RSTP技术

一、STP的不足

收敛速度慢：STP的收敛时间通常需要30-50秒，包括最大老化时间（20秒）、侦听状态（15秒）和学习状态（15秒）。RSTP通过引入替代端口和备份端口的概念，将收敛时间缩短至1-2秒。

状态转换效率低：STP只有阻塞、侦听、学习和转发四种状态，端口从阻塞到转发必须经历侦听和学习状态。RSTP简化了状态机，将阻塞、侦听和学习合并为丢弃状态，加快了端口角色转换。

缺乏对拓扑变化的快速响应：STP依赖计时器处理拓扑变化，需要等待BPDU超时才能重新计算。RSTP通过主动发送提议/同意消息，实现了拓扑变化的快速传播和重新计算。

端口角色限制：STP仅定义了根端口、指定端口和非指定端口三种角色。RSTP增加了替代端口（根端口备份）和备份端口（指定端口备份），提供了更灵活的冗余路径选择。

BPDU处理机制落后：STP中只有根桥定期发送BPDU，非根桥仅转发BPDU。RSTP要求所有交换机主动发送BPDU，即使未收到根桥的BPDU也会自行生成，提高了协议健壮性。

二、RSTP的概念及改进

概念：RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）是IEEE 802.1w标准定义的协议，用于改进STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）的收敛速度。RSTP是STP的升级版本，旨在解决传统STP在网络拓扑变化时收敛慢的问题。

改进：RSTP通过引入新的端口状态和角色，显著缩短了网络拓扑变化的收敛时间。传统STP需要30到50秒完成收敛，而RSTP通常能在1到2秒内完成。

        RSTP定义三种端口：

• Discarding：端口不转发数据帧，也不学习MAC地址。
• Learning：端口不转发数据帧，但学习MAC地址。
• Forwarding：端口正常转发数据帧并学习MAC地址。

       RSTP还定义了以下端口角色：

• Root Port：指向根桥的最佳路径端口。
• Designated Port：每个网段中负责转发流量的端口。
• Alternate Port：根桥的备份路径端口。
• Backup Port：指定端口备份端口。

三、RSTP快速收敛原理 

端口角色与状态优化

RSTP定义了三种端口角色：根端口（Root Port）、指定端口（Designated Port）和备份端口（Backup Port）。端口状态简化为三种：丢弃（Discarding）、学习（Learning）和转发（Forwarding）。这种简化减少了状态转换的延迟，加速了收敛过程。

提案-同意机制

RSTP引入提案-同意（Proposal-Agreement）机制，允许根端口和指定端口快速进入转发状态。当检测到拓扑变化时，根桥发送提案（Proposal）消息，下游交换机若同意则回复同意（Agreement）消息，从而跳过传统的监听和学习阶段。

BPDU处理优化

RSTP的BPDU（桥协议数据单元）由根桥周期性发送变为所有交换机主动发送。BPDU携带拓扑变化信息，其他交换机收到后立即响应，无需等待计时器超时。拓扑变化通知（TCN）机制也被简化，直接通过BPDU传播。

拓扑变化快速响应

当链路故障发生时，RSTP交换机立即将受影响端口设置为丢弃状态，并通过BPDU通知整个网络。其他交换机收到后立即清除相关MAC表项，避免数据包循环。此过程通常在几秒内完成，远快于STP的30-50秒。

边缘端口机制

连接终端设备的端口可配置为边缘端口（Edge Port），直接进入转发状态。边缘端口不参与生成树计算，避免了不必要的延迟。若边缘端口收到BPDU，则自动转为普通端口。

通过以上机制，RSTP将收敛时间从STP的30-50秒缩短到1-10秒，显著提升了网络可靠性。