RSTP快速生成树协议

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分类专栏： 个人笔记——数通 文章标签： 运维 网络 rst
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本文深入探讨RSTP（快速生成树协议），讲解其相较于STP的优势，如新的链路类型、端口角色、报文格式及快速收敛机制。RSTP对P2P链路的依赖，边缘端口的概念，以及P/A协商和拓扑变化通知机制等。同时，文中还涵盖了RSTP与STP的兼容性问题以及STP的四种保护机制，包括BPDU保护、根保护、环路保护和TC泛洪保护，以确保网络的稳定和安全。

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思维导图及总结梳理

在这里插入图片描述

RSTP相比于STP

  • 新的链路类型要求
  • 新的端口角色和状态
  • 新的报文格式和BPDU的处理方式
  • 主动的握手协商机制（new)
  • 不同的TCN处理过程（new)
  • 边缘端口（new)

链路类型

RSTP不同于STP，RSTP对链路类型有着严格的要求，不同链路类型可以影响到收敛速度及工作机制：

  • P2P类型：交换机间链路为全双工模式
  • 共享链路：交换机间链路为半双工模式

说明：

  1. 手工配置的端口类型优于端口检测的结果。
  2. 处于DP/Discarding状态的端口能否快速进入转发状态，依赖于是否是P2P链路。如果是共享链路发出的BPDU中不会置A位，若对方是RP端口，不会回应A位的BPD。即：非P2P链路，不会进行P/A协商
  3. 运行STP的二层网络中，交换设备的接口和非P2P链路相连时，端口的状态无法实现快速迁移
  4. AP端口替换RP端口，不依赖端口类型是否是P2P全双工。
命令：stp point-to-point  X 来控制是否开启自动检测，默认为auto 。可选参数X为auto/force-true/force-flase
如果当前端口工作在半双工，可通过命令stp point-to-point  force-true强制成为点到点链路，实现快速收敛。

RSTP的很多快速收敛机制都要求要工作在P2P全双工场景下，如果不是P2P链路。RSTP会采用类型802.1d的慢收敛（即基于timer的被动收敛）

端口角色及状态

同STP相同，采用相同的端口角色，RP DP AP BP，区别是RP和DP进入For时间不一致。

报文格式

在这里插入图片描述

图：RST BPDU

RST的报文格式与STP大差不差，主要在于FLAG的使用区别

FLAG位：

在这里插入图片描述

0... ....=TCA位，RST中不再使用
.1.. ....=A位，链路是P2P时置位
..0. ....=状态标记位，0代表Disc或Lear，1代表For
...0 ....=状态标记为，0代表Disc，1代表Learn或For
.... 11..=端口角色标记，11代表DP，10为RP 01为AP或BP
.... .1..=P位，端口为DP/discard或DP/Lear时置1


状态标记为中 00为Disca 01为learni 11为for。

**说明：**RSTP中的BPDU版本为2，消息类型为0x02。这也意味着一个运行802.1d协议的网桥将丢弃此BPDU，这个特性使得802.1W很容易检测到与之相连的802.1D网桥。

边缘端口

在交换机上，通常将直接与用户终端（如PC机）或文件服务器等非交换机设备相连的端口配置为边缘端口，以实现端口的快速迁移。

边缘端口：

  • 边缘端口配置后，会立即进入转发转发，并且端口状态UP/DOWN不会触发拓扑变更通知。

  • 边缘端口会向外通告BPDU，若边缘端口收到BPDU则失去边缘端口特性，切换回普通生成树端口并根据收到的BPDU重新计算端口角色；（关于边缘端口通告BPDU，见下方边缘端口场景案例）

  • P/A协商中，Sync同步过程并不会堵塞边缘端口，同时TC通知BPDU也不清空BPDU端口的MAC表项（TC BPDU并不向边缘端口转发）

配置命令：接口下stp edge-port enable开启边缘端口功能

**说明：**为防范边缘端口连接的设备从非交换设备变更为交换设备，从而引发不必要的网络震荡，可以通过配置BPDU保护，来保证若边缘端口收到BPDU，则直接DOWN，而不是失去边缘端口特性，引发生成树角色计算。

在这里插入图片描述

图：RST边缘端口案例

当前场景为LSW1连接HUB情况，此时若G0/0/1和G0/0/2都配置为边缘端口。

那么在网络初始化阶段会有短期的环路产生，由于G0/0/1和2都是边缘端口，PC1的流量数据，从LSW1到HUB再回到了LSW1，但边缘端口会周期性发送BPDU，两个边缘端口至少会有一个失去边缘端口属性，从而引发端口计算，最终堵塞。

快速收敛机制

802.1w相比802.1d增加了如下快速收敛机制：

  1. P/A协商：可以让交换机的RP和DP的互联接口快速进入转发状态。
  2. 直连故障：AP口变为RP并快速进入转发状态，不需要30s延时。
  3. 次优场景：AP口收到次优的RST BPDU包后会马上变为DP口，并向该端口发送最优的RST BPDU包。
  4. 非直连链路故障（BPDU老化/超时机制）：连续丢失3个RST BPDU包，端口角色重新计算，华为默认18s。
  5. RSTP中TC置位的RST BPDU包所有桥设备都可以发送，发送时间为2个hello间隔（即4秒）。

P/A协商

802.1d没有通知机制来决定何时将端口置为转发状态，完全依赖于计时器。802.1w则引入P/A协商，依靠P/A协商来决定将端口置为转发状态。

P/A协商仅在P2P全双工直连链路上进行，P/A目的是将DP快速切换到转发状态的协商行为。

P/A协商过程

  1. DP处于discarding或learning状态时，会设置该变量并向下游交换机传递P置位的RST BPDU。
  2. 当收到由DP发来的P置位RST BPDU时，会开启同步并根据收到的BPDU计算端口角色（一般为RP，如果是AP或BP，那么不会回复A置位，即P/A协商失败，需要慢收敛）。
  3. 同步完成后，收到P置位的RST BPDU的AP端口状态将会切换成Forwarding，并回复A置位的RST BPDU
  4. DP端口收到A置位的BPDU后，且收到的BPDU的端口角色字段为RP，指定端口立马进入For状态

同步状态：将所有除了EP端口和已经Discarding的其他端口状态切换成Discrading

P/A协商案例如下：

RSTP P/A协商

图：P/A协商示例（主要从LSW2讲解）

1、在选出根桥后，由根桥LSW1始发BPDU，根桥上所有DP/Disca状态的接口发送P置位的BPDU。

2、LSW2开始选择RP，LSW2从P2和P3端口都收到根发来的BPDU，根据根据BPDU计算端口角色

3、LSW2的P2端口成为RP，在RP设备上进行同步，同步：在所有除了EP端口和已经处于Disca端口的其他端口状态置为Discar

4、同步完成后，RP端口进入For状态，同时发送A置为的BPDU。（此时LSW2还向除了EP的所有处于转发的端口通告TC）

5、P0端口的DP/Discar角色收到A置位的BPDU，端口状态切换为For。至此P/A协商完毕

6、LSW2继续向所有其他DP/Discar端口进行P/A协商。

说明：

  • 若P/A协商对端为AP端口，AP端口无同步过程，故不回复A置位给上游设备，上游端口需要进行慢收敛机制（经历2个For De后成为For状态），一旦P/A协商不成功，DP的角色就需要进行慢收敛机制

  • PA协商是渐行性的，由根桥始发BPDU后，开始逐步进行P/A协商，下游交换机收到P后回应A，完成PA后 其他DP/Disca继续进行PA，直至网络边缘。

拓扑变化通知机制

**触发条件：**只有非EP端口切换到转发状态时，才被定义为拓扑变动，端口的UP/DOWN不会触发TC通知。

感知接口状态发生变化的交换机处理步骤：

所有处于转发状态的DP和RP（除了EP）去扩散TC置位的BPDU。且为这些转发端口开启TC While timer，时长是2个hello间隔，即4秒，在While计时器内，清空状态发生变化的端口上所学习的MAC地址；While到期后，停止发送TC BPDU。

周边交换机处理步骤：扩散通知

  • 交换机收到TC置位BPDU后，向其他DP/RP端口扩散转发。且清空除了收到TC BPDU的，其他接口（除了EP）的MAC地址关联表
  • 开启TC While计时器，并且继续向所有处于转发状态的DP和RP端口去转发TC置位的BPDU。

**说明：**清空MAC地址表项时，仅清除动态学习到的MAC地址表项，即：不清除静态手工配置的MAC地址表项。

RSTP与STP兼容

802.1w可以和802.1d兼容，但如果二者兼容，那么RSTP会失去其快速收敛机制。

当一个网段内即运行STP又运行RSTP时，STP交换设备会忽略RST BPDU，而运行RSTP的交换设备会在某端口上接收到运行STP的交换设备发出的 配置Config BPDU。则会在2个hello time后，将该端口转换为STP工作模式，发送配置BPDU。

RSTP兼容性

图：RSTP兼容STP

如上图场景可见，LSW2的G0/0/2在接收到STP发出的Config BPDU后，会在两个hello time后，将接口模式调整为STP工作模式，并发送配置BPDU，若此时LSW3设备被移除或离开，此时G0/0/2的工作模式无法自动调整回来，可以通过命令：stp mcheck来将G0/0/2接口工作模式迁移回802.1w模式

命令：接口下stp mcheck，手动将兼容STP的接口模式调整回来

STP四个保护及过滤

BPDU保护

边缘端口：将连接终端的接口配置成边缘端口后，会立即进入转发，但是当该接口收到BPDU后，就失去了边缘端口属性，会成为普通STP端口，并重新进行生成树计算。

正常情况下，边缘端口不会收到BPDU。当这些端口接收到BPDU时，交换机会自动将这些端口设置为非边缘端口，并重新进行生成树计算。如果有人伪造BPDU恶意攻击交换机，（伪造更优的BPDU）将会引起网络震荡。可以通过配置BPDU保护，防范边缘端口攻击的情况产生。

如果在配置了BPDU保护的边缘端口收到了BPDU后，该边缘端口将被error-down关闭，同时产生告警信息上报网管系统。被关闭的边缘端口，默认不会自动恢复。可配置自动恢复延迟时间，在该时间到期后，状态将切换回UP。

**说明：**根保护功能只能在EP端口上生效，防止EP角色改变。缺省情况下， BPDU保护处于关闭状态

全局配置了BPDU保护，可以通过查看端口角色命令，在Protection看到BPDU

[HUAWEI] stp bpdu-protection
[HUAWEI] display stp brief
 MSTID   Port                        Role  STP State     Protection
    0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      BPDU 可以看到，这里是BPDU防护
    0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/4        ROOT  FORWARDING      NONE

根保护

根保护功能和BPDU保护功能差不多，BPDU保护就是说从边缘端口收到更优BPD U。根保护是防止从其他端口收到更优BPDU，从而导致DP端口角色被改变。

根保护是为了防范有人恶意攻击，或者网络内操纵人员的失误，而导致没必要的网络拓扑变更。在指定端口上启动根保护功能后，若在该端口收到更优RST-BPDU，该端口直接进入Discarding状态，不再转发报文。在两倍For Delay时间内未收到更优RST-BPDU，则自动恢复到正常的转发状态。

**说明：**根保护功能只能在DP端口上生效，防止DP角色改变。缺省情况下， 根保护处于关闭状态

接口配置了Root保护，可以通过查看端口角色命令，在Protection看到Root

[HUAWEI] int G0/0/1
[HUAWEI-GigabitEthernet0/0/1] stp root-protection
[HUAWEI] display stp brief
 MSTID   Port                        Role  STP State     Protection
    0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      ROOT可以看到，这里是ROOT
    0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/4        ROOT  FORWARDING      NONE

环路保护

我戏称这三个为保护三兄弟，BPDU保护防止边缘端口出现错误，根保护防止DP出现错误，环路保护防止AP和RP出现错误。

环路保护是为了防止由于链路链路拥塞或单向链路故障导致这些端口收不到来自上游交换设备的BPDU时，交换设备会重新选择根端口。那么原先的RP会转变成DP，原先的堵塞会成为转发，从而造成交换网络中可能产生环路。

启动了环路保护后，如果RP或AP端口长时间收不到来自上游的RST-BPDU时，则会向网管系统发出通知信息，直到RP或AP端口收到BPDU，端口状态才恢复到正常的转发状态。（如果是RP则进入Discar状态）

**说明：**环路保护功能只能在RP或AP端口上生效。防止端口成为DP。缺省情况下， 环路保护处于关闭状态

接口配置了环路保护，可以通过查看端口角色命令，在Protection看到LOOP

[HUAWEI] int G0/0/1
[HUAWEI-GigabitEthernet0/0/1] stp loop-protection 
[HUAWEI] display stp brief
 MSTID   Port                        Role  STP State     Protection
    0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      LOOP可以看到，这里是LOOP
    0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/4        ROOT  FORWARDING      NONE

TC泛洪保护

若网络内有人恶意伪造TC来攻击网络设备，频繁的删除操作会给设备产生很大的负担，CPU或数据泛洪增加很多，导致网络不稳定。

TC泛洪保护：在单位时间内，交换设备处理TC-BPDU报文的次数可配置，处理到阈值指定的次数后将不再处理。

缺省情况下，单位时间为hello timer时间（即2秒）。设备默认启用TC泛洪保护，缺省单位时间2秒，处理次数1次。

**说明：**可通过命令stp timer hello X来调整时间，部分设备也可通过命令来调整专项的TC保护时间。

该配置为：调整交换机在10秒间隔内处理TC报文的最大数量为5。

stp tc-protection threshold 5 命令来配置设备在收到拓扑变化报文后，单位时间内处理的最大TC报文数量阈值
stp tc-protection interval 10 指定设备处理最大数量的拓扑变化报文所需的时间。缺省为hello时间
[Huawei] stp tc-protection threshold 5 处理TC
[Huawei] stp tc-protection interval 10  10秒 部分设备不支持该命令，只能调整timer hello时间

BPDU Filter过滤

BPDU过滤可以让端口不收不发，过滤BPDU报文。

如果需要配置过多的BPDU过滤，可以全局配置默认BPDU过滤功能：bpdu bpdu-filter default

[Huawei]stp bpdu-filter default 可以全局开启BPDU功能，然后将需要BPDU过滤的，接口下配置disable即可
[Huawei]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp bpdu-filter enable 开启BPDU过滤功能，其实全局开了默认行为，就不需要接口enable了
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]quit
[Huawei]int g0/0/2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]stp bpdu-filter disable 关闭BPDU过滤功能
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]
RSTP（rapid spanning Tree Protocol）——快速生成树协议
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一、介绍 1.STP缺陷 STP没有细致区分端口状态和端口角色。 STP算法是被动的算法，依赖定时器等待方式判断拓扑变化，收敛速度慢 STP算法要求在稳定的拓扑中，仅根桥可以主动发送出配置BPDU，其他设备只能被动地进行配置BPDU处理，然后再发送自己的配置BPDU，这也是倒是收敛速度慢的原因之一。 2.RSTP优点 RSTP删除了3种端口状态，新增加了2种端口角色，并且把端口属性充分地按照状态和角色解耦 RSTP增加了相应地一些增强特性和保护措施，实现网络地快速收敛 RSTP可以和ST
RSTP协议(快速生成树协议)
weixin_45842954的博客
07-09 3908
RSTP是从STP发展而来，实现思想基本一致 RSTP的标准版本为IEEE802.1w RSTP大大缩短了收敛时间，可以更快速的恢复网络连通性必须是点到点的链路把sw1的f0/1端口设为down状态，sw1可以马上切换根端口，sw1的f0/2端口变为根端口 2. 边缘端口的快速收敛新路连成动后，P/A机制过程如下： swA为po，swB依次为p1,p2,p3,p4(左往右) 1.p0和中1两个端口马上先成为指定端口，发送RST BPDU, (互相发送一个p置位为1的 BPDU) 2.S2的p1收到RSTP
STP——RSTP快生成树协议讲解
m0_49864110的博客
03-18 6977
RSTP中，当存在AP端口的交换机其RP端口所在链路发生拥塞，导致RP长时间收不到BPDU报文时，AP端口会转为根端口，而根端口会转为指定端口，从而形成环路。BPDU保护只是对边缘端口生效；LSW1的AP端口收到此BPDU发现位次优BPDU，会马上发送本地最优的BPDU（P置位）发给对方，同时将自身的AP端口转为DP端口。当存在AP端口的交换机的根端口直连链路出现故障后，AP端口直接切换为RP端口并进入到转发状态（秒级收敛）除了根端口RP、指定端口DP外，还新增备份端口BP和预备端口AP两种端口角色。
理解快速生成树协议-RSTP (802.1w)
07-31
本文译自思科的白皮书Understanding Rapid Spanning Tree Protocol .pdf 对RSTP进行了比较详细的说明。
【生成树】RSTP (802.1W)协议机制详解
mypanlong的专栏
10-07 7128
一、基础知识点 1.RSTP端口状态 丢弃（也就是802.1D中的禁用、阻塞、侦听的合并）学习转发 2.端口角色： 根端口：收到最优的BPDU的接口就是根端口。这是距离Root最近的（cost最小）的接口。指定端口：在每一个segment上选择一个指定端口，该端口将发送这个segment上最优的BPDU。替代端口：丢弃状态。本交换机除了根
RSTP快速生成树协议和MSTP组快速生成树协议
Thewei666的博客
07-19 1126
如下图，假设有10个VLAN，那么基于RSTP需要10棵树来进行管理，而MSTP则是使用两颗树来进行分组管理，一个组为VLAN1-5，另一个组为VLAN6-10。各个组的BPDU区分，参考PVST方案，基于网桥优先级（4096*n + 组号），默认存在组0，且默认所有VLAN在组0中。继承了快速生成树的基础，将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树，且一个组内可以管理多个VLAN。注意：接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的802.1D算法来收敛。优点：分流、链路利用率高。
IEEE std 802.1w-2001 RSTP快速生成树协议 pdf
01-14
### IEEE Std 802.1w-2001 RSTP快速生成树协议 #### 标准概述 IEEE Std 802.1w-2001 是一个重要的网络标准，作为 IEEE Std 802.1D-1998 生成树协议的补充文档，它定义了在局域网（LAN）和城域网（MAN）环境中快速...
HCIP-7.5交换机RSTP快速生成树协议原理
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06-30 1693
RSTP（802.1w）是STP的升级版本。最根本的原因是BPDU的变化。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。 RSTP的主要功能： 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。
RSTP——快速生成树协议
最新发布
2301_79065514的博客
01-07 501
若一定时间内端口未收到更优的配置BPDU，则自动回复到正常的Forwarding状态（当使能STP交换机接入后，会从向连接的交换机发送BPDU报文，此时开启了根保护的端口就会进入Discarding,不转发报文，保护根地位，防止网络震荡）支持快速端口：RSTP引入了快速端口（fast port）的概念，这些端口在网络拓扑发生变化时能够更快地进入指定端口状态，从而加速了生成树协议的收敛过程。9）TC-BPDU泛洪保护：在单位时间内，交换设备处理TC-BPDU报文的次数可配置，设备只会处理阈值指定的次数。
1.3快速生成树协议RSTP
weixin_44551911的博客
07-24 1409
前面我们了解到，STP的收敛速度很慢。需要调节STP计时器参数。但是STP默认收敛时间慢的问题导致当网络拓扑发生变化时，等待时间过长严重影响业务效率。快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）缩短了网络的收敛时间，RSTP的收敛速度最快可以缩短到1s之内，在拓扑发生变化时能够快速恢复网络的连通性。 RSTP在STP的基础上增加了2种端口角色：替代端口(Alternate)、备份端口(Backup)，RSTP中共有4种端口角色：根端口、指定端口、替代端口、备份端口。
生成树协议（STP,MSTP,RSTP）详解
qq_64302290的博客
05-04 5016
P/A机制：当有了P/A机制后，角色的选举发生在两两之间，指定端口和根端口的链路上，指定端口确认角色后将发送P位置1的RST BPDU，之后，根端口会进入到同步的状态下，即会将所有其他接口状态置位丢弃，然后自身进入转发状态，并同时发送A位置为1的RST BPDU，收到后，指定端口也将进入到转发状态。备份端口：其实就是指定端口的备份-----------是由于学习到自己网桥发送的配置BPDU而被阻塞的端口，如果指定端口故障，则将第一时间成为新的指定端口，并且直接进入到转发状态，加速收敛。
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rtsp 报文转发_生成树RSTP，快速生成树协议，交换网络必用的破环协议，面试必备...
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