RSTP简介
RSTP概述:
快速生成树协议RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)在STP基础上实现了快速收敛,并增加了边缘端口的概念及保护功能。
RSTP的端口角色:
RSTP在STP基础上新增加了2种端口角色:、Backup端口和边缘端口。通过端口角色的增补,简化了生成树协议的理解及部署。
- Backup端口:由于学习到自己发送的配置BPDU报文而阻塞的端口,指定端口的备份,提供了另外一条从根节点到叶节点的备份通路。
- 边缘端口:如果端口位于整个交换区域边缘,不与任何交换设备连接,这种端口叫做边缘端口。边缘端口一般与用户终端设备直接连接。
边缘端口的特点:
- 边缘端口会节省30S的延时,端口UP后会立即进入转发状态。
- 边缘端口的UP/DOWN不会触发拓扑改变。
- 边缘端口收的TC置为的配置BPDU报文不会将MAC地址的老化时间设置为15s。
- 边缘端口如果收到配置的BPDU报文会马上变为一个普通端‘’口,进行STP的收敛
- 边缘端口也会发送配置BPDU报文。
- PA协商不会阻塞边缘端口。
RSTP的端口状态:
RSTP的端口状态在STP的基础上进行了改进。由原来的五种缩减为三种。
端口状态 | 说明 |
---|---|
Forwarding(转发) | 在这种状态下,端口既转发用户流量又处理BPDU报文。 |
Learning(学习) | 这是一种过渡状态。在Learning下,交换设备会根据收到的用户流量,构建MAC地址表,但不转发用户流量,所以叫做学习状态。Learning状态的端口处理BPDU报文,不转发用户流量。 |
Discarding(丢弃) | Discarding状态的端口只接收BPDU报文。 |
注:
MSTP端口状态与RSTP端口状态相同。
华为公司数据通信设备缺省情况处于MSTP模式,当从MSTP模式切换到STP模式,运行STP协议的设备上端口支持的端口状态仍然保持和MSTP支持的端口状态一样,支持的状态仅包括Forwarding、Learning和Discarding
RSTP报文:
RSTP报文格式:
在BPDU的格式上,除了保证和STP格式基本一致之外,RSTP作了一些小的变化。一个是在Type字段,配置BPDU类型不再是0而是2,版本号也变成了2。所以运行STP的交换机收到该类BPDU时会丢弃。
另一个变化是在Flag字段,把原来保留的中间6位使用起来。这样改变了的配置BPDU叫做RST BPDU。
RSTP Flag字段格式:
- Bit7:TCA
- Bit6:Agreement
- Bit5:Forwarding
- Bit4:Learning
- Bit3和Bit2:端口角色
- 00:未知
- 01:Alternate / Backup
- 10:根端口(Root)
- 11:指定端口
- Bit1:Proposal
- Bit0:TC
RSTP报文抓包示例:
RSTP快速收敛机制:
P/A协商:
针对运行STP设备从初始化到完全收敛至少需要30s的问题,RSTP采用P/A(Proposal/agreement)协商机制。
特点:
由于有来回确认机制和同步变量机制,就无需依靠计时器来保障无环。可以让交换机的互联接口快速进入转发模式。
P/A协商的硬件条件:
只能应用在点到点的链路上(全双工的端口),如果是半双工端口会识别为共享(share)链路,在共享链路上不能使用P/A协商。
P/A协商的过程:
- SW1向SW2发送p置位的BPDU包。
- 同步变量(阻塞除边缘端口以外的其他端口,防止出现环路)。
- SW2向SW1发送A置位的BPDU包。
- SW1收到A置位的BPDU包后,端口立即进入Forwarding状态。(一般都是秒级)
P/A协商的详细过程:
什么情况下RSTP报文中需要将Proposal位置位?
一个指定端口进入discarding或者learning状态,需要将proposal位置位。
RSTP中收敛时间的优化:
- P/A协商:可以让交换机的RP和DP的互联接口快速进入转发状态。
- 直连故障:AP口变为RP并快速进入转发状态,不需要30s延时。
- 次优场景:AP口收到次优的RST BPDU包后会马上变为DP口,并向该端口发送最优的RST BPDU包。
- 非直连链路故障:连续丢失3个RST BPDU包,端口角色就需切换,最长时间为6s。
- RSTP中TC置位的RST BPDU包所有桥设备都可以发送,连续发送4s(TC while时间)。
在RSTP中什么情况下才会发送TC BPDU包?
指定端口进入到转发状态。
MAC地址表的清除:
- TC发送者:清除除了边缘端口以为的其它端口的MAC地址绑定条目。
- TC接受者:清除除了TC报文接口端口和边缘端口以外的其它端口的MAC地址绑定条目。
在RSTP中非根桥也会每隔hello timer 主动发送RsT BPDU报文,不是由根桥来发。
在RSTP中DP口shutdown后BP口的角色会马上变为DP口,并经过30s的转发延时进入到转发状态。
RSTP保护功能:
保护功能 | 场景 | 配置影响 |
---|---|---|
BPDU(Bridge Protocol Data Unit)保护 | 边缘端口在收到BPDU以后端口状态将变为非边缘端口,此时就会造成生成树的重新计算,如果攻击者伪造配置消息恶意攻击交换设备,就会引起网络震荡。 | 交换设备上启动了BPDU保护功能后,如果边缘端口收到RST BPDU,边缘端口将被error-down,但是边缘端口属性不变,同时通知网管系统。被error-down的边缘端口只能由网络管理员手动恢复。如果用户需要被error-down的边缘端口可自动恢复,可通过配置使能端口自动恢复功能,并可设置延迟时间。 |
防TC-BPDU报文攻击保护 | 交换设备在接收到拓扑变化报文后,会执行MAC地址表项和ARP表项的删除操作,如果频繁操作则会对CPU的冲击很大。 | 启用防TC-BPDU报文攻击功能后,在单位时间内,交换设备处理拓扑变化报文的次数可配置。如果在单位时间内,交换设备在收到拓扑变化报文数量大于配置的阈值,那么设备只会处理阈值指定的次数。对于其他超出阈值的拓扑变化报文,定时器到期后设备只对其统一处理一次。这样可以避免频繁的删除MAC地址表项和ARP表项,从而达到保护设备的目的。 |
Root保护 | 由于维护人员的错误配置或网络中的恶意攻击,根桥收到优先级更高的BPDU,会失去根桥的地位,重新进行生成树的计算,并且由于拓扑结构的变化,可能造成高速流量迁移到低速链路上,引起网络拥塞。 | 对于启用Root保护功能的指定端口,其端口角色只能保持为指定端口。一旦启用Root保护功能的指定端口收到优先级更高的RST BPDU时,端口状态将进入Discarding状态,不再转发报文。在经过一段时间(通常为两倍的Forward Delay),如果端口一直没有再收到优先级较高的RST BPDU,端口会自动恢复到正常的Forwarding状态。 |
环路保护 | 当出现链路拥塞或者单向链路故障,根端口和Alternate端口会老化。根端口老化,会导致系统重新选择根端口(而这有可能是错误的),Alternate端口老化,将迁移到Forwarding状态,这样会产生环路。 | 在启动了环路保护功能后,如果根端口或Alternate端口长时间收不到来自上游设备的BPDU报文时,则向网管发出通知信息(此时根端口会进入Discarding状态,角色切换为指定端口),而Alternate端口则会一直保持在阻塞状态(角色也会切换为指定端口),不转发报文,从而不会在网络中形成环路。直到链路不再拥塞或单向链路故障恢复,端口重新收到BPDU报文进行协商,并恢复到链路拥塞或者单向链路故障前的角色和状态。 |
stp root-protection
//需要在所有的指定端口开启根保护,如果开启后的端口收到比根桥更优的BPDU报文,端口状态会变为Discarding状态。 如果连续MAX age的时间内从该端口都没有收到更优的BPDU报文,端口会自动恢复为Forwarding状态。。 防止根被抢占。
stp loop-protection
//用于RP和AP端口。接收BPDU报文的端口。防止单向链路故障造成的环路。
TC-protection
//设置TC报文的响应次数。如果接收TC的数量大于阀值范围内得TC次数,超出部分只执行1次。
BPDU-protection
//配置BPDU保护
RSTP配置命令:
基础配置同STP配置命令行。
1 | [接口视图] stp point-to-point { auto | force-false | force-true} |
注意:
在全局模式下配置边缘端口和BPDU报文过滤功能后,设备上所有的端口不会主动发送BPDU报文,且均不会主动与对端设备直连端口协商,所有端口均处于转发状态。这将可能导致网络成环,引起广播风暴,请用户慎用。
在端口模式下配置边缘端口和BPDU报文过滤功能后,端口将不处理、不发送BPDU报文。该端口将无法成功与对端设备直连端口协商STP协议状态,请慎用。
如果用户希望被error-down的边缘端口可自动恢复,可通过配置使能端口自动恢复功能,并设置延迟时间,即在系统视图下执行命令error-down auto-recovery cause bpdu-protection interval interval-value,使能端口自动恢复为Up的功能,并设置端口自动恢复为Up的延时时间。使被关闭的端口经过延时时间后能够自动恢复。
当端口的角色是指定端口时,配置的Root保护功能才生效。
配置了根保护的端口,不可以配置环路保护。
配置设备支持和其他厂商设备互通的参数:
为了实现华为公司的数据通信设备与其他厂商设备互通,需要根据其他厂商设备的P/A机制选择端口的快速迁移方式。
Proposal/Agreement机制,目前交换设备的端口支持以下两种方式:
- 增强方式:当前端口在计算同步标志位时计算根端口。
- 上游设备发送Proposal报文,请求进行快速迁移,下游设备接收到后,把与上游设备相连的端口设置为根端口,并阻塞所有非边缘端口。
- 上游设备继续发送Agreement报文,下游设备接收到后,根端口转为Forwarding状态。
- 下游设备回应Agreement报文,上游设备接收到后,把与下游设备相连的端口设置为指定端口,指定端口进入Forwarding状态。
- 普通方式:当前端口在计算同步标志位时忽略根端口。
- 上游设备发送Proposal报文,请求进行快速迁移,下游设备接收到后,把与上游设备相连的端口设置为根端口,并阻塞所有非边缘端口,根端口转为Forwarding状态。
- 下游设备回应Agreement报文,上游设备接收到后,把与下游设备相连的端口设置为指定端口,指定端口进入Forwarding状态。
在运行生成树的通信网络中,如果华为公司的数据通信设备与其他厂商设备混合组网,可能会因为与其他厂商设备的Proposal/Agreement机制不同可能导致互通失败。需要根据其他厂商设备的Proposal/Agreement机制,选择端口使用增强的快速迁移机制还是普通的快速迁移机制。
配置命令:
1 | [接口视图] stp no-agreement-check |
RSTP配置举例:
如下图,SW1配置为根桥,并且配置了根保护功能。SW2配置为备份根桥,连接PC的端口配置为边缘端口。SW3连接PC的端口配置为边缘端口,并配置BPDU过滤。
SW1配置文件:
1 | [SW1]dis current-configuration |
SW2配置文件:
1 | [SW2]dis current-configuration |
SW3配置文件:
1 | [SW3]dis current-configuration |
参考资料:华为HedEx文档