原理概述
STP協議雖然能夠解決環路問題,但是也存在一些不足,比如STP沒有細致區分端口狀態和端口角色;其次STP端口狀態共有5 種,即 Discarding、Blocking. Listening、 Learning 和 Forwarding,收斂慢。而且,對於用戶來說 Listening、Learning 和 Blocking狀態並沒有區別,都不轉發流量。根據STP的不足,RSTP做出了改進。RSTP新增加了 2 種端口角色,其端口角色共有4 種:根端口、指定端口、Alternate 端口和Backup端口。
RSTP具有快速收斂的特點。
實驗場景
本實驗模擬公司網絡場景。S3和 S4是接入層交換機,負責用戶的接入,S1和 S2是匯聚層交換機,四台交換機組成一個環形網絡。為了防止網絡中出現環路,產生網絡風暴,所有交換機上都需要運行生成樹協議。同時為了加快網絡收斂速度,網絡管理員選擇使用RSTP協議,且使得性能較好的S1為根交換機,S2為次根交換機,並配置邊緣端口進一步優化公司網絡。
實驗拓撲
實驗步驟
測試PC之間的連通性
在匯聚層交換機SI、S2及接入層交換機S3、S4上,把生成樹模式由默認的MSTP
改為RSTP。由於華為交換機上默認即開啟了 MSTP,故只需修改生成樹模式即可.
其他交換機同理
配置完成后,在交換機SI、S2、S3和S4上都使用display stp命令去查看生成樹的模式及根交換機的位置。
可以看到,S4是當前的根交換機
在RSTP構建的樹形拓撲中,網絡管理員需要設置匯聚層主交換機S1為根交換機,
匯聚層交換機S2為備份根交換機。
配置完成后,同樣在S1上使用display stp命令觀察。
可以觀察到,stp root primary命令修改的是交換機ID中的交換機優先級,把默認 的優先級由32768改為0 ,所以S1的交換機ID變為最小,是 Primary root,即根交換機。
在 S2上使用display stp命令觀察。
可以觀察到,stp root secondary命令修改的也是交換機ID 中的交換機優先級,把默認的優先級由32768改為4096,使 S2的橋ID變為次小,是 Secondary ro o t,即次根交換機。
用display stp brief命令查看每台交換機上的端口角色及狀態
根交換機SI上無根端口,所有端口都是指定端口。
交換機S2上的GE 0/0/1是根端口。
交換機S3上的E 0/0/2是根端口,E 0/0/3是指定端口,而 E 0/0/4是備份端口。
目前S2的GE0/0/1端口是根端口,其他所有端口是指定端口。如果S2的根端口斷掉了,S2會選擇把其他到達根交換機的端口置成根端口。RSTP協議的收斂比較快,端口 GE 0/0/2會快速協商成為新的根端口,協商期間端口是Discarding狀態,協商結束后端口為Forwarding狀態,這個過程所需要的時間非常短,這就是RSTP收斂快的一個表現。
模擬根端口斷掉的過程,把 S2的 GE 0/0/1端口使用shutdown關閉,同時,使用 display stp brief命令觀察S2上其他端口的角色及狀態的變化。
變化之前:
可以看到端口GE 0/0/2從之前的指定端口變成了根端口,且處於Forwarding狀態
我們再恢復端口:
發現S2又變回來了(RSTP使用P/A機制和根端口快速切換機制使端口狀態立即從
Discarding進入Forwarding狀態,縮短了收斂的時間,減小了對網絡通信的影響。)
配置邊緣端口
生成樹的計算主要發生在交換機互連的鏈路之上,而連接PC的端口沒有必要參與生成樹計算,為了優化網絡,降低生成樹計算對終端設備的影響,現在網絡管理員把交換機上連接PC的接口配置為邊緣端口。
配置S4上連接PC的端口為邊緣端口,此時生成樹計算工作依然進行,但端口進入
轉發狀態無需等待30s。
關閉E 0/0/1接口,再重新開啟此端口,觀察邊緣端口E 0/0/1的狀態變化。
在使用RSTP的環境中,可以在交換機上把連接PC、路由器和防火牆的端口都配置為邊緣端口,邊緣端口能降低終端設備訪問網絡需要等待的時間,明顯提高網絡的可用性。
查看備份端口狀態
網絡管理員在S3與S4之間加了一台Hub設備,並將S3的E 0/0/4通過Hub與S4 相連。
在 S3上使用display stp brief命令查看生成樹信息。
可以觀察到,S3的 E 0/0/3接口為指定端口,而同交換機上的E 0/0/4為備份端口,兩個接口接到同一台Hub上,當E 0/0/3接口關閉之后,E 0/0/4會成為新的指定 端口。
在 S3上關閉E 0/0/3接口,通過display stp brief命令查看備份端口的狀態變化。
可以觀察到,S3 上的指定接口斷掉后,E 0/0/4接口角色發生變化,狀態會由Discarding. Learning最終到Forwarding狀態,成為指定接口。