路由基础之RSTP原理及配置

RSTP的配置

原理概述：

RSTP（rapid spanning Tree Protocol ），即快速生成树协议，最早在IEEE 802.1W-2001中提出，这种协议在​ ​网络结构​​发生变化时，能更快的收敛网络。它比802.1d多了一种端口类型：备份端口（backup port）类型，用来做指定端口的备份。 STP（Spanning Tree Protocol ）是​ ​生成树协议​​的英文缩写。该​ ​协议​​可应用于环路网络，通过一定的算法实现​ ​路径​​​ ​冗余​​，同时将环路网络修剪成无环路的​ ​树型网络​​，从而避免​ ​报文​​在环路网络中的增生和无限循环。

快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol ，RSTP） 用于在​ ​局域网​​中消除​ ​数据链路层​​物理环路，其核心是快速生成树算法。RSTP由IEEE 802.1D-1998标准定义的STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）改进而来，最早在IEEE 802.1W-2001中提出，并且在IEEE 802.1D-2004标准中替代了原来的​ ​STP协议​​。RSTP完全向下兼容STP协议，除了和传统的STP协议一样具有避免​ ​回路​​、动态管理冗余链路的功能外，RSTP极大的缩短了拓扑收敛时间，在理想的网络拓扑规模下，所有交换设备均支持RSTP协议且配置得当时，拓扑发生变化（链路UP/DOWN）后恢复稳定的时间可以控制在秒级，而传统的拓扑稳定且能正常工作所需时间为50秒。RSTP的主要功能可以归纳如下：

1、 发现并生成局域网的一个最佳树型拓扑结构；

2、 发现拓扑故障并随之进行恢复，自动更新​ ​网络拓扑结构​​，启用备份链路，同时保持最佳树型结构；

运行RSTP协议的网络交换设备通过对自身网桥信息和接收到的BPDU中来自其他网桥的信息进行比较，利用RSTP算法进行计算，更新系统状态机，选举端口角色并阻塞某些​ ​端口​​，将​ ​环形网络​​裁剪成树形网络，防止环形网络中的报文增生和无限循环产生的广播风暴，避免因此带来的报文处理能力下降问题的发生；

端口状态：​

802.1d​（STP）

​ ​交换机​​的端口在STP环境中共有5种状态：阻塞blocking、监听listening、学习learning、转发forwarding、关闭(disable)。

*Blocking：处于这个状态的端口不能够参与转发数据​ ​报文​​，但是可以接收配置消息，并交给CPU进行处理。 不过不能发送配置消息，也不进行地址学习。

*Listening：处于这个状态的端口也不参与数据转发，不进行地址学习；但是可以接收并发送配置消息。

*Learning：处于这个状态的端口同样不能转发数据，但是开始地址学习，并可以接收、处理和发送配置消息。

*Forwarding：一旦端口进入该状态，就可以转发任何数据了，同时也进行地址学习和配置消息的接收、处理和发送。

​ ​交换机​​上一个原来被阻塞掉的端口由于在最大老化时间内没有收到BPDU，从​ ​阻塞状态​​转变为倾听状态，倾听状态经过一个转发延迟（15秒）到达学习状态，经过一个转发延迟时间的​ ​MAC地址学习​​过程后进入转发状态。

如果到达倾听状态后发现本端口在新的​ ​生成树​​中不应该由此​ ​端口转发​​数据则直接回到阻塞状态。

当拓扑发生变化，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络，这个时延称为转发延迟（Forward Delay），协议默认值是15秒。

在所有​ ​网桥​​收到这个变化的消息之前，若旧​ ​拓扑结构​​中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑中停止转发，则可能存在临时环路。为了解决临时环路的问题，生成树使用了一种​ ​定时器​​策略，即在端口从​ ​阻塞状态​​到转发状态中间加上一个只学习MAC地址但不参与转发的中间状态，两次状态切换的时间长度都是Forward Delay，这样就可以保证在拓扑变化的时候不会产生临时环路。

802.1w(RSTP)​

STP定义了5种不同的端口状态，关闭(disable)，监听（Listening），学习（Learning），阻断（Blocking）和转发（Forwarding），其端口状态表现为在​ ​网络拓扑​​中端口状态混合（阻断或转发），在拓扑中的角色（根端口、指定端口等等）。在操作上看，阻断状态和​ ​监听状态​​没有区别，都是丢弃​ ​数据帧​​而且不学习MAC地址，在转发状态下，无法知道该端口是根端口还是指定端口。

在RSTP中只有三种端口状态，Discarding、Learning和Forwarding。802.1D中的禁止端口，监听端口，阻塞端口在802.1W中统一合并为禁止端口。

RSTP根据端口在活动拓扑中的作用，定义了3种端口角色（STP有5种角色）：禁用端口（Disabled Port）、根端口（Root Port）、指定端口（Designated Port）、为支持RSTP的快速特性规定的替代端口（Alternate Port）和备份端口（Backup Port）。

实验拓扑：

配置命令：

配置完成后，查看STP：

可以看到，E0/0/3端口被阻塞

实验结束；

备注：如有错误，请谅解！

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