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RSTP:快速收敛的生成树技术

一、STP回顾与不足

  1. STP的核心机制

    • 根桥选举:通过比较BID(Bridge ID,优先级+MAC地址),最小者胜出。

    • 端口角色:根端口(RP)、指定端口(DP)、阻塞端口(Alternate)。

    • 状态切换:需经历Blocking→Listening→Learning→Forwarding,耗时至少30秒(2×Forward Delay)。

  2. STP的缺陷

    • 收敛慢:端口状态切换延迟高,拓扑变化时易引发临时环路。

    • 资源浪费:所有VLAN共享一棵生成树,无法负载均衡。

    • TCN机制不灵活:主机频繁上下线会触发大量TCN BPDU,影响稳定性。


二、RSTP的核心改进

  1. 端口状态简化

    STP状态RSTP状态功能描述
    DisabledDiscarding不参与生成树计算
    BlockingDiscarding阻塞流量,不学习MAC
    ListeningDiscarding参与计算,但不转发数据(可以发送配置BPDU)
    LearningLearning学习MAC,但不转发数据
    ForwardingForwarding正常转发数据
  2. 新增端口角色

    • Backup端口:为同一交换机的冗余端口(用于共享介质场景)。

    • Aternate端口:根端口的备份,提供冗余路径

    • 边缘端口:直接连接终端,跳过延迟直接进入Forwarding状态。注意:Alternate端口针对的是其他交换机的指定端口,Backup端口针对的是同一交换机的指定端口

  3. BPDU优化

    • 主动发送:交换机自行周期发送RST BPDU(无需依赖根桥),Hello Time=2秒。

    • 快速老化:BPDU超时时间为3×Hello Time(6秒)。

    • 阻塞状态的端口可以立即的对收到的低优先级的RST BPDU做出回应


三、RSTP快速收敛原理

  1. 边缘端口机制

    • 连接终端的端口无需延迟,立即转发。

    • 若收到BPDU则转为普通端口参与生成树计算,避免环路风险。

  2. P/A(Proposal/Agreement)机制(阻塞端口->指定端口)

    • 适用场景:点到点链路(如交换机直连)且只能是点到点不能一对多。

    • P/A机制收敛过程(没有处于监听状态的指定端口快速变为转发状态)

      1. 指定端口发送Proposal(提议)。

      2. 下游交换机同步拓扑后回复Agreement(确认)。

      3. 指定端口立即进入Forwarding状态。原理SWA初始为根网桥,SWB网桥ID比SWC优先级更高,SWD E0/1为阻塞端口。现SWD变为根网桥,E0/1端口由Alternate端口变为指定端口,触发P/A机制向SWC的E0/1接口发送一个P BPDU,SWC从E0/1(指定端口->根端口,转发状态不变,不触发P/A机制)接口收到之后立马阻塞E0/2接口,随机应答一个Agreement BPDU给SWD,SWD的E0/1接口立马变为转发接口;SWC的E0/2端口由于为了应答SWD由指定的端口变为了阻塞端口,但是应答完之后,又得从阻塞端口变为指定端口,触发P/A机制,向SWA的E0/1端口发送P BPDU;回到SWD,SWD从E0/2端口发送配置BPDU给SWB,SWB知道了SWD是根网桥(两端口虽然发生了变化,但是转发状态不变,不触发P/A机制),随机给SWA发送SRT BPDU,接收E0/2(指定端口->根端口,转发状态不变,不触发P/A机制),SWA收到之后,将E0/1阻塞(指定端口->Alternate端口),此时从SWC发来的P BPDU无法收到,且无法给SWC回复一个A BPDU,所以SWC的E0/2接口不能直接变为转发状态,但是这个接口不通信不影响交换机之间的通信。

  3. 拓扑变化处理

    • 触发条件:仅非边缘端口进入Forwarding状态时触发。
    • 响应动作

      • 在两倍Hello时间内向所有其它指定端口和根端口发送TC置位 BPDU报文。

      • 清除除接收到TC报文的端口之外的所有指定端口和根端口学习 的MAC地址)。


四、RSTP与STP兼容性

  1. 混合网络中的行为

    • RSTP端口连续收到3次STP BPDU时,回退为STP模式(丧失快速收敛能力)。

    • 建议:将STP设备置于网络边缘。


五、典型配置案例

  1. 基础配置(华为交换机)

  • # 启用RSTP并设置优先级
    [SWA] stp enable
    [SWA] stp mode rstp
    [SWA] stp priority 4096  # 指定根桥优先级
  • 配置边缘端口

  • [SWC] interface Ethernet 0/1
    [SWC-Ethernet0/1] stp edged-port enable  # 边缘端口
  • 强制指定点到点链路

  1. [SWA] interface Ethernet 0/10
    [SWA-Ethernet0/10] stp point-to-point force=true  # 启用P/A机制

六、总结对比

特性STP(802.1D)RSTP(802.1w)
收敛时间30秒以上1-2秒(边缘端口/P/A机制)
端口状态5种3种(合并Discarding)
端口角色3种(RP/DP/Alternate)5种(新增Backup/边缘端口)
拓扑变化处理TCN/TCA机制TC置位BPDU

关键改进点:RSTP通过状态简化、主动BPDU、P/A握手和边缘端口,显著提升收敛速度,同时保持与STP的兼容性。

http://www.dtcms.com/a/285127.html

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