RSTP知识及配置

STP的不足之处:

（1）没有细致的区分端口状态和端口的角色； 

（2）STP端口状态共有5种，包含Disabled、Blocking、Listening、Learning、Forwarding收敛比较慢；

（3）Listening、Learning和Blocking状态对于用户来说，并没有什么区别，都不能转发流量。

RSTP是STP的升级版本，它重新划定端口的角色和状态，使用更快速的握手协商机制，降低了收敛时间，使它成为继STP协议之后首选的生成树协议，不足之处是在同一网络内的交换机上所有的VLAN共用同样的拓扑。

一。RSTP的改进

1.RSTP的端口角色有4种：根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口。

（1）根端口和指定端口与STP协议中的作用一样；

（2）Alternate端口：由于学习（Learning）到其他网桥发送的配置BPDU报文而阻塞的端口，该端口提供了从指定桥到根桥的另一条可切换路径，作为根端口的备份端口；

（3）Backup端口：由于学习到自身放的配置BPDU报文而阻塞的端口，Backup端口作为指定端口的备份，它提供了另一条从根桥到相应网段的备份路径；

2.RSTP的端口状态有3种：Discarding、Learning、Forwarding。

RSTP与STP端口状态的比较：

RSTP端口状态	对应的STP端口状态	功能
Forwarding	Forwarding	可转发用户数据帧，学习MAC地址
Learning	Learning	不能转发用户数据帧，可学习MAC地址
Discarding	Listening	不能转发用户数据帧，也不能学习MAC地址
	Blocking
	Disabled

3.RSTP的快速收敛机制：

（1）Proposal/Agreement机制（P/A机制）：当一个端口被选举称为指定端口后，在STP中，该端口至少要等待一个转发延时Forward Delay（Learning）时间才会迁移到Forwarding状态。而在RSTP中，此端口会先进入到Discarding状态，再通过P/A机制快速进入Forwarding状态。注意：这种机制必须在点对点全双工链路上使用。

（2）根端口快速切换机制：若网络中出现了一个根端口失效的情况，网络中最优的Alternate端口会成为根端口，进入到Forwarding状态。原因是通过这个Alternate端口连接点网段上必然有一个指定端口可以通到网桥；

（3）边缘端口的引入：在RSTP中，若某一个指定端口位于整个网络的边缘，即不再与其他的交换设备进行连接，而是直接的与终端设备连接，这种端口就称为边缘端口。该端口不接收处理配置BPDU，不参与RSTP运算，可以有由Disable直接转到Forwarding状态，而且不需要经历时延，就像是在端口上禁用了STP。但是，一旦边缘端口收到配置BPDU，就会丧失边缘端口的属性，称为普通的STP端口，还会重新进行生成树就算，从而引起网络的动荡。

二。RSTP的配置

实验内容：

在所有的交换机上运行生成树协议，同时使用RSTP协议，加快网络的收敛速度。将S1作为根交换机、S2作为次根交换机，并配置边缘端口进一步优化网络。

实验目的：

（1）理解RSTP的应用场景；

（2）掌握RSTP的基本配置；

（3）掌握RSTP的边缘端口的应用；

（4）理解RSTP备份端口。

实验拓扑：

实验所用MAC地址：

设备及型号	全局MAC地址
S1（S3700）	4c1f-cce9-6a27
S2	4c1f-cc7c-219a
S3	4c1f-cc9b-0a9b
S4	4c1f-ccea-2eb3

实验操作：

1.基本配置：根据实验要求完成相应的IP地址的配置，测试直连链路的连通性。

2.RSTP基本功能的配置：

将生成树模式由默认的MSTP更改成RSTP模式。

[S1]stp enable 	
[S1]stp mode  rstp 
......

在各交换机上使用display stp命令查看生成树的模式及根交换机的位置。

[S1]dis stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cce9-6a27
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc7c-219a / 20000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cce9-6a27 / 0

[S2]dis stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc7c-219a
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc7c-219a / 0
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc7c-219a / 0

......

配置根交换机和次根交换机：

[S1]stp root primary 

[S2]stp root secondary 

使用display stp brief命令查看每台交换机上的端口角色和状态。

[S1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

[S2]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

[S3]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               BACK  DISCARDING      NONE

[S4]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE

可以观察到现在S2的GE0/0/1端口为根端口，其他所有的端口为指定端口。

现将S2的GE0/0/1端口使用shutdown命令关闭掉，再使用命令查看S2上其他的端口角色和状态的变化。

[S2-GigabitEthernet0/0/1]shutdown 
Apr  2 2019 14:21:39-08:00 S2 %%01PHY/1/PHY(l)[0]:    GigabitEthernet0/0/1: chan
ge status to down
Apr  2 2019 14:21:41-08:00 S2 %%01PHY/1/PHY(l)[1]:    GigabitEthernet0/0/1: chan
ge status to down
Apr  2 2019 14:21:44-08:00 S2 DS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID 1.3.6.1.4.1.2011.5.25.
191.3.1 configurations have been changed. The current change number is 7, the ch
ange loop count is 0, and the maximum number of records is 4095.
[S2-GigabitEthernet0/0/1]q

[S2]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE

[S2-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown  //恢复接口
Apr  2 2019 14:23:12-08:00 S2 %%01PHY/1/PHY(l)[2]:    GigabitEthernet0/0/1: chan
ge status to up
Apr  2 2019 14:23:14-08:00 S2 DS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID 1.3.6.1.4.1.2011.5.25.
191.3.1 configurations have been changed. The current change number is 8, the ch
ange loop count is 0, and the maximum number of records is 4095.
[S2-GigabitEthernet0/0/1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

当网络拓扑发生改变时，RSTP采用P/A机制和根端口快速切换机制使端口状态立即从Discarding状态进入到Forwarding状态，缩短了收敛的时间，减少了对网络通信的影响。

3.边缘端口的配置

生成树的计算主要发生在交换机互连的链路上，而连接PC的端口没有必要参与生成树的计算。

现在将交换机上连接PC的接口配置为边缘端口，使用stp edged-port enable命令开启边缘端口的功能。

现在将S4交换机的E0/0/1接口先关闭在开启，观察端口状态的变化。

[S4-Ethernet0/0/1]shutdown 
[S4-Ethernet0/0/1]undo shutdown 
[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  DISCARDING      NONE     //现在是Discarding状态，接口会在15s后进入Learning状态
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE
[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE   //现在是Learning状态，接口最终会在15s后进入Forwarding状态
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE
[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE

经过上述的过程，将会发现一个接口如果参与生成树的计算，要经过Discarding和Learning状态，经过30s的时间最终进入到转发状态。

[S4-Ethernet0/0/1]stp edged-port enable   //开启边缘端口的功能
[S4-Ethernet0/0/1]shutdown 
[S4-Ethernet0/0/1]undo shutdown

[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE
//此时接口立即进入到转发状态，没有30s的延迟。

在使用RSTP的环境中，可以在交换机上把连接PC、路由器和防火墙的端口都配置成边缘端口，边缘端口能降低中端设备访问网络需要等待的时间，已至提高网络的可用性。

4.备份端口状态的查看

实验拓扑中S3和S4之间通过一个Hub设备连接，而且S3的E0/0/4通过Hub与S4连接。

在S3上查看生成树的信息。

[S3]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               BACK  DISCARDING      NONE    //备份端口

此时的S3中E0/0/3为指定端口，E0/0/4为备份端口。现在将E0/0/3接口关闭掉，观察备份端口的变化。

[S3]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               BACK  DISCARDING      NONE
[S3]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               DESI  LEARNING        NONE
[S3]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE

可以观察到，两个接口连接在同一个Hub上，当E0/0/3接口关闭后，E0/0/4会成为新的指定端口，指定交换机仍是S3，S3仍然为Hub所在的网段提供访问其他交换机的数据访问路径。

RSTP协议的收敛很快，所以替代端口会立即成为根端口。

5.在RSTP中，Alternate端口和Backup端口角色所对应的最终端口都是Discarding。

区别：Alternate端口用于为根端口做备份，而Backup端口用于本交换机上的指定端口做备份。当相应的根端口或指定端口断掉后，备份端口会立即承担原有的根端口或指定端口的角色，开始转发数据。