【文章內(nèi)容簡介】 ing狀態(tài)，并且網(wǎng)橋有一個指定端口。對于拓撲結構改變可以作如下理解：這里的拓撲結構不是指物理上的拓撲變化，而是指樹的結構的變化，比如A,B,C三臺交換機互聯(lián)，原本的結構是A(R),B,C——A，C之間不通，后來變?yōu)锳(R),C,B——A，B之間不通。這就叫做拓撲結構的改變。同樣如果A，B之間又加了一條鏈路，但是新加的鏈路被阻斷了——即不影響原來數(shù)據(jù)流量的轉發(fā)，則認為拓撲結構沒有發(fā)生變化。只要2個原則中的任何一種情況發(fā)生，則認為是拓撲結構發(fā)生了變化，檢測到拓撲結構變化的交換機會從自己的根端口向上發(fā)送TCN，上行的指定端口接收到發(fā)來的TCN以后，會以本身的配置BPDU（此時將Flag字段中的TCA置1，F(xiàn)lag中一共有2個有效比特位，一個是TC，一個是TCA，關于Flag的描述見表33）回送一個確認。并通過它的根端口繼續(xù)向上發(fā)TCN，一直到達根橋為止。發(fā)送TCN的交換機收到確認以后將不再發(fā)送TCN，如果上行指定端口沒有發(fā)回確認，則下行的根端口會不斷發(fā)送TCN。表33 Flag字段Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0TCAReservedTC當根橋受到TCN以后由根橋向全網(wǎng)泛洪TC位置1的配置BPDU，所有的交換機都會轉發(fā)這個報文直到整個網(wǎng)絡都知道拓撲結構發(fā)生了改變。根橋發(fā)送這個BPDU的時間是20s+15s=35s，MaxAge + Forwarding Time的時間。根橋發(fā)送這個BPDU的實質是為了加快MAC地址表的老化——一般情況下MAC地址表要300s才能老化，而已經(jīng)知道拓撲結構發(fā)生變化的情況下還要等上數(shù)分鐘才能通過其他鏈路轉發(fā)數(shù)據(jù)，這會在一段時間內(nèi)造成報文的無法轉發(fā)，最糟糕的就是剛好要等5分鐘。圖34 拓撲變化導致A一段時間內(nèi)無法ping通B在圖34中，B的mac地址學習在1端口，當拓撲變化后，2端口所在鏈路變成Forwarding，1被阻斷，但是B的MAC地址還是學習在端口1，如果B不發(fā)送任何數(shù)據(jù)報文來刷新MAC表，那么A只有等到B的MAC地址老化后才能重新訪問到B。TC正是通知各交換機將MAC地址老化時間更新為ForwardingTime=15s。交換機收到TC15s以后開始刪除MAC地址表并重新學習，正好完成狀態(tài)的遷移。 STP算法舉例下面舉例說明一下STP算法的具體實現(xiàn)過程，拓撲圖如圖35所示；圖35 STP算法拓撲圖為了描述方便，這里指比較BPDU的前四項：根橋ID（以以太網(wǎng)交換機的優(yōu)先級表示），根路徑開銷，指定交換機ID（以以太網(wǎng)交換機的優(yōu)先級表示），指定端口ID（以端口號表示）。假設SWA,SWB,SWC的橋優(yōu)先級分別為0，1，2。各鏈路開銷為2，3，6。這里要特別說明一點：Root Path Cost不是一個可配置項，即它是由交換機根據(jù)Port Path Cost比較而累積得出的，Port Path Cost才是一個可配置的選項。圖中的鏈路開銷可理解為2端端口的Port Path Cost，只不過它們恰好相同而已。1. 初始狀態(tài)各臺交換機的各個端口在初始時會生成以自己為根的配置消息，根路徑開銷為0，指定交換機ID為自身交換機ID，指定端口為本端口。Switch A：端口AP1配置消息：{0，0，0，AP1}端口AP2配置消息：{0，0，0，AP2}Switch B：端口BP1配置消息：{1，0，1，BP1}端口BP2配置消息：{1，0，1，BP2}Switch C：端口CP2配置消息：{2，0，2，CP2}端口CP1配置消息：{2，0，2，CP1}2. 選出最優(yōu)配置消息各臺交換機都向外發(fā)送自己的配置消息。相互進行比較，如果收到比自己更優(yōu)的BPDU則進行BPDU的更新，把對方的BPDU信息緩存下來，并不再發(fā)送BPDU。3. 確定根橋，確定根端口，確定其余端口為指定端口還是Block端口。圖35中各臺交換機的比較過程如下：Switch A：端口AP1收到Switch B的配置消息，Switch A發(fā)現(xiàn)本端口的配置消息優(yōu)先級優(yōu)于接收到的配置消息的優(yōu)先級，就把接收到的配置消息丟棄。端口AP2的配置消息處理過程與端口AP1類似。Switch A發(fā)現(xiàn)自己各個端口的配置消息中樹根和指定交換機都是自己，則認為自己是樹根，各個端口的配置消息都不作任何修改，以后周期性的向外發(fā)送配置消息。此時兩個端口的配置消息如下：端口AP1配置消息：{0，0，0，AP1}。端口AP2配置消息：{0，0，0，AP2}。Switch B：端口BP1收到來自Switch A的配置消息，經(jīng)過比較后Switch B發(fā)現(xiàn)接收到的配置消息的優(yōu)先級比端口BP1的配置消息的優(yōu)先級優(yōu)，于是更新端口BP1的配置消息。端口BP2收到來自Switch C的配置消息，Switch B發(fā)現(xiàn)該端口的配置消息優(yōu)先級優(yōu)于接收到的配置消息的優(yōu)先級，就把接收到的配置消息丟棄。則此時各個端口的配置消息如下：端口BP1配置消息：{0，0，0，AP1}，端口BP2配置消息：{1，0，1，BP2}。確定根端口：Switch B對各個端口的配置消息進行比較，（這是一個計算的過程，將各個端口的配置BPDU讀取并加上Port Path Cost然后進行比較，其他的字段值不變。）選出端口BP1的配置消息為最優(yōu)配置消息，然后將端口BP1定為根端口。BP1配置消息不作改變：{0，0，0，AP1}。確定指定端口：每一個非根端口都會做如下比較：將根端口保存的BPDU加上根端口的Port Path Cost并把BID修改為本橋PID修改為本端口后和本端口的BPDU比較，如果比本端口的BPDU更優(yōu)，則本端口被選為指定端口，（如果本端口的更優(yōu)，那么本端口被選為Blocking端口）并且原BPDU被刷新，下一次向外發(fā)送更優(yōu)的BPDU。端口BP2配置消息中，樹根ID更新為最優(yōu)配置消息中的樹根ID，根路徑開銷更新為2，指定交換機ID更新為本交換機ID，指定端口ID更新為本端口ID，配置消息變?yōu)椋簕0，2，1，BP2}。Switch C：端口CP2先會收到來自Switch B端口BP2更新前的配置消息{1，0，1，BP2}，Switch C觸發(fā)更新過程，更新后的配置消息如下：{1，0，1，BP2}。端口CP1收到來自Switch A的配置消息{0，0，0，AP2}后Switch C也觸發(fā)更新過程，更新后的配置消息如下：{0，0，0，AP2}。經(jīng)過比較，端口CP1的配置消息被選為最優(yōu)的配置消息，端口CP1就被定為根端口；而端口CP2就會被選為指定端口，并發(fā)送更新后的BPDU：{0，6，2，CP2}接著端口CP2會收到Switch B更新后的配置消息{0，2，1，BP2}，由于收到的配置消息比原配置消息優(yōu)，則Switch C觸發(fā)更新過程，更新后的配置消息為：{0，2，1，BP2}。同時端口CP1收到來自Switch A配置消息，比較后Switch C不會觸發(fā)更新過程，配置消息仍然為：{0，0，0，AP2}。經(jīng)過內(nèi)部比較，( CP1{0，6，0，AP2},CP2{0，5，1，BP2} )端口CP2的配置消息被選為最優(yōu)的配置消息，端口CP2就被選為根端口，而端口CP1就被阻塞，狀態(tài)穩(wěn)定后，不接收從Switch A轉發(fā)的數(shù)據(jù)，直到新的情況觸發(fā)生成樹的計算，比如從Switch A到Switch C的鏈路down掉，或者端口收到更優(yōu)的配置消息。 STP 的缺點STP協(xié)議雖然可以很好的解決網(wǎng)絡環(huán)路的問題，但是還是有它自身的缺陷，主要表現(xiàn)在收斂速度上，STP收斂時間為秒級。當拓撲發(fā)生變化，新的配置消息要等待兩倍的forward delay(協(xié)議默認值為15秒)的時間延遲網(wǎng)絡才能傳播到整個網(wǎng)絡。在這段收斂時間內(nèi)，交換機會出現(xiàn)嚴重的丟包現(xiàn)象。在一個10M的以太網(wǎng)中，對于1526字節(jié)的最長幀，一秒內(nèi)最多會有812個幀通過；對于72字節(jié)的最短幀，最多有14880個幀通過，這樣會造成上萬個數(shù)據(jù)包的丟失，這對于一些高質量要求的業(yè)務是不能滿足的。如衛(wèi)星傳輸，實時會議等，這樣嚴重的丟包對之造成的影響是不言而喻的。為了解決STP的這一缺陷，快速生成樹RSTP應運而生。第四章 快速生成樹協(xié)議 RSTP RSTP的產(chǎn)生背景STP協(xié)議雖然能夠解決環(huán)路問題，但是還是有很多不足之處。首先，STP并沒有細致區(qū)分端口狀態(tài)和端口角色。網(wǎng)絡協(xié)議的優(yōu)劣往往取決于協(xié)議是否對各種情況加以細致區(qū)分。事實上，從用戶角度上看Listening、Learning和Blocking狀態(tài)是沒有區(qū)別的，都同樣不轉發(fā)用戶流量。從使用和配置上來講，端口之間最本質的區(qū)別并不在于端口狀態(tài)，而是在于端口扮演的角色。根端口和指定端口也可能處于Listening狀態(tài)，也可能都處Forwarding狀態(tài)。其次，STP算法是被動的算法，對網(wǎng)絡是否已經(jīng)達到收斂沒有一種反饋機制。對待拓撲變化的基本的方法是通知根橋，修改MAC地址表老化時間，自動學習，確立新路徑。這種以計時器來等待的方式顯然是浪費時間，響應遲緩。再次，STP的算法要求在穩(wěn)定拓撲里，根橋主動發(fā)出BPDU而其他交換機進行中繼，這樣整個STP網(wǎng)絡龐大而笨拙。STP協(xié)議的缺陷主要表現(xiàn)在收斂速度上。當拓撲發(fā)生變化，新的配置消息要經(jīng)過一定的時延才能傳播到整個網(wǎng)絡，這個時延稱為Forward Delay，協(xié)議默認值是15秒。在所有網(wǎng)橋收到這個變化的消息之前，若舊拓撲結構中處于轉發(fā)的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己應該在新的拓撲中停止轉發(fā)，則可能存在臨時環(huán)路。為了解決臨時環(huán)路的問題，生成樹使用了一種定時器策略，即在端口從阻塞狀態(tài)到轉發(fā)狀態(tài)中間加上一個只學習MAC地址但不參與轉發(fā)的中間狀態(tài)，兩次狀態(tài)切換的時間長度都是Forward Delay，這樣就可以保證在拓撲變化的時候不會產(chǎn)生臨時環(huán)路。但是，這個看似良好的解決方案實際上帶來的卻是至少兩倍Forward Delay的收斂時間。為了解決STP協(xié)議的這些缺陷。在IEEE （Rapid Spanning Tree Protocol）。RSTP協(xié)議在STP協(xié)議基礎上做了三點重要改進，使得收斂速度快得多（最快1秒以內(nèi)）。第一點改進：為根端口和指定端口設置了快速切換用的替換端口（Alternate Port）和備份端口（Backup Port）兩種角色，當根端口/指定端口失效的情況下，替換端口/備份端口就會無時延地進入轉發(fā)狀態(tài)。第二點改進：在只連接了兩個交換端口的點對點鏈路中，指定端口只需與下游網(wǎng)橋進行一次握手就可以無時延地進入轉發(fā)狀態(tài)。如果是連接了三個以上網(wǎng)橋的共享鏈路，下游網(wǎng)橋是不會響應上游指定端口發(fā)出的握手請求的，只能等待兩倍Forward Delay時間進入轉發(fā)狀態(tài)。第三點改進：直接與終端相連而不是把其他網(wǎng)橋相連的端口定義為邊緣端口（Edge Port）。邊緣端口可以直接進入轉發(fā)狀態(tài)，不需要任何延時。由于網(wǎng)橋無法知道端口是否是直接與終端相連，所以需要人工配置?？梢姡琑STP協(xié)議相對于STP協(xié)議的確改進了很多。為了支持這些改進，BPDU的格式做了一些修改，但RSTP協(xié)議仍然向下兼容STP協(xié)議，可以混合組網(wǎng)。 RSTP協(xié)議的改進 1. 端口角色的增補根據(jù)STP的不足，RSTP新增加了端口的角色概念。并且把端口屬性充分的按照狀態(tài)和角色解耦，使得可以更加精確的描述端口。RSTP的端口角色共有4種：即根端口、指定端口、Alternate端口和Backup端口。Alternate端口如圖41所示，Backup端口如圖42所示。 圖41 Alternate端口圖42 Backup端口從BPDU的發(fā)送上來看，Alternate端口就是由于學習到其它交換機的發(fā)送的BPDU而阻塞的端口；而Backup端口就是由于學習到自己發(fā)送的BPDU而阻塞的端口。從用戶流量上來看，Alternate端口提供了從指定橋到根的另一條可切換路徑，作為指定端口的備選切換；而同時Backup端口，作為根端口的備份，提供了另外一條從根橋到葉節(jié)點的可切換的通路。給一個RSTP域內(nèi)所有端口分配角色的過程就是整個拓撲收斂的過程。2. 端口狀態(tài)的重新劃分 RSTP的狀態(tài)規(guī)范把原來的5種狀態(tài)縮減為3種。根據(jù)端口是否轉發(fā)用戶流量和學習MAC地址來劃分。如果不轉發(fā)用戶流量也不學習MAC地址，那么就是Discarding狀態(tài)；如果不轉發(fā)用戶流量但是學習MAC地址，那么就是Learning狀態(tài)；如果既轉發(fā)用戶流量又學習地址，那么就是Forwarding狀態(tài)。RSTP和STP的端口狀態(tài)對比如表41所示。表41 STP和RSTP端口狀態(tài)比較STP端口狀態(tài)RSTP端口狀態(tài)BlockingDiscardingListeningDiscardingLearningLearningForwardingForwarding3. BPDU格式的改變在BPDU的格式上，除了保證和STP格式基本一致之外，RSTP作了一些小的變化。一個是在Typ