RSTP快速生成树协议
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：根端口
- 10：Alternate / Backup
- 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。
[接口视图] stp point-to-point { auto | force-false | force-true}
//配置指定端口的链路类型。 缺省情况下，指定端口自动识别是否与点对点链路相连，点对点链路支持快速收敛。
//如果当前以太网端口工作在全双工模式，则当前端口相连的链路是点到点链路，选择参数force-true实现快速收敛。
//如果当前以太网端口工作在半双工模式，可通过执行命令stp point-to-point force-true强制链路类型为点对点链路，实现快速收敛。
[接口视图] stp transmit-limit packet-number
//配置端口在单位时间内BPDU的最大发送数目。缺省情况下，端口每秒BPDU的最大发送数目为6。
//如果设备的所有端口都需要配置每秒发送BPDU的最大数目。可以在系统视图下通过执行该命令实现。
stp mckeck //执行MCheck操作。用来对端口执行从STP模式自动迁移回原来的RSTP/MSTP模式的操作。
stp edged-port default
//配置当前设备上的所有端口为边缘端口。
stp bpdu-filter enable
//配置当前端口为BPDU filter端口。
stp bpdu-protection
//配置交换设备边缘端口的BPDU保护功能
stp tc-Protection
//使能交换设备对TC类型BPDU报文的保护功能。
stp tc-Protection threshold 1
//配置设备处理阈值指定数量的拓扑变化报文所需的时间。
stp tc-Protection threshold 1
//配置交换设备在收到TC类型BPDU报文后，单位时间内，处理TC类型BPDU报文并立即刷新转发表项的阈值。
//缺省情况下，设备在指定时间内处理拓扑变化报文的最大数量是1。
stp root-protection
//配置交换设备的Root保护功能。
//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。
stp loop-protection
//配置交换设备根端口或Alternate端口的环路保护功能。
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：
[接口视图] stp no-agreement-check
//配置端口使用普通的快速迁移方式。
//缺省情况下，端口使用增强的快速迁移机制。
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：
[SW1]dis current-configuration
#
sysname SW1
#
stp mode rstp
stp instance 0 root primary
stp tc-protection
#
interface GigabitEthernet0/0/1
stp root-protection //配置根保护
#
interface GigabitEthernet0/0/2
stp root-protection
#
SW2配置文件：
[SW2]dis current-configuration
#
sysname SW2
#
stp mode rstp
stp instance 0 root secondary
stp bpdu-protection //配置BPDU保护
error-down auto-recovery cause bpdu-protection interval 30
//配置因为BPDU保护导致端口Down后自动恢复功能
#
interface GigabitEthernet0/0/1
stp no-agreement-check //配置普通P/A协商
stp transmit-limit 5 //配置端口在单位时间内BPDU的最大发送数目为5
stp instance 0 port priority 32 //配置端口优先级
stp instance 0 cost 100 //配置端口开销值为100
#
interface GigabitEthernet0/0/2
#
interface GigabitEthernet0/0/3
stp edged-port enable //配置边缘端口
#
SW3配置文件：
[SW3]dis current-configuration
#
sysname SW3
#
stp mode rstp
stp tc-protection threshold 5
#
interface GigabitEthernet0/0/1
#
interface GigabitEthernet0/0/2
stp bpdu-filter enable //配置BPDU过滤
#
interface GigabitEthernet0/0/3
#
interface GigabitEthernet0/0/4
stp loop-protection //配置环路保护
#
参考文档：华为HedEx文档