Для того чтобы определить какие порты заблокировать, а какие будут forward, STP выполняет следующее:
Коммутатор, который обнаружил изменения в топологии отправляет Topology Change Notification (TCN) BPDU корневому коммутатору:
Если порт изменяет состояние с Blocking в Forwarding, то он должен пройти через два промежуточных состояния: Listening и Learning. Переход из Forwarding в Blocking может выполняться сразу.
The RSTP takes advantage of point-to-point wiring and provides rapid convergence of the spanning tree. Reconfiguration of the spanning tree can occur in less than 1 second (in contrast to 50 seconds with the default settings in the 802.1D spanning tree), which is critical for networks carrying delay-sensitive traffic such as voice and video.
Port Roles and the Active Topology
The RSTP provides rapid convergence of the spanning tree by assigning port roles and by determining the active topology. The RSTP builds upon the IEEE 802.1D STP to select the switch with the highest switch priority (lowest numerical priority value) as the root switch. Then the RSTP assigns one of these port roles to individual ports:
•
Root port—Provides the best path (lowest cost) when the switch forwards packets to the root switch.
•Designated port—Connects to the designated switch, which incurs the lowest path cost when forwarding packets from that LAN to the root switch. The port through which the designated switch is attached to the LAN is called the designated port.
•Alternate port—Offers an alternate path toward the root switch to that provided by the current root port.
•Backup port—Acts as a backup for the path provided by a designated port toward the leaves of the spanning tree. A backup port can exist only when two ports are connected together in a loopback by a point-to-point link or when a switch has two or more connections to a shared LAN segment.
•Disabled port—Has no role within the operation of the spanning tree.
A port with the root or a designated port role is included in the active topology. A port with the alternate or backup port role is excluded from the active topology.
In a stable topology with consistent port roles throughout the network, the RSTP ensures that every root port and designated port immediately transition to the forwarding state while all alternate and backup ports are always in the discarding state (equivalent to blocking in 802.1D). The port state controls the operation of the forwarding and learning processes.
Различают два вида протокола PVST+:
- Выбор корневого моста (Root Bridge)
- Определение корневых портов (Root Port)
- Определение выделенных портов (Designated Port)
Выбор корневого моста
Корневым становится коммутатор с наименьшим идентификатором моста (Bridge ID).
Только один коммутатор может быть корневым.
Для того чтобы выбрать корневой коммутатор, все коммутаторы отправляют
сообщения BPDU, указывая себя в качестве корневого коммутатора.
Если коммутатор получает BPDU от коммутатора с меньшим Bridge ID, то он
перестает анонсировать информацию о том, что он корневой и начинает
передавать BPDU коммутатора с меньшим Bridge ID.
В итоге только один коммутатор останется корневым и будет передавать BPDU.
Изначально Bridge ID состоял из двух полей:
В итоге только один коммутатор останется корневым и будет передавать BPDU.
Изначально Bridge ID состоял из двух полей:
- Приоритет — поле, которое позволяет административно влиять на выборы корневого коммутатора. Размер — 2 байта,
- MAC-адрес — используется как уникальный идентификатор, который, в случае совпадения значений приоритетов, позволяет выбрать корневой коммутатор. Так как MAC-адреса уникальны, то и Bridge ID уникален, так что какой-то коммутатор обязательно станет корневым.
Определение корневых портов
Порт коммутатора, который имеет кратчайший путь к корневому коммутатору, называется корневым портом. У любого не корневого коммутатора может быть только один корневой порт.Определение назначенных портов
Коммутатор в сегменте сети, имеющий наименьшее расстояние до корневого коммутатора, называется назначенным коммутатором (мостом). Порт этого коммутатора, который подключен к рассматриваемому сегменту сети называется назначенным портом.Роли и состояния портов
Роли портов:- Root Port — корневой порт коммутатора
- Designated Port — назначенный порт сегмента
- Nondesignated Port — неназначенный порт сегмента
- Disabled Port — порт который находится в выключенном состоянии.
- Blocking — блокирование
- Listening — прослушивание
- Learning — обучение
- Forwarding — пересылка
STP (802.1d)
Изменениями топологии считается изменения ролей DP и RP.Коммутатор, который обнаружил изменения в топологии отправляет Topology Change Notification (TCN) BPDU корневому коммутатору:
- Коммутатор, на котором произошли изменения отправляет TCN BPDU через свой корневой порт. Отправка сообщения повторяется каждый hello interval (2 секунды) до тех пор пока получение сообщения не будет подтверждено.
- Следующий коммутатор, который получил TCN BPDU отправляет назад подтверждение. Подтверждение отправляется в следующем Hello BPDU, которое будет отправлять коммутатор, выставлением флага Topology Change Acknowledgement (TCA).
- Далее коммутаторы у которых порт работает в роли DP для сегмента, повторяют первые два шага и отправляют TCN через свой корневой порт и ждут подтверждения.
Если порт изменяет состояние с Blocking в Forwarding, то он должен пройти через два промежуточных состояния: Listening и Learning. Переход из Forwarding в Blocking может выполняться сразу.
RSTP (802.1w)
Роли портов:
- Root
- Designated
- Alternate — альтернативный путь к корневому коммутатору. Путь отличается от того, который использует корневой порт.
- Backup — запасной путь в сегмент.
- Learning
- Forwarding
- Discarding
Отличия STP и RSTP
Соответствие между ролями портов в STP и RSTP:
| Состояние в STP (802.1d) | Состояние в RSTP (802.1w) |
|---|---|
| Blocking | Discarding |
| Listening | Discarding |
| Learning | Learning |
| Forwarding | Forwarding |
Флаги в BPDU
Коммутатор устанавливает флаг proposal в RSTP BPDU для того чтобы предложить себя на роль выделенного (designated) коммутатора в сегменте.
Роль порта в proposal-сообщении всегда установлена в designated.
Коммутатор устанавливает флаг agreement в RSTP BPDU для того чтобы принять предыдущее предложение.
Роль порта в agreement-сообщении всегда установлена в root.
В RSTP нет отдельного BPDU для анонсирования изменений в топологии (topology change notification (TCN)).
Протокол использует флаг topology change (TC) для того чтобы
указать на изменения.
Однако, для совместимости с коммутаторами, которые используют 802.1D,
коммутаторы использующие RSTP обрабатывают и генерируют TCN BPDU.
The RSTP provides rapid convergence of the
spanning tree through explicit handshaking that eliminates the IEEE
802.1D forwarding delay and quickly transitions root ports and
designated ports to the forwarding state.
The RSTP takes advantage of point-to-point wiring and provides rapid convergence of the spanning tree. Reconfiguration of the spanning tree can occur in less than 1 second (in contrast to 50 seconds with the default settings in the 802.1D spanning tree), which is critical for networks carrying delay-sensitive traffic such as voice and video.
Port Roles and the Active Topology
The RSTP provides rapid convergence of the spanning tree by assigning port roles and by determining the active topology. The RSTP builds upon the IEEE 802.1D STP to select the switch with the highest switch priority (lowest numerical priority value) as the root switch. Then the RSTP assigns one of these port roles to individual ports:
•
Root port—Provides the best path (lowest cost) when the switch forwards packets to the root switch. •
Designated port—Connects to the designated switch, which incurs the lowest path cost when forwarding packets from that LAN to the root switch. The port through which the designated switch is attached to the LAN is called the designated port. •
Alternate port—Offers an alternate path toward the root switch to that provided by the current root port. •
Backup port—Acts as a backup for the path provided by a designated port toward the leaves of the spanning tree. A backup port can exist only when two ports are connected together in a loopback by a point-to-point link or when a switch has two or more connections to a shared LAN segment. •
Disabled port—Has no role within the operation of the spanning tree. A port with the root or a designated port role is included in the active topology. A port with the alternate or backup port role is excluded from the active topology.
In a stable topology with consistent port roles throughout the network, the RSTP ensures that every root port and designated port immediately transition to the forwarding state while all alternate and backup ports are always in the discarding state (equivalent to blocking in 802.1D). The port state controls the operation of the forwarding and learning processes.
Rapid Convergence
The RSTP provides for rapid recovery of connectivity following the
failure of a switch, a switch port, or a LAN. It provides rapid
convergence for edge ports, new root ports, and ports connected through
point-to-point links as follows:
•Edge ports—If you configure a port as an edge port on an RSTP switch by using the spanning-tree portfast
interface configuration command, the edge port immediately transitions
to the forwarding state. An edge port is the same as a Port Fast-enabled
port, and you should enable it only on ports that connect to a single
end station.
Edge ports—If you configure a port as an edge port on an RSTP switch by using the spanning-tree portfast
interface configuration command, the edge port immediately transitions
to the forwarding state. An edge port is the same as a Port Fast-enabled
port, and you should enable it only on ports that connect to a single
end station.
•Root
ports—If the RSTP selects a new root port, it blocks the old root port
and immediately transitions the new root port to the forwarding state.
Root
ports—If the RSTP selects a new root port, it blocks the old root port
and immediately transitions the new root port to the forwarding state.
•Point-to-point
links—If you connect a port to another port through a point-to-point
link and the local port becomes a designated port, it negotiates a rapid
transition with the other port by using the proposal-agreement
handshake to ensure a loop-free topology.
Point-to-point
links—If you connect a port to another port through a point-to-point
link and the local port becomes a designated port, it negotiates a rapid
transition with the other port by using the proposal-agreement
handshake to ensure a loop-free topology.
As shown in Figure 15-2,
Switch A is connected to Switch B through a point-to-point link, and
all of the ports are in the blocking state. Assume that the priority of
Switch A is a smaller numerical value than the priority of Switch B.
Switch A sends a proposal message (a configuration BPDU) with the
proposal flag set) to Switch B, proposing itself as the designated
switch.
After receiving the proposal message, Switch B selects as its new root
port the port from which the proposal message was received, forces all
nonedge ports to the blocking state, and sends an agreement message (a
BPDU with the agreement flag set) through its new root port.
After receiving Switch B's agreement message, Switch A also immediately
transitions its designated port to the forwarding state. No loops in the
network are formed because Switch B blocked all of its nonedge ports
and because there is a point-to-point link between Switches A and B.
When Switch C is connected to Switch B, a similar set of handshaking
messages are exchanged. Switch C selects the port connected to Switch B
as its root port, and both ends immediately transition to the forwarding
state. With each iteration of this handshaking process, one more switch
joins the active topology. As the network converges, this
proposal-agreement handshaking progresses from the root toward the
leaves of the spanning tree.
The switch determines the link type from the port duplex mode: a
full-duplex port is considered to have a point-to-point connection; a
half-duplex port is considered to have a shared connection. You can
override the default setting that is determined by the duplex setting by
using the spanning-tree link-type interface configuration command.
PVST (Cisco)
Per-VLAN Spanning Tree (PVST) — проприетарный протокол компании Cisco Systems, который для каждого VLAN строит отдельное дерево. Он предполагает использование ISL для создания транков (тегированных портов) и позволяет порту быть заблокированным для одних VLAN и разблокированным для других.PVST+ (Cisco)
Per-VLAN Spanning Tree Plus (PVST+) — проприетарный протокол компании Cisco Systems, с функциональностью аналогичной PVST. Однако, вместо ISL он использует 802.1Q.Различают два вида протокола PVST+:
- PVST+ — основан на протоколе STP, с некоторыми проприетарными усовершенствованиями Cisco,
- Rapid PVST+ — основан на протоколе RSTP.
PVST+
Проприетарные усовершенствования Cisco:- Backbone Fast Convergence — функция улучшает сходимость топологии spanning-tree из-за непрямых изменений топологии;
- Loop Guard — функция проверяет, что корневой порт или альтернативный корневой порт получает BPDU. Если порт не получает BPDU, то loop guard переводит порт в состояние inconsistent, изолируя таким образом проблему и позволяя топологии spanning-tree перейти в другое состояние, до тех пор пока порт не начнет опять получать BPDU;
- Portfast — функция позволяет порту пропустить состояния listening и learning и сразу же перейти в состояние forwarding. Настраивается на портах уровня доступа (там где подключены пользователи);
- Portfast BPDU Guard — функция позволяет выключать порт при получении BPDU;
- Root Guard — функция не позволяет порту стать корневым портом или заблокированным. Если порт получит BPDU от корневого коммутатора, то он перейдет в специальное заблокированное состояние, которое называется root-inconsistent;
- Uplink Fast Convergence — функция позволяет быстро переключаться на избыточный uplink, в случае, если корневой порт выключился или пересчитывается топология spanning-tree;
- Uplink Load Balancing — функция позволяет балансировать нагрузку между uplink-портами, непосредственно контролируя стоимость портов для VLAN на транковых (тегированых) портах.
Источник http://xgu.ru/wiki/STP
