘端口以外的端口的MAC表清空，整个过程持续4S.

    由于从某个端口收到TC置位的BPDU，说明该链路有效，所以会保留收到Configuration BPDU端口对应的MAC地址映射和配置边缘端口的MAC地址映射

2.RSTP快速收敛

2.1 端口状态迁移原则

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  • 根据选举规则，确定端口角色之后，需要根据端口角色设置端口状态。
  • 将端口状态从Forwarding状态迁移到Discarding状态（从根端口或者指定端口变成预备端口或者备份端口）是不会出现环路风险的，可以不经过等待立即转换。
  • 将端口状态从Forwarding状态迁移到Forwarding状态（从根端口变成指定端口或者从指定端口变成根端口）也不会引起环路风险，也可以不经过等待立即转换
  • 端口状态迁移时能引起环路风险的是从Discarding状态迁移到Forwarding状态（从预备端口或者备份端口变成根端口或者指定端口），在STP中，从不转发状态迁移到Forwarding状态需要等待两次Forward Delay间隔才能迁移，以保证网络中需要进入不转发状态的端口有足够的时间完成计算。但是RSTP对此做了改进。

  • RSTP（快速生成树）的主要设计原则是，在没有临时环路风险的情况下，使原本处于不转发状态下的端口在成为指定端口或者根端口之后，尽可能快的进入Forwarding状态，加快收敛速度。

  • 因此，如何确认网络中有没有环路风险是RSTP的重要内容。

2.2 基本方法

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STP收敛机制：

  • 在STP中，为了避免出现临时环路，端口从启动到进入转发状态默认需要等待30S的时间，也就是说STP只能依靠计时器被动的收敛。如果缩短端口从启动到转发的等待时间，可能会引起网络的不稳定。

RSTP快速收敛机制：

  • 边缘端口机制
    • 在RSTP中，如果某一个指定端口位于整个网路的边缘，即不再与其它交换设备连接，而是直接与终端设备直连，这种端口叫做边缘端口。边缘端口不接受处理配置BPDU。不参与RSTP运算，可以由Disable直接转到Forwarding状态，且不经历时延，就像在端口上将STP禁用。但是一旦边缘端口收到配置BPDU，就丧失了边缘端口属性，成为普通STP端口，并重新进行生成树计算，从而引起网络震荡。
  • 根端口快速切换机制
    • 如果网络中一个根端口失效，那么网络中最优的Alternate端口将成为根端口，进入Forwarding状态。因为通过这个Alternate端口连接的网段上必然有个指定端口可以通往根桥。
  • Proposal/Agreement机制——选举新的指定接口
    • 当一个端口被选举成为指定端口之后，在STP中，该端口至少要等待一个Forward Delay（Learning）时间才会迁移到Forwarding状态。而在RSTP中，此端口会先进入Discarding状态，再通过Proposal/Agreement机制快速进入Forwarding状态。
    • 这种机制必须在点到点全双工链路上使用
    • Proposal/Agreement机制简称P/A机制。

2.3 边缘端口机制

边缘端口.png
边缘端口机制：

  • 边缘端口连接的是终端，当网络拓扑发生变化时，边缘端口不会发生环路，所以边缘端口可以忽略两个Forwarding Delay，直接进入转发状态，无需任何延迟。
  • 边缘端口不接收处理配置BPDU，不参与RSTP计算，可以由Disable直接转到Forwarding状态，且不经历时延，就像在端口上将STP禁用。但是一旦边缘端口收到配置BPDU。就丧失了边缘端口属性，成为普通STP端口，并重新进行生成树计算，从而引起网络震荡。

2.4 根端口快速切换机制

根端口快速切换.png
根端口快速切换机制：

  • 在RSTP中，Alternate端口为根端口的备份。当该网桥的根端口失效时，网桥会选择最优的Alternate端口作为新的根端口，直接进入Forwarding状态。因为通过这个Alternate端口连接的网段上必然有个指定端口可以通往根桥

2.5 P/A机制

PA机制.png
P/A机制：

  • Proposal/Agreement机制，其目的是使一个指定端口尽快进入Forwarding状态。

  • P/A机制要求两台交换设备之间链路必须是点到点的全双工模式。一旦P/A协商不成功，指定端口的选择就需要等待两个Forwarding Delay，协商过程与STP一样。

  • 上图中，新链路连接成功后，P/A机制协商过程如下：

    • P0和P1两个端口马上都先成为指定端口，发送RST BPDU。
    • S2的P1端口收到更优的RST BPDU，马上意识到自己将成为根端口。而不是指定端口，停止发送RST BPDU。
    • S1的P0进入Discarding状态，于是发送的RST BPDU中把Proposal置1。
    • S2收到根桥发送来的携带proposal的RST BPDU，开始将自己的所有端口进入sync变量置位。
    • P2已经阻塞，状态不变；P4是边缘端口，不参与运算；所以只需要阻塞非边缘指定端口P3。
    • P2、P3、P4都进入Discarding状态之后，各端口的synced变量置位，根端口P1的synced也置位，于是便向S1返回Agreement位置位的回应RST BPDU。该RST BPDU携带和刚才根桥发过来的BPDU一样的信息，除了Agreement位置位之外（Proposal位清零）。
    • 当S1判断出这是对刚刚发出的Proposal的回应，于是端口P0马上进入Forwarding状态。

2.6 P/A机制传递过程

PA机制传递过程.png

  • P/A过程可以向下游继续传递
  • 当S1和S2之间新增了一条链路后，P/A机制工作如下：
    • S1通过端口E1发送Proposal置位的RST BPDU消息给S2。
    • S2收到该更优的BPDU后，意识到E2为根端口，启用同步机制阻塞指定端口E1和E3以避免产生环路，然后将根端口设置为转发状态，并向S1发送Agreement消息。
    • S1收到Agreement消息后，指定端口E1马上进入转发状态。
    • S2向处于同步状态的非边缘指定端口E1和E3发送Proposal报文。
    • S3收到S2发送的Proposal报文后，判断E1为根端口，启动同步过程，由于S3下游均为边缘端口，所以已经实现了同步，因此S3直接向S2回复Agreement消息。
    • S2收到S3发送的Agreement消息后，端口E1马上进入转发状态。
    • S4的处理过程如S3。
    • S2收到S4发送的Agreement消息后，端口E3马上进入转发状态。
    • P/A过程结束。

2.7 P/A协商机制的前提——点到点链路

PA机制前提.png

  • 使用“Proposal－Agreement”的前提是泛洪这两种消息的链路均为点到点链路，点到点链路是指两个交换机直接相连的链路。
  • 之所以必须使用点到点链路是因为点到多点链路有环路风险。如图所示，SWA向外发出一个Proposal之后，由于SWC是网络边缘，因此迅速返回一个Agreement，使SWA的新指定端口进入转发状态，但是此时SWB、SWD和SWE等尚未完成Proposal－Agreement的泛洪过程，因此，网络中存在环路风险。所以使用此“Proposal－Agreement”要求交换机间链路必须为点到点链路。
  • 事实上，如果交换机间的链路没有被配置为点到点链路，泛洪过程会自动停止，需要从Discarding状态进入Forwarding状态的端口要等足够长时间（两倍Forward Delay）才能进入Forwarding状态。
  • 实质上，“Proposal－Agreement”机制是一种在点到点链路上的“触发计算－确认”机制，这种“触发计算－确认”过程在点到点链路上泛洪，一直到达网络末端（边缘交换机，即非根端口均为边缘端口）或者预备端口（Alternate Port，处于Discarding状态，表示环路已被打断）。

2.8 RSTP收敛过程

初次收敛

  • 初始状态

初始状态RSTP.jpg
每一台交换机启动RSTP后，都认为自己是“根桥”

  • 所有端口都为指定端口

  • 处于Discarding状态，防止临时的环路

  • 置位Proposal

置位Proposal.jpg

  • 交换设备互相发送Proposal置位的RST BPDU，SWA收到SWB（BID优先级小）的RST BPDU，会忽略，HUAWEI设备也会将Agreement置位，用来表示当前的网络类型为P2P全双工模式。

  • 同步

同步.jpg

  • SWB收到了更优的RST BPDU，于是停止发送RST BPDU，并开始执行同步，除边缘端口外的所有下游指定端口变为Discarding状态。

  • Agreement置位

Agreement置位.jpg

  • SWB阻塞所有非边缘端口之后，将RP端口变成Forwarding状态，将SWA（Root）的报文中的Bridge ID变为自己的Bridge ID，并将Agreement置位，发送给SWA。

    回送的这份Agreement置位的BPDU内容为SWA发送过来的BPDU，BPDU中的Bridge ID变为SWB，Port ID变为发往SWA的接口。

  • 根桥迁移到Forwarding状态：

13.jpg

  • SWA收到Agreement置位的RSTP BPDU后，指定端口立即从Discarding迁移到Forwarding状态。

  • P/A机制协商失败

  • 当进行到最后一段链路时，会将低Root ID的交换机端口置位AP端口，此时对端端口发送Proposal置位的Configuration BPDU，但是由于本端是AP端口，所以不会恢复Agreement置位的Configuration BPDU，所以此时对端认为它的对端不支持RSTP，所以采用传统的STP收敛方式，经历2倍的Forward Delay，进入Forwarding状态。

    由于AP链路并不转发数据，所以即使要30S才会收敛，也不会影响实际的数据转发。

  • 拓扑改变重新收敛

    • 如果RP端口失效，AP端口立即成为RP端口
    • 如果DP端口失效，BP端口立即成为DP端口
    • 如果收到一份次优的BPDU，立即进行端口的重新选举
    • 如果收不到BPDU，等待时间为Hello时间 3 Timer Factor（因自定义，HUAWEI为3=18S立即认为根桥失效，，重新进行收敛）

  • AP交换机RP端口失效

AP交换机RP端口失效.jpg

  • 非根交换机的根端口Down后，会立即将AP端口变为RP端口进入转发状态。并发送TC置位的BPDU通告邻居进行MAC地址表的删除。

  • DP交换机RP端口失效

image.png

  • LSW4的g0/0/1端口失效后，LSW4立刻认为自己为Root，将所有的端口变为discarding状态，并发送proposal置位的BPDU
  • LSW5收到proposal置位的BPDU后，与自身认为最有的BPDU进行比较，发现自身的（LSW3）更优，会将端口变为DP，并变为Discarding状态，发送最优的BPDU给LSW4，并将Proposal置位。
  • LSW4收到Proposal置位的BPDU后，发现优于自身的BPDU，同步所有端口，并将G0/0/3变为RP端口，并发送Agreement置位的BPDU给LSW5，LSW5收到后，将G0/0/3的状态变为Forwarding状态

MAC地址表删除：

  • 拓扑发生变化后，交换机会立刻从所有的指定端口发送TC置位的BPDU报文
  • 当上游交换机收到TC置位的BPDU后，只保留接收到TC置位端口的mac地址映射和配置边缘端口的MAC地址映射，删除其余的MAC地址表

DP端口失效

18S收敛：
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  • 根交换机的DP端口失效后，在经历3倍Hello时间 * Time Factor（华为为18秒）后将BP端口变为DP端口进入转发状态，并发送TC置位的BPDU通告邻居进行MAC地址的删除

48S收敛：
2.png

  • LSW2的G0/0/2链路失效后，在经历3倍Hello时间 * Time Factor（华为为18S）后将BP端口变为DP，并且发送Proposal置位的BPDU进行P/A机制的协商，由于LSW3的G0/0/1接口为AP，不会恢复BPDU，所以导致LSW2的P/A协商失败，进入传统的收敛装填，30S后进入Forwarding装填，所以为18+30=48S

新根桥出现：
注**1**：拓扑变更的原则为：

  • 原先为Forwarding状态的端口变为Forwarding状态的端口，立刻转变为Forwarding
  • 原先为Discarding状态的端口变为Forwarding状态的端口，进入转发延迟或等到对端发送Alternate置位的Configuration BPDU进行确认后进入Forwarding状态

注**2：AP端口变为RP或DP只有收到新的AP交换机发送的Proposal置位的BPDU后才会进入Forwarding**状态

  • 如果网络中的AP端口变为DP或AP进入forwarding状态（最终状态），如果网络中新选举出的AP并没有达到收敛，此时如果老的AP直接进入转发状态，会造成环路，所以当AP变为DP或BP时，他会停留在Discarding状态，并一直等到新的AP交换机发送的Proposal置位的BPDU后才会进入Forwarding状态

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  • 网络稳定的情况下，SW5的优先级更高，成为了新的根桥
  • SW5的G0/0/2由RP变为DP，依旧为Forwarding状态
  • SW5的G0/0/3由AP端口变为DP端口，从Discarding状态变为Forwarding（最终状态），为了防止临时环路，依旧停留在Discarding，并从G0/0/3端口发送Proposal置位的Configuration BPDU进行P/A协商
  • SW4收到Proposal置位的BPDU后，发现更优的Configuration BPDU，于是执行同步过程，除G0/0/3端口都变为Discarding状态，将GE0/0/3由原来的DP变为RP，并依旧保持Forwarding状态
  • 此时SW4和旧根桥SW3进行P/A机制的协商，SW4发送Proposal置位的Configuration BPDU，SW3发现SW4发送的Configuration BPDU（SW5的BPDU）优于自身，执行同步过程，发送Agreement置位的BPDU进行回复，SW5收到后，将GE0/0/2变为Forwarding状态，并继续向上游发送Agreement置位的BPDU，此时SW4会将GE0/0/1变为Forwarding状态

3.RSTP拓扑改变

3.1 RST BPDU的Flags字段设置——TCN

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  • 对于RST BPDU中的Flags字段，第一位和第八位与STP使用的配置BPDU中的设置是一致的，第一位是拓扑改变标志，第八位是拓扑改变确认标志。
  • 在纯RSTP环境中，RSTP交换机使用设置了拓扑改变标志的RST BPDU表示拓扑改变通知，通知其他RSTP交换机网络拓扑发生了变化。
  • 在STP兼容环境中，RSTP交换机使用STP中的拓扑改变通知BPDU做为拓扑改变通知，通知其他STP交换机网络拓扑发生了变化。
  • 在RSTP中，Flags字段的第八位（拓扑改变确认标志）没有使用。

3.2 RSTP拓扑改变处理

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  • 在RSTP中检测拓扑是否发生变化只有一个标准：一个非边缘端口迁移到Forwarding状态。一旦检测到拓扑发生变化，将进行如下处理：
    • 为本交换设备的所有非边缘指定端口启动一个TC While Timer，该计时器值是Hello Time的两倍。在这个时间内，清空状态发生变化的端口上学习到的MAC地址。同时，由这些端口向外发送RST BPDU，其中TC置位。一旦TC While Timer超时，则停止发送RST BPDU。
    • 其他交换设备接收到RST BPDU后，清空所有端口学习到MAC地址，除了收到RST BPDU的端口和边缘端口。然后也为自己所有的非边缘指定端口和根端口启动TC While Timer，重复上述过程。
    • 如此，网络中就会产生RST BPDU的泛洪。

3.3 RSTP拓扑改变举例

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当一个RSTP交换机从一个处于Forwarding状态的端口上收到TCN之后，处理过程如下：

    1. 由于TCN也是一个RST BPDU，其中包含计算生成树的参数等信息，因此收到一个TCN之后，首先重新计算生成树（如果需要的话）；
    1. 计算完成并且端口状态转换完成之后：
      • 删除以Discarding状态的端口为目的端口的表项；
      • 如果TCN的接收端口为Forwarding状态，则保留以该接收端口为目的端口的表项，保留以边缘指定端口为目的端口的表项；
      • 删除其他以Forwarding状态的端口为目的端口的表项；
    1. 在既不是边缘指定端口也不是TCN接收端口并且处于Forwarding状态的端口上继续泛洪TCN。

4.RSTP与STP互操作

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  • RSTP可以和STP互操作，但是此时会丧失快速收敛等RSTP优势。
  • 当一个网段里既有运行STP的交换设备又有运行RSTP的交换设备，STP交换设备会忽略RST BPDU（在RSTP中BPDU的Type字段为2的原因，STP无法识别），而运行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，在两个Hello Time时间之后，便把自己的端口转换到STP工作模式，发送配置BPDU。这样，就实现了互操作。
  • 在华为设备上可以配置运行STP的交换设备被撤离网络后，运行RSTP的交换设备可迁移回到RSTP工作模式。

5.RSTP高级特性

5.1 根保护

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  • 对于一个交换网络来说，根桥的地位是至关重要的，如果根桥发生变化，那么势必导致RSTP重新计算，此时该网络所承载的业务流量必将受到影响，一般来说，我们会选择网络中性能最优的设备，同时也是位置最关键的设备作为根桥，将其优先级设置为最小值0，然而这个措施未必能保证该设备永远是网络中的根桥，毕竟根桥的角色是可抢占的。

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  • 现在一个第三方网络为了实现与生产网络的通信，将该网络中的LSW4连接到LSW1.由于对接前LSW4的优先级已经被配置为0，而且恰巧其MAC地址较之LSW1更小，因此一旦LSW4和LSW1完成对接，前者将抢占LSW1的地位成为网络中新的根桥，而这个改变将会导致生产网络的RSTP重新计算，从而对生产网络造成影响。
  • 在根桥的指定端口激活根保护功能后，该接口如果收到更优的BPDU，则会忽略这些BPDU，并将接口切换到丢弃状态，如此一来，根桥的地位就得以保持。指定端口的恢复时间是20秒，在20秒内没有收到更优的BPDU则会恢复转发状态。

根保护配置：

  1. [Huawei]int GigabitEthernet 0/0/1 
  2. [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp root-protection

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5.2 BPDU保护

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  • 边缘端口一般都是连接终端设备的，理论上是不会收到BPDU的，但是如果由于人为的导致接口误接了交换设备，那么该端口便有可能收到BPDU，这种疏忽同时也引入了二层环路的隐患。另外，如果攻击者连接到了边缘端口，并针对该端口发起BPDU攻击，也将对网络造成极大影响。
  • 通过在交换机上激活BPDU保护功能即可解决上述问题。当交换机激活该功能后，如果边缘端口收到BPDU，则交换机立即把端口关闭（置为Err-Down），同时触发告警。
  • 如果受保护的边缘端口由于收到了BPDU而被关闭，缺省时是不会自动恢复的，网络管理员需要在该接口的配置视图下先执行shutdown及undo shutdown命令，或者直接使用restart命令来恢复接口。除了使用上述命令手工恢复接口，还可以让接口自动恢复。在系统视图下执行：error-down auto-recovery cause bpdu-protection interval xx命令即可配置接口的自动恢复功能，执行上述命令后，接口在被关闭后将会延迟interval关键字所指定的时间（取值范围是30~86400s）然后自动恢复。

BPDU保护配置：

  1. [Huawei]stp bpdu-protection //启用BPDU保护
  2. [Huawei]error-down auto-recovery cause bpdu-protection interval 30 //错误恢复时间设置为30S

5.3 环路保护

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  • 当SWC的G0/0/1端口收不到上游发送的BPDU，SWC会认为上游设备发生了故障，因此过一段时间后，该接口将会成为指定端口并切换到转发状态，然后开始发送业务流量。值得注意的是，此时SWA并未发生故障，因此SWC的G0/0/1接口切换到转发状态，网络中便出现了环路。（单向故障只出现在光纤网络中）。
  • 在根端口上激活了环路保护功能后，如果该接口长时间没有收到BPDU，那么交换机将会重新选举根端口并将该接口的角色调整为指定接口，此时交换机会将该接口的状态切换到丢弃状态，从而避免环路的发生。
  • 在替代接口上激活了环路保护功能后，如果该接口长时间没有收到BPDU，那么交换机将会重新选举根接口并将该接口的角色调整为指定端口，此时交换机会将该接口的状态切换到丢弃状态，从而避免环路的发生。

环路保护配置：

  1. [Huawei]int GigabitEthernet 0/0/1 
  2. [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp loop-protection

5.4 拓扑变更保护

  • 一个稳定的交换网络是不会频繁地出现拓扑变更的，一旦网络拓扑出现变更，TC BPDU（此处指的是TC比特置位的BPDU）将会被泛洪到全网，而这些TC BPDU将会触发网络中的交换机执行MAC地址表删除操作。设想一下，如果网络环境极端不稳定导致TC BPDU频繁地泛洪，又或者网络中存在攻击者，而攻击者发送大量的TC BPDU对网络进行攻击，那么交换机的性能将受到极大损耗。
  • 交换机激活拓扑变更保护功能后，将在单位时间内只进行一定次数的TC BPDU处理，如果交换机在该时间内收到超过所设上限的TC BPDU，那么它只会按照规定的次数进行处理，而对于超出的部分，则必须等待一段时间后才能处理。
  • 在交换机的系统视图下执行stp tc-protection命令即可激活拓扑变更保护功能，该功能激活后，交换机在单位时间内（缺省时，该时间等于Hello time，也即2秒，可通过stp tc-protection interval命令修改）只会处理一次（该次数可通过stp tc-protection threshold命令修改）TC BPDU，如果在该时间内，收到了更多的TC BPDU，则这些报文只能等前面提及的时间超时后才会被处理。

拓扑变更保护配置：

  1. [Huawei]stp tc-protection             //开启TC BPDU保护 
  2. [Huawei]stp tc-protection threshold 5 //单位时间内可以处理的TC的个数