STP理論04-RSTP相對STP的改進

STP不足之處：
網路拓撲收斂慢，影響了使用者通訊質量。如果網路中的拓撲結構頻繁變化，網路也會隨之頻繁失去連通性，從而導致使用者通訊頻繁中斷。

導致STP收斂慢的原因：
1）、STP沒有細緻區分埠狀態和埠角色，不利於初學者學習及部署，listening、learning和 Blocking 狀態並沒有區別，都同樣不轉發使用者流量；
2）、STP 演算法是被動的演算法，依賴定時器等待的方式判斷拓撲變化，收斂速度慢；
3）、在網路穩定時，只有根橋傳送BPDU報文。

RSTP 對 STP 的改進：

1、通過埠角色的增補，簡化了生成樹協議的理解及部署；RSTP 的埠角色共有 4 種：根埠、指定埠、 Alternate 埠和 Backup 埠；
1）、從配置 BPDU 報文傳送角度來看：
a、Alternate 埠就是由於學習到其它網橋傳送的配置 BPDU 報文而阻塞的埠；
b、Backup 埠就是由於學習到自己傳送的配置 BPDU 報文而阻塞的埠。
2）、從使用者流量角度來看：
a、Alternate 埠提供了從指定橋到根的另一條可切換路徑，作為根埠的備份埠；
b、Backup 埠作為指定埠的備份，提供了另一條從根橋到相應網段的備份通路。

2、埠狀態的重新劃分：
RSTP 的狀態規範把原來的 5 種狀態縮減為 3 種。根據埠是否轉發使用者流量和學習 MAC 地址來劃分：
1）、discarding：不轉發流量，不學習MAC地址；
2）、learning：不轉發流量，學習MAC地址；
3）、forwarding：轉發流量，學習MAC地址。

3、配置 BPDU 格式的改變，充分利用了 STP 協議報文中的 Flag 欄位，明確了埠角色；
1）、Type 欄位，配置 BPDU 型別不再是 0 而是 2，所以執行 STP 的裝置收到 RSTP 的配置BPDU 時會丟棄；
2）、Flags 欄位，使用了原來保留的中間 6 位，這樣改變的配置 BPDU 叫做 RST BPDU，具體RSTP Flags欄位格式如下：
 Bit7：TCA
 Bit6：Agreement
 Bit5：Forwarding
 Bit4：Learning
 Bit3和Bit2：埠角色
 00：未知
 01：根埠
 10：Alternate / Backup
 11：指定埠
 Bit1：Proposal
 Bit0：TC

4、配置 BPDU 的處理髮生變化；
1）、傳送BPDU：配置BPDU由根橋產生並且傳送，非根橋在接收到根橋的配置BPDU後，才出發發送；RSTP每個裝置都會按規定時間傳送配置BPDU；
2）、BPDU超時：STP要等待Max age超時，RSTP只等待3個Hello time時間；
3）、處理次優BPDU：當一個埠收到上游的指定橋發來的 RST BPDU 報文時，該埠會將自身儲存的 RST BPDU 與收到的 RST BPDU 進行比較。
如果該埠儲存的 RST BPDU 的優先順序高於收到的 RST BPDU，那麼該埠會直接丟
棄收到的 RST BPDU，立即迴應自身儲存的 RST BPDU。當上遊裝置收到下游裝置迴應
的 RST BPDU 後，上游裝置會根據收到的 RST BPDU 報文中相應的欄位立即更新自己
儲存的 RST BPDU。
由此， RSTP 處理次等 BPDU 報文不再依賴於任何定時器通過超時解決拓撲收斂，從而
加快了拓撲收斂

5、快速收斂；
1）、Proposal/Agreement 機制：
在點到點乙太網鏈路上，指定埠可以和對端通過握手協商的方式進行快速遷移。雙方裝置必須滿足如下狀態機：
a. proposing. 指定埠處於discarding或learning狀態的時候，會設定該變數。向下遊交換機傳遞Proposal flag被置位的RST BPDU。
b. proposed. 當收到指定埠發來的proposal BPDU的時候，該變數設定。該變數指示本網段上的指定埠希望儘快的進入forwarding狀態。
c. sync. 當proposed被設定以後，收到proposal的根埠會依次為自己的其他埠設定sync變數。將所有不是Edge port的指定埠轉為discarding狀態。
d. synced. 當埠完成轉到discarding後, 會設定自己的synced。Alternate、Backup 和邊緣埠會馬上設定該變數。根埠監視其他埠的synced，當所有其他埠的synced全被設定，根埠會設定自己的synced，然後傳回RST BPDU，其中Agreement flag被設定。
e. agreed. 當指定埠接收到一個RST BPDU的時候，如果該BPDU中的agreement flag被置位且埠角色欄位是“根埠”，該變數被設定。當agreed被設定的時候，指定埠馬上轉入forwarding狀態。
1.1）、觸發Proposal/Agreement 機制的條件：
a、 裝置之間鏈路必須是點對點的全雙工模式，且埠型別為指定埠；
b、 新接入的裝置傳送更優的RST BPDU。
1.2）、P/A機制協商過程：
a、剛開始交換機都認為自己的埠為指定埠，只不過指定埠的狀態是discarding。
b、進入discarding狀態後就開始傳送proposal置位的RST BPDU。
c、比較自己與收到的RST BPDU，如果本端的優，就丟棄對端傳送過來的RST BPDU，並且繼續傳送本端的RST BPDU；如果對端的優，就停止傳送RST BPDU，並進入下個步驟。
d、不優的交換機將自己所有介面阻塞（又稱同步）（除已經阻塞介面，邊緣埠）。
e、不優的交換機向優的一方傳送agreement置位的RST BPDU，並將這個埠置於forwarding狀態，角色為根埠。
f、RST BPDU優的一端收到agreement置位的RST BPDU後，就將這個埠置於forwarding狀態，角色為指定埠。
1.3）、Proposal/Agreement 機制的目的是使一個指定埠儘快進入 Forwarding 狀態。
2）、根埠快速切換機制：如果網路中一個根埠失效，那麼網路中最優的 Alternate 埠將成為根埠，進入Forwarding 狀態；
3）、邊緣埠的引入：邊緣埠不接收處理配置 BPDU，不參與 RSTP運算，可以由 Disable直接轉到 Forwarding狀態，一旦邊緣埠收到配置 BPDU，就喪失了邊緣埠屬性，成為普通 STP 埠，並重新進行生成樹計算，從而引起網路震盪。

6、保護功能；
1）、BPDU 保護：交換裝置上啟動了 BPDU 保護功能後，如果邊緣埠收到RST BPDU，邊緣埠將被error-down，但是邊緣埠屬性不變，同時通知網管系統。
2）、根保護：對於啟用 Root 保護功能的指定埠，其埠角色只能保持為指定埠。一旦啟用 Root 保護功能的指定埠收到優先順序更高的 RST BPDU 時，埠狀態將進入 Discarding 狀態，不再轉發報文。在經過一段時間（通常為兩倍的 Forward Delay），如果埠一直沒有再收到優先順序較高的RST BPDU ，埠會自動恢復到正常的Forwarding 狀態。（Root 保護功能只能在指定埠上配置生效）
3）、環路保護：在啟動了環路保護 功能後，如果根埠 或Alternate 埠長時間收不到來自上游的 RST BPDU 時，則向網管發出通知資訊（如果是根埠則進入 Discarding 狀態）。而阻塞埠則會一直保持在阻塞狀態，不轉發報文，從而不會在網路中形成環路。直到根埠或 Alternate 埠收到 RST BPDU ，埠狀態才恢復正常到Forwarding 狀態。（環路保護功能只能在根埠或 Alternate 埠上配置生效）
4）、防TC-BPDU***：啟用防 TC-BPDU 報文***功能後，在單位時間內，交換裝置處理 TC BPDU 報文的次數可配置。如果在單位時間內，交換裝置在收到 TC BPDU報文數量大於配置的閾值，那麼裝置只會處理閾值指定的次數。對於其他超出閾值的 TCN BPDU
報文，定時器到期後設備只對其統一處理一次。這樣可以避免頻繁的刪除 MAC 地址表項和ARP 表項，從而達到保護裝置的目的。