RSTP 快速生成树协议

本文主要介绍RSTP协议，STP相关的算法和细节在本文中不再涉及。虽然这种分割的做法不利于产生全局的观念，但通过对RSTP改进点的详细介绍，将会使你对该协议有一个更深刻的认识。

继IEEE 802.1D定义了STP标准后，IEEE又推出了802.1w这个草案作为802.1D的补充，并定义了RSTP标准。在新版本的802.1D（2004）中已经接纳了RSTP标准，取代了原来的STP。

RSTP保留了STP的大部分算法和计时器，只在一些细节上做了改进。但这些改进相当关键，极大的提升了STP的性能，使其能满足如今低延时高可靠性的网络要求。后续诞生的MSTP，单个实例中的算法和RSTP几乎一模一样。可以说从STP发展到RSTP的这套算法，是整个生成树协议的精髓。

1 RSTP的改进

1.1 BPDU的变化

图1 RSTP/STP BPDU的区别

RSTP的BPDU被称作RST BPDU①，和STP Config BPDU的主要区别在协议版本号，BPDU类型和Flags字段。RSTP中没有了TCN和TCA报文，在拓扑结构变化时只发送TC报文。对拓扑结构变化的详细描述请参考1.5。

Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0
TCA	Reserved						TC

图2 STP的Flags字段

Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0
TCA	Agreement	Forwarding	Learning	Port role		Proposal	TC

TCA=Topology Change Acknowledgement

TC = Topology Change

Port role =00 Unknown

01 Alternate / Backup

10 Root

11 Designated

图3 RSTP的Flags字段

RSTP的Flags字段增加了端口属性和状态，Bit1和Bit6两个字段在1.4中会提及，用于点到点链路端口的快速迁移。常见的几种Flags需要记住，2c（Forwarding,Designated），0e（Designated,Proposal）,6c(Agreement,Forwarding,Designated)，2d(Forwarding,Designated,TC)。

运行STP的设备会丢弃收到的RST BPDU，目前RSTP交换机都提供STP兼容模式，运行在STP兼容模式的端口会发送和接收Config BPDU，表现的特性也和STP类似。

1.2 端口角色的变化

RSTP对STP的端口角色进行了细分，增加了几种端口：Alternate Port，Backup Port，Edge Port。

Alternate Port是交换机根端口的备份，当根端口发生故障时，它可以迅速替代成为新的根端口并进入Forwarding状态。

Backup Port是被本交换机端口抑制的端口，虽然它名为Backup，却无法起到真正的备份作用。指定端口Down掉以后，Backup Port并不能马上变成新的指定端口并Forwarding。

Edge Port是管理员根据实际需要配置的一种指定端口，用以连接PC或不需要运行STP的下游交换机。管理员需要保证该端口下游不存在环路，Edge Port能够直接进入Forwarding状态。实际应用中为了避免有人恶意攻击，需要开启BPDU Guard功能，一旦收到BPDU，端口被自动shut down，需要管理员手动恢复。

图4 RSTP各端口角色

1.3 端口状态的变化

原STP的几种阻塞状态，在表现上没有任何区别，RSTP中做了改进，只保留了三种端口状态。

STP Port State	RSTP Port State
Disabled	Discarding
Blocking	Discarding
Listening	Discarding
Learning	Learning
Forwarding	Forwarding

表1 STP和RSTP的端口角色

注：Learning状态不转发流量，只学习MAC。

1.4 端口快速迁移

STP中任何最终能进入Forwarding状态的端口都至少需要经过2×Forwarding Time才能转发流量。这种保守的设计可以保证不产生环路，但显然不够聪明，RSTP对此做了一系列改进。

1.4.1 根端口的快速迁移

假如设备上旧的根端口不再有可能重新转发数据，新的根端口可以立刻迁移到Forwarding状态，Alternate端口的快速迁移就符合这个条件。

假如设备上旧的根端口还有可能重新转发数据，此时它必然是一个指定端口，指定端口的快速迁移请参考1.4.2。

点到点以太网链路②上，根端口总能快速迁移到Forwarding状态。

1.4.2 指定端口的快速迁移

1．被配置为边缘端口的指定端口可以无条件的快速迁移到Forwarding状态。

2．在点到点以太网链路上，指定端口可以和对端通过握手协商的方式进行快速迁移。双方设备必须满足如下状态机：

1. proposing. 指定端口处于discarding或learning状态的时候，会设置该变量。向下游交换机传递Proposal flag被置位的RST BPDU。

2. proposed. 当收到指定端口发来的proposal BPDU的时候，该变量设置。该变量指示本网段上的指定端口希望尽快的进入forwarding状态。

3. sync. 当proposed被设置以后，收到proposal的根端口会依次为自己的其他端口设置sync变量。将所有不是Edge port的指定端口转为discarding状态。

4. synced. 当端口完成转到discarding后, 会设置自己的synced。Alternate、Backup 和边缘端口会马上设置该变量。根端口监视其他端口的synced，当所有其他端口的synced全被设置，根端口会设置自己的synced，然后传回RST BPDU，其中Agreement flag被设置。

5. agreed. 当指定端口接收到一个RST BPDU的时候，如果该BPDU中的agreement flag被置位且端口角色字段是“根端口”，该变量被设置。当agreed被设置的时候，指定端口马上转入forwarding状态。

2004版的802.1D对P/A握手的状态机做了稍许改进，把synced拆分成synced和agree两个状态机，并不再要求只有根端口能设置该状态，Alternate和Backup端口也可以设置该状态，并发送aggreement flag置位的BPDU，加速了这种情况下上游指定端口的快速迁移。