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1. Rapid Spanning Tree Protocol（快速生成树协议 802.1w）特征

  • 解决 STP 的不足之处
    • Blocking、Listening、Learning 都不转发数据，对于用户来说没有区别
    • STP 是被动算法，只能依赖计时器的方式判断拓扑变化，导致收敛慢
    • 接口从 Down 变为 Up，需要等待两个转发时延才能转发业务数据
    • STP 需要一个 Max Age 时间收不到 BPDU 报文，才会发生拓扑变更
    • AP 接口收到次优 BPDU，需要等待一个 Max Age 时间，端口角色才能进行切换，然后等待两个转发时延，才能转发数据
    • RP 接口故障，AP 接口变为 RP，需要等待两个转发时延，才能转发数据
  • RSTP 对 STP 的改进
    • 端口状态从五种变为三种
      • Discarding、Learning、Forwarding
    • 端口角色从三种变为五种
      • RP（根端口）、DP（指定端口）
      • AP（预备端口）：是 RP 的备份，表示收到其他设备发送的 BPDU 报文而阻塞的端口
      • BP（备份端口）：是 DP 的备份，表示收到自己发送的 BPDU 报文而阻塞的端口
      • EP（边缘端口）：不参与生成树计算，可以从 Disable 直接到 Forwarding
  • RSTP 中只有配置 BPDU 报文，相比 STP 使用首位和末位的 Flag 位，RSTP 全部使用
  • RSTP 中 RP 接口故障，AR 接口变为 RP 后，立马进入转发状态

    2. BPDU 处理

  • 拓扑稳定后，无论是否收到根桥传来的 BPDU 报文，都会每「2s」发送 BPDU
  • 拓扑稳定后，如果在「3 个 Hello Time（6s）」内没有从上游设备收到 BPDU 报文，则认为与邻居之间协商失败
  • 拓扑稳定后，如果收到其他设备发送的 BPDU
    • 与自身缓存的 BPDU 进行比较后，发现是次优的 BPDU，将缓存的最优 BPDU 向收到的接口发送
    • 与自身缓存的 BPDU 进行比较后，发现比缓存的 BPDU 优，则替换为最优的 BPDU，改变其他接口的角色进行泛洪

      3. Flags 字段

RSTP - 图2
Flags 字段解释

  • TCA（Bit7）：与 Bit0 对应，在 STP 中用于拓扑变更的确认
  • Agreement（Bit6）：与 Bit1 对应，用于 P/A 机制，表示 P/A 机制协商完成
  • Forwarding（Bit5）：表示端口处于转发状态
  • Learning（Bit4）：表示端口出口学习状态
  • Port role（Bit2/3）：表示端口的角色
    • 00：Unknown，未知
    • 01：Alternate/Backup port，AP 或 BP
    • 10：Root port，根端口
    • 11：Designated port，指定端口
  • Proposal（Bit1）：与 Bit6 对应，用于 P/A 机制，表示提议进行 P/A 机制
  • TC（Bit0）：与 Bit7 对应，在 STP 中用于向上游设备通知拓扑变更

    4. Proposal/Agreement 机制

P/A 机制就是为了让 DP 尽快进入 Forwarding 状态

1）P/A 机制概述

  • P/A 机制的前提条件是两端的链路必须为点到点链路
    • 全双工模式
  • P/A 机制如果在 Share 链路上有可能存在环路风险。一旦检测是 Share 链路，P/A 泛洪过程会自动停止（P/A 协商不成功），DR 接口就需要等待两个转发时延才会进入 Forwarding 状态（与 STP 协商过程一致）
    • 半双工模式

      2）P/A 机制工作原理

      RSTP - 图3
      新链路连接成功后，P/A 机制协商过程：
  1. DeviceA 的和 DeviceB 的都认为自己为根，端口都为指定端口，相互发送 BPDU
  2. DeviceB 的 p1 口收到更优的 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 BPDU
  3. DeviceA 的 p0 进入 Discarding 状态，于是发送的 BPDU 中把 Proposal 和 Agreement 置 1
  4. DeviceB 收到根桥发送来的携带 Proposal 的 BPDU，将自己的非转发端口和边缘端口以外的其他端口进入 sync 状态（同步状态）
  5. DeviceB p1 进入 Forwarding 状态并向 DeviceA 返回 Agreement =1 的回应 BPDU
  6. 当 DeviceA 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

    5. RSTP 拓扑变更

只要一个非边缘端口迁移到 Forwarding 状态就会触发拓扑变更［AP、DP、BP、RP］

  1. 为所有的 DP/RP 端口（除 EP）向外发送 TC =1 的 BPDU 报文，并启动一个 2倍 Hello Time 的 TC While Time「4s」，在 TC While Time 时间内清空自身除 EP 以外的所有 MAC 地址，一旦 TC While Time 超时就停止发送 BPDU
  2. 其他设备接收到 TC = 1 的 BPDU 报文，清空自己除 EP 和收到该 BPDU 的所有端口学习到的 MAC 地址，然后为所有的 DP/RP 端口（除 EP）向外发送 TC =1 的 BPDU 报文，并启动一个 2倍 Hello Time 的 TC While Time，一旦 TC While Time 超时就停止发送 BPDU

    6. 其他特性

1）边缘端口（Edged-Port）

需要注意：不能在连接交换机的接口开启，只能在连接终端的接口开启。防止边缘端口配合使用 BPDU 保护，导致交换机相连的链路故障

  • 配置了边缘端口的接口 UP 后，不需要等待两个转发时延，直接 Forwarding 状态，并且不会参与生成树计算［不运行拓扑变更］
  • 当网络发生变化后［拓扑变更，P/A 机制］，边缘端口不会受到影响
  • 边缘端口会向外发送 BPDU 报文，目的是防止环路
  • 边缘端口如果收到 BPDU 报文，会失去边缘端口特性，变为普通接口，有可能造成根桥被抢占

  • 边缘端口一般使用在连接非交换设备的接口上（终端、路由器等），常常配合 Bpdu-Protection 和 Bpdu-Filter 使用

    2）BPDU 保护（Bpdu-Protection）

    Cisco 对 Trunk 类型不生效，而华为设备 BPDU 对所有端口类型的边缘端口都生效

  • 防止边缘端口收到 BPDU 造成根桥被抢占

  • 配置 BPDU 保护后，如果从边缘端口收到 BPDU 报文，接口会进入 Errordown 状态。Errordown 状态的接口需要手工开启或配置自动恢复

    3）BPDU 过滤（Bpdu-Filter）

    避免边缘端口向外发送 BPDU 报文导致对其他网络的影响

  • BPDU 过滤可以使边缘端口不收发 BPDU 报文

    4）根保护（Root-Protection）

    为了防止收到更优的 BPDU 报文，导致根桥设备被抢占，DP接口配置

  • 当网络拓扑稳定后，如果收到更优的 BPDU 报文，会将收到该 BPDU 报文的接口置为 Discarding 状态，端口角色不切换

    5）环路保护（Loop-Protection）

    防止链路拥塞或单向通行故障导致 RP 收不到 BPDU 报文，导致设备端口变为 Forwarding 状态，造成环路

  • 如果 RP 或 AP 端口长时间收不到来自上游设备的 BPDU 报文，就会触发环路保护

    • RP 切换到 DP 并进入 Discarding 状态
    • AP 切换到 DP 并保持阻塞状态

  • 环路保护功能只能在 RP 或 AP 端口上配置生效

    6）TC 保护（TC-Protection）

    避免短时间内收到过多 TC BPDU 报文，导致频繁删除 CAM表 和 ARP表

  • 通过阈值和定时器控制对收到的 TC BPDU 报文进行处理

    • 收到的 TC BPDU 没有超过阈值，则直接处理
    • 收到的 TC BPDU 如果超过阈值，则启动定时器，在定时器到期后统一处理