RSTP

1、  STP的不足

 stp的原理：https://blog.csdn.net/weixin_40748006/article/details/80181898

STP要感知拓扑变化需要0-20s的时间，感知到变化后端口变为Forwarding状态需要经过两个Forward delay时间，也就是30s。这样STP要完成整个拓扑的收敛就需要30-50s的时间。收敛时间太长，因此需要一种机制来减少它的收敛时间。也就产生了RSTP快速生成树协议。

2、RSTP报文结构

RSTP与STP报文结构区别主要在协议版本、BPDU类型以及Flag字段上。RSTP协议版本字段值为：0x02，BPDU类型：0x02。主要区别在Flag字段上。STP只利用了Flag字段的0和7位。

RSTP的Flag字段结构

TCA	拓扑变化确认，交换机在收到TCN报文后会发送TCA置1的BPDU报文。告诉下游交换机已经知道拓扑发生变化了，不用再发送TCN了。和STP一样。
Agreement	和proposal位一起作用，形成P/A机制，完成端口的快速迁移
Forwarding         Learning	Forwarding	Learning
	0	0	端口状态为discarding
	0	1	学习状态
	1	0	处于forwarding时是可学习的，所以无此状态
	1	1	Forwarding状态
Port role	00		Unknown
	01		Alternate/backup
	10		Root
	11		Designated
Proposal	和agreement一起作用，形成P/A机制，完成端口的快速迁移
TC	拓扑变化通知位，根桥收到TCN后会发送TC置1的BPDU报文，通知其它网桥拓扑发生了变化。

3、端口角色

端口角色	端口说明	如何选举	可否直接进行forwarding状态
Backup	备份端口。是指定端口的备份。提供了另外一条从根桥到非根桥的备份链路。	在指定端口选举中，选举失败并且收到的最优的BPDU包的桥ID是自己所在的网桥。	不可以。
Alternate	替换端口。是根端口的备份，提供了从指定桥到根桥的另外一条备份路径。	在指定端口选举中，选举失败并且收到的最优的BPDU包的桥ID不是自己所在的网桥。	根端口故障时，可以迅速替代根端口并且进行forwarding状态。
Edge port	边缘端口。一般用来连接PC或不需要运行STP的下游网桥。	由管理员手动配置。	可以。

简单来说，如果一根网线连接的是两台交换机，那么选举指定端口时失败的端口成为Alternate port。如果一根网线连接的是同一台交换机，那么选举指定端口时失败的端口成为Backup port。

4、端口的快速迁移

  4.1 根端口的快速迁移

      当旧的根端口down掉，不再能转发数据时，新的根端口可以立即迁移到Forwarding状态。当根端口故障时，Alternate端口就可以快速变为根端口并且将状态迁移到Forwarding状态。

  4.2 指定端口的快速迁移 P/A机制

  1、proposing. 表示端口处于discarding或learning状态。端口向下游交换机发送proposal置1的RST BPDU。

  2、proposed。收到指定端口发来的proposal置1的BPDU时，设置成该变量。表示本网段的指定端口希望快点进入Forwarding状态。

  3、sync。当proposed被设置后，收到proposal的端口会为其它端口设置sync变量，并且将所有不是edge port的指定端口变为discarding状态。

  4、synced。当所有端口转换成discarding后设置该变量。并且回复Agreement置1的RST BPUD。

  5、agree。当指定端口收到Agreement置1的RST BPDU并且端口角色是根端口时，设置该变量，设置完成后，状态变为Forwarding状态。

5、根桥如何感知拓扑变化

RSTP感知拓扑变化的标准：非边缘端口进入Forwarding状态。

发现变化的交换机会为其它不是边缘端口的端口启动一个定时器TC while timer（2倍的hello time），并且清空这些端口的mac，这些端口会在TC while timer的时间内向外发送TC置1的BPDU报文。

收到TC置1的BPDU报文的交换机会清空除了收到该报文的端口的其它端口 的mac。并且也启动定时器 TC while timer 向外发送TC置1的BPDU报文。

6、实验

LSW1：

LSW2:

LSW3:

LSW4:

 

2、指定端口的快速迁移

将LSW4的3口shutdown

 

LSW4的4口成为DP，会立刻向LSW3发送Proposal置1的BPDU包（图1）。但是由于LSW3的3口不是RP所以并不会给LSW4发送Agreement置1的包，LSW4的4口会自己由discarding变为learning再变为Forwarding状态（图2），当变为Forwarding状态时交换机会感知到拓扑发生了变化，会发送TC置1的BPDU报文（图3）通知其它交换机。

                      

 

图1

图2

图3

2、           根端口的迁移

AP成为根端口，并且直接由discarding变为Forwarding，并发送TC置1 的BPDU报文。这个过程几乎是瞬间完成的。