【正文】 ort）。5. 快速轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)STP的網(wǎng)絡(luò)端口從阻斷到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，如果想快速收斂的話(huà)，需要修改默認(rèn)的轉(zhuǎn)發(fā)延遲和老化時(shí)間定時(shí)器。3) 處理次等BPDU：當(dāng)一個(gè)端口收到上游的指定橋發(fā)來(lái)的RSTP BPDU中的信息，不如自己端口信息的時(shí)候，會(huì)立刻回應(yīng)自己的信息。RSTP穩(wěn)態(tài)后，BPDU由每個(gè)交換機(jī)自主按照每個(gè)個(gè)Hello時(shí)間進(jìn)行發(fā)送。RSTP BPDU的Flag字段格式如表42所示。另一個(gè)變化是在Flag字段，把原來(lái)保留的中間6位使用起來(lái)。一個(gè)是在Type字段，配置BPDU類(lèi)型不再是0而是2，版本號(hào)也變成了2。RSTP和STP的端口狀態(tài)對(duì)比如表41所示。根據(jù)端口是否轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量和學(xué)習(xí)MAC地址來(lái)劃分。給一個(gè)RSTP域內(nèi)所有端口分配角色的過(guò)程就是整個(gè)拓?fù)涫諗康倪^(guò)程。 圖41 Alternate端口圖42 Backup端口從BPDU的發(fā)送上來(lái)看，Alternate端口就是由于學(xué)習(xí)到其它交換機(jī)的發(fā)送的BPDU而阻塞的端口；而B(niǎo)ackup端口就是由于學(xué)習(xí)到自己發(fā)送的BPDU而阻塞的端口。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。 RSTP協(xié)議的改進(jìn) 1. 端口角色的增補(bǔ)根據(jù)STP的不足，RSTP新增加了端口的角色概念。可見(jiàn)，RSTP協(xié)議相對(duì)于STP協(xié)議的確改進(jìn)了很多。邊緣端口可以直接進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何延時(shí)。如果是連接了三個(gè)以上網(wǎng)橋的共享鏈路，下游網(wǎng)橋是不會(huì)響應(yīng)上游指定端口發(fā)出的握手請(qǐng)求的，只能等待兩倍Forward Delay時(shí)間進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。第一點(diǎn)改進(jìn)：為根端口和指定端口設(shè)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(dāng)根端口/指定端口失效的情況下，替換端口/備份端口就會(huì)無(wú)時(shí)延地進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。在IEEE （Rapid Spanning Tree Protocol）。但是，這個(gè)看似良好的解決方案實(shí)際上帶來(lái)的卻是至少兩倍Forward Delay的收斂時(shí)間。在所有網(wǎng)橋收到這個(gè)變化的消息之前，若舊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中處于轉(zhuǎn)發(fā)的端口還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓?fù)渲型Ｖ罐D(zhuǎn)發(fā)，則可能存在臨時(shí)環(huán)路。STP協(xié)議的缺陷主要表現(xiàn)在收斂速度上。這種以計(jì)時(shí)器來(lái)等待的方式顯然是浪費(fèi)時(shí)間，響應(yīng)遲緩。其次，STP算法是被動(dòng)的算法，對(duì)網(wǎng)絡(luò)是否已經(jīng)達(dá)到收斂沒(méi)有一種反饋機(jī)制。從使用和配置上來(lái)講，端口之間最本質(zhì)的區(qū)別并不在于端口狀態(tài)，而是在于端口扮演的角色。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的優(yōu)劣往往取決于協(xié)議是否對(duì)各種情況加以細(xì)致區(qū)分。第四章 快速生成樹(shù)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(wèn)題，但是還是有很多不足之處。如衛(wèi)星傳輸，實(shí)時(shí)會(huì)議等，這樣嚴(yán)重的丟包對(duì)之造成的影響是不言而喻的。在這段收斂時(shí)間內(nèi)，交換機(jī)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的丟包現(xiàn)象。 STP 的缺點(diǎn)STP協(xié)議雖然可以很好的解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的問(wèn)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(shí)間為秒級(jí)。同時(shí)端口CP1收到來(lái)自Switch A配置消息，比較后Switch C不會(huì)觸發(fā)更新過(guò)程，配置消息仍然為：{0，0，0，AP2}。端口CP1收到來(lái)自Switch A的配置消息{0，0，0，AP2}后Switch C也觸發(fā)更新過(guò)程，更新后的配置消息如下：{0，0，0，AP2}。端口BP2配置消息中，樹(shù)根ID更新為最優(yōu)配置消息中的樹(shù)根ID，根路徑開(kāi)銷(xiāo)更新為2，指定交換機(jī)ID更新為本交換機(jī)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}。BP1配置消息不作改變：{0，0，0，AP1}。確定根端口：Switch B對(duì)各個(gè)端口的配置消息進(jìn)行比較，（這是一個(gè)計(jì)算的過(guò)程，將各個(gè)端口的配置BPDU讀取并加上Port Path Cost然后進(jìn)行比較，其他的字段值不變。端口BP2收到來(lái)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(jí)優(yōu)于接收到的配置消息的優(yōu)先級(jí)，就把接收到的配置消息丟棄。端口AP2配置消息：{0，0，0，AP2}。Switch A發(fā)現(xiàn)自己各個(gè)端口的配置消息中樹(shù)根和指定交換機(jī)都是自己，則認(rèn)為自己是樹(shù)根，各個(gè)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。圖35中各臺(tái)交換機(jī)的比較過(guò)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(jí)優(yōu)于接收到的配置消息的優(yōu)先級(jí)，就把接收到的配置消息丟棄。相互進(jìn)行比較，如果收到比自己更優(yōu)的BPDU則進(jìn)行BPDU的更新，把對(duì)方的BPDU信息緩存下來(lái)，并不再發(fā)送BPDU。1. 初始狀態(tài)各臺(tái)交換機(jī)的各個(gè)端口在初始時(shí)會(huì)生成以自己為根的配置消息，根路徑開(kāi)銷(xiāo)為0，指定交換機(jī)ID為自身交換機(jī)ID，指定端口為本端口。這里要特別說(shuō)明一點(diǎn)：Root Path Cost不是一個(gè)可配置項(xiàng)，即它是由交換機(jī)根據(jù)Port Path Cost比較而累積得出的，Port Path Cost才是一個(gè)可配置的選項(xiàng)。假設(shè)SWA,SWB,SWC的橋優(yōu)先級(jí)分別為0，1，2。交換機(jī)收到TC15s以后開(kāi)始刪除MAC地址表并重新學(xué)習(xí)，正好完成狀態(tài)的遷移。圖34 拓?fù)渥兓瘜?dǎo)致A一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法ping通B在圖34中，B的mac地址學(xué)習(xí)在1端口，當(dāng)拓?fù)渥兓螅?端口所在鏈路變成Forwarding，1被阻斷，但是B的MAC地址還是學(xué)習(xí)在端口1，如果B不發(fā)送任何數(shù)據(jù)報(bào)文來(lái)刷新MAC表，那么A只有等到B的MAC地址老化后才能重新訪(fǎng)問(wèn)到B。根橋發(fā)送這個(gè)BPDU的時(shí)間是20s+15s=35s，MaxAge + Forwarding Time的時(shí)間。發(fā)送TCN的交換機(jī)收到確認(rèn)以后將不再發(fā)送TCN，如果上行指定端口沒(méi)有發(fā)回確認(rèn)，則下行的根端口會(huì)不斷發(fā)送TCN。只要2個(gè)原則中的任何一種情況發(fā)生，則認(rèn)為是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，檢測(cè)到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的交換機(jī)會(huì)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(lái)的TCN以后，會(huì)以本身的配置BPDU（此時(shí)將Flag字段中的TCA置1，F(xiàn)lag中一共有2個(gè)有效比特位，一個(gè)是TC，一個(gè)是TCA，關(guān)于Flag的描述見(jiàn)表33）回送一個(gè)確認(rèn)。這就叫做拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變。STP中網(wǎng)橋怎么會(huì)認(rèn)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變了呢？根據(jù)以下2個(gè)原則：1. 原來(lái)處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的端口down了（處于Blocking狀態(tài)——非disable狀態(tài)）；2. 一個(gè)端口轉(zhuǎn)移到了Forwarding狀態(tài)，并且網(wǎng)橋有一個(gè)指定端口。TCN BPDU的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只有Configuration BPDU的前3個(gè)字段，也就是Protocol、Version、Type，其余的字段均為填充字節(jié)，可以說(shuō)這是一個(gè)不帶橋信息的BPDU。3. Max Age是用來(lái)判斷配置消息在交換機(jī)內(nèi)保存時(shí)間是否“過(guò)時(shí)”的參數(shù)，交換機(jī)會(huì)將過(guò)時(shí)的配置消息丟棄。2. Hello Time用于交換機(jī)檢測(cè)鏈路是否存在故障。不過(guò)重新計(jì)算得到的新配置消息無(wú)法立刻傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如果新選出的根端口和指定端口立刻就開(kāi)始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的話(huà)，可能會(huì)造成暫時(shí)性的路徑回環(huán)。1. Forward Delay為交換機(jī)狀態(tài)遷移的延遲時(shí)間。如果新選出的根端口和指定端口立刻就開(kāi)始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的話(huà)，可能會(huì)造成暫時(shí)性的環(huán)路。4. 如果某條路徑發(fā)生故障，則這條路徑上的根端口不會(huì)再收到新的配置消息，舊的配置消息將會(huì)因?yàn)槌瑫r(shí)而被丟棄，設(shè)備重新生成以自己為根的配置消息并向外發(fā)送BPDU和TCN BPDU，從而引發(fā)生成樹(shù)的重新計(jì)算，得到一條新的通路替代發(fā)生故障的鏈路，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性。2. 接收到配置消息的端口如果是根端口，且接收的配置消息比該端口的配置消息優(yōu)，則設(shè)備將配置消息中攜帶的Message Age按照一定的原則遞增，并啟動(dòng)定時(shí)器為這條配置消息計(jì)時(shí)，同時(shí)將此配置消息從設(shè)備的指定端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。b) 如果端口上的配置消息優(yōu)，則設(shè)備不更新該端口配置消息并將此端口阻塞，該端口將不再轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只接收但不發(fā)送配置消息；一旦根橋、根端口、指定端口選舉成功，則整個(gè)樹(shù)形拓?fù)渚徒⑼戤吜恕?) 設(shè)備根據(jù)根端口的配置消息和根端口的路徑開(kāi)銷(xiāo)，為每個(gè)端口計(jì)算一個(gè)指定端口配置消息：a) 跟橋ID替換為根端口的配置消息的根橋ID；b) 根路徑開(kāi)銷(xiāo)替換為根端口配置消息的根路徑開(kāi)銷(xiāo)加上根端口對(duì)應(yīng)的路徑開(kāi)銷(xiāo)；c) 指定橋ID替換為自身設(shè)備的ID；d) 指定端口ID替換為自身端口ID。通過(guò)交換配置消息，設(shè)備之間比較根橋ID，網(wǎng)絡(luò)中根橋ID最小的設(shè)備被選為根橋。2) 設(shè)備將所有端口的配置消息進(jìn)行比較，選出最優(yōu)的配置消息。最優(yōu)配置消息的選擇過(guò)程如下所示:1) 每個(gè)端口收到配置消息后的處理過(guò)程如下：a) 當(dāng)端口收到的配置消息比本端口配置消息的優(yōu)先級(jí)低時(shí)，設(shè)備會(huì)將接收到的配置消息丟棄，對(duì)該端口的配置消息不作任何處理。 TCN BPDU TCN BPDU 格式如表32所示：表32 TCN BPDU域字節(jié)協(xié)議號(hào)2版本1類(lèi)型1協(xié)議號(hào)：占用兩個(gè)字節(jié)，STP協(xié)議的對(duì)應(yīng)值為0000 0000 0000 0000版本：占用一個(gè)字節(jié)，STP協(xié)議的對(duì)應(yīng)值是0000 0000類(lèi)型：占用一個(gè)字節(jié)，configuration BPDU對(duì)應(yīng)值是1000 0000 STP算法實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程 配置消息比較原則配置消息的比較原則如下：1) 根橋ID較小的配置消息優(yōu)先級(jí)高；2) 若根橋ID相同，則比較根路徑開(kāi)銷(xiāo)，比較方法為：用配置消息中的根路徑開(kāi)銷(xiāo)加上本端口對(duì)應(yīng)的路徑開(kāi)銷(xiāo)，假設(shè)兩者之和為S，則S較小的配置消息優(yōu)先級(jí)較高；3) 若根路徑開(kāi)銷(xiāo)也相同，則比較以下的配置消息優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)較高的為根橋：指定橋ID、指定端口ID、接收該配置消息的端口ID等。比較的原則：從上到下、從左到右數(shù)值小者優(yōu)先。比較的關(guān)鍵部分在于這八個(gè)字段中的前四個(gè)字段，即：根橋ID、根路徑開(kāi)銷(xiāo)、指定橋ID和指定端口的ID。如圖33所示:圖33 配置BPDUBPDU數(shù)據(jù)報(bào)文的最后8個(gè)字段，分別是：根橋ID：由樹(shù)根的優(yōu)先級(jí)（065535，默認(rèn)32768）和MAC地址組合而成，到樹(shù)根的最短路徑開(kāi)銷(xiāo)(實(shí)際由PortPathCost疊加而成)，有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)——dot1d1998，默認(rèn)值為100和dot1t，默認(rèn)值為200000；指定橋的ID：由指定交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)和MAC地址組合而成；指定端口的ID：由指定端口的優(yōu)先級(jí)（0256，默認(rèn)128）和端口編號(hào)組成；配置消息的生存期：MessageAge；配置消息的最大生存期：MaxAge；配置消息發(fā)送的周期：HelloTime；端口狀態(tài)遷移的延時(shí)：ForwardDelay。 配置BPDUSTP通過(guò)在設(shè)備之間傳遞BPDU來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。BPDU在STP協(xié)議中分為兩類(lèi)：1. 配置BPDU（Configuration BPDU）用于進(jìn)行生成樹(shù)計(jì)算和維護(hù)生成樹(shù)拓?fù)涞膱?bào)文。STP通過(guò)在設(shè)備之間傳遞BPDU來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。表31 端口狀態(tài)端口狀態(tài)地址學(xué)習(xí)能力轉(zhuǎn)發(fā)/接收?qǐng)?bào)文能力接收BPDU報(bào)文發(fā)送BPDU報(bào)文DisableNONONONOBlockingNONOYESNOListeningNONOYESYESLearningYESNOYESYESForwardingYESYESYESYES 端口狀態(tài)遷移STP協(xié)議端口狀態(tài)遷移情況如圖32所示：圖32端口狀態(tài)遷移(1)端口enable (4)端口被選為備用端口(阻塞)(2)端口disable (5)Forward delay 延時(shí)(3)端口被選為根端口或指定端口 STP協(xié)議報(bào)文STP采用的協(xié)議報(bào)文是BPDU（Bridge Protocol Data Unit，橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元），也稱(chēng)為配置消息。5. Disable(禁用狀態(tài))該狀態(tài)可以認(rèn)為是物理上沒(méi)有連通的端口。在端口處于listening狀態(tài)一定時(shí)間之后，若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他更優(yōu)路徑，該端口由listening狀態(tài)轉(zhuǎn)到forwarding轉(zhuǎn)臺(tái)。該狀態(tài)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)中的BPDU報(bào)文判斷是否有更優(yōu)的路徑，同時(shí)端口接收和轉(zhuǎn)發(fā)STP BPDU報(bào)文，接收普通業(yè)務(wù)報(bào)文，并學(xué)習(xí)報(bào)文MAC地址，不轉(zhuǎn)發(fā)普通業(yè)務(wù)報(bào)文。3. Learning(學(xué)習(xí)狀態(tài))該端口處于使能狀態(tài)，同時(shí)該端口已經(jīng)被選為生成樹(shù)的有效組成端口。處于阻塞狀態(tài)的端口只接受STP BPDU報(bào)文，不轉(zhuǎn)發(fā)STP BPDU報(bào)文，不接收和轉(zhuǎn)發(fā)其他業(yè)務(wù)報(bào)文。STP協(xié)議通過(guò)計(jì)算路徑開(kāi)銷(xiāo)，選擇較為“強(qiáng)壯”的鏈路，阻塞多余的鏈路，將網(wǎng)絡(luò)修剪成無(wú)環(huán)路的樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。1) Device A通過(guò)端口AP1向Device B轉(zhuǎn)發(fā)配置消息，則Device B的指定橋就是Device A，指定端口就是Device A的端口AP1；2)