生成树协议——RSTP基础（day 5）

RSTP（STP 优化）

思维导图：

STP生成树收敛需要依赖定时器计时，端口状态从Blocking到Forwarding至少需要两个forward relay的时间长度，收敛时间太长，一般都需要几十秒。IEEE 802.1w定义了RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）弥补了STP收敛时间慢的缺陷。

角色	描述
Backup	Backup端口作为指定端口的备份，提供了另外一条从根桥到非根桥的备份链路。
Alternate	Alternate端口作为根端口的备份端口，提供了从指定桥到根桥的另一条备份路径。

RSTP中定义了三种端口状态：Discarding、Learning、Forwarding。

RSTP 端口状态	对应STP端口状态	说明
Forwarding	Forwarding	可以转发用户数据帧，可以学习MAC地址
Learning	Learning	不可以转发用户数据帧，但是可以学习MAC地址
Discarding	Listening、Blocking、Disabled	不可以转发用户数据帧，不可以学习MAC地址

在RSTP中，一个端口被指定成为指定端口后，此端口会先进入discarding，然后通过**P/A（Proposal/Agreement）**机制主动与对端端口协商，通过协商后，就可以立即进入Forwarding状态。

RSTP里，位于网络边缘的指定端口被称为边缘端口。
边缘端口一般与用户终端设备直接连接，不与任何交换设备连接。边缘端口不接收配置BPDU报文，不参与RSTP运算，可以由Disabled状态直接转到Forwarding状态，且不经历时延，就像在端口上将STP禁用了一样。但是，一旦边缘端口收到配置BPDU报文，就丧失了边缘端口属性，成为普通STP端口，并重新进行生成树计算，从而引起网络震荡。

RSTP BPDU：RSTP对此进行了改进，即在拓扑稳定后，无论非根桥设备是否接收到根桥传来的配置BPDU报文，非根桥设备都会仍然按照Hello Timer规定的时间间隔发送配置BPDU，该行为完全由每台设备自主进行。

每一台交换机启动RSTP后，都认为自己是“根桥”，并且发送RST BPDU。所有端口都为指定端口，处于Discarding状态。
交换机互相发送Proposal置位的RST BPDU。每个认为自己是“根桥”的交换机生成一个RST BPDU报文来协商指定网段的端口状态，此RST BPDU报文的Flags字段里面的Proposal位需要置位。当一个端口收到RST BPDU报文时，此端口会比较收到的RST BPDU报文和本地的RST BPDU报文。如果本地的RST BPDU报文优于接收的RST BPDU报文，则端口会丢弃接收的RST BPDU报文，并发送Proposal置位的本地RST BPDU报文来回复对端设备。
**交换机使用同步机制来实现端口角色协商管理。**当收到Proposal置位并且优先级高的BPDU报文时，接收交换机必须设置所有下游指定端口为Discarding状态。如果下游端口是Alternate端口或者边缘端口，则端口状态保持不变。
当确认下游指定端口迁移到Discarding状态后，设备发送RST BPDU报文回复上游交换机发送的Proposal消息。在此过程中，端口已经确认为根端口，因此RST BPDU报文Flags字段里面设置了Agreement标记位和根端口角色。
在P/A进程的最后阶段，上游交换机收到Agreement置位的RST BPDU报文后，指定端口立即从Discarding状态迁移为Forwarding状态。然后，下游网段开始使用同样的P/A进程协商端口角色。

在STP中，当出现链路故障或根桥失效导致交换机收不到BPDU时，交换机需要等待Max Age时间后才能确认出现了故障。
在STP中，当出现链路故障或根桥失效导致交换机收不到BPDU时，交换机需要等待Max Age时间后才能确认出现了故障。
而在RSTP中，如果交换机的端口在连续3次Hello Timer规定的时间间隔内没有收到上游交换机发送的RST BPDU，便会确认本端口和对端端口的通信失败，从而需要重新进行RSTP的计算来确定交换机及端口角色。