快速生成树协议

RSTP是STP的改进版和升级版本。STP是一种第2层协议，它能够避免由于网络连接冗余而导致的桥接环路以及广播风暴等问题。 快速生成树协议具有更快的收敛速度，同时它还与STP协议兼容。 为了确保不会出现环路的情况，快速生成树协议（RSTP）会禁止那些只允许在任意两个设备之间建立单一活跃路径的连接方式。 所有这些被标记为“不可用”的连接，都可以作为备用路径来使用，以便在当前连接出现故障时能够继续正常工作。 IEEE关于快速生成树协议的标准为802.1w。

STP与RSTP之间的相似之处：

• 在 STP 和 RSTP 中，具有最低桥接 ID的桥接设备会被选为根桥。
• 在STP和RSTP中，BPDUs都是在交换机之间被转发的。
• “Root”和“指定端口”的选举方式与STP中的选举方式相同，它们的功能也和STP一样。

RSTP的工作原理

RSTP遵循一套严格的规则，这些规则帮助交换机决定在网络中如何最优地转发流量，而无需任何冗余机制。当网络启用了RSTP功能时，生成树算法会自动决定生成树的配置方式。

在RSTP中，生成树结构中最顶层的桥接设备被称为“根桥”。它负责将所有的网络拓扑信息发送给网络中的其他交换机。当发生硬件故障或网络拓扑发生变化时，根桥能够确保最有效的替代路径能够被及时建立起来。因此，它在处理这些异常情况时发挥着至关重要的作用。

RSTP中的端口角色

在RSTP中，存在四种类型的端口角色。

1. 根端口：具有最小路径成本的端口被选为根端口。非根桥接设备只能有一个根端口。根端口负责将数据转发到桥接设备。
2. 指定港口：这是一个非根端口，它被用作每个局域网段的转发端口。
3. 备份端口：这是一条通往某个段的备用路径，而该段上已经连接了另一个桥接端口。这些端口会接收到来自其交换机的BPDU信号，但它们仍处于被阻塞的状态。
4. 备用端口：这是一个具有较低路径成本的备份端口。所有这样的端口都保持被阻塞的状态。

RSTP中的港口国家

快速生成树协议支持三种端口状态。

1. 丢弃/拒绝：在丢弃状态下，没有任何用户数据通过该端口被发送出去。
2. 学习：在学习的状态下，这些端口会学习MAC地址的相关信息，但不会转发任何帧数据。
3. 转发：在转发状态下，这些端口可以发送数据，并且处于完全运行的状态。

港口国的运作方式：

最初，一个交换机端口处于丢弃状态。处于这种状态的端口不会转发任何帧，也不会学习MAC地址，同时还会持续监听BPDU信号。而备份端口和备用端口则仍然保持丢弃状态。

在RSTP中，如果某个端口被选举为根端口或指定端口，那么其状态会直接从丢弃状态转变为学习状态。因此，RSTP不需要监听状态。处于学习状态的端口会将MAC地址添加到内容可寻址内存表中；不过，该端口无法转发帧数据。

在下一阶段，一个学习端口会转变为转发状态。此时，该转发端口已经完全具备功能了——它能够学习MAC地址、发送和接收BPDU，以及转发帧数据。

RSTP的优势：

• 能够防止网络环路的发生。
• 可以避免重复劳动。
• 更快的收敛速度。
• 与 STP 版本向后兼容。
• 每个交换机都会生成BPDU，并在规定的Hello间隔时间内将其发送出去。
• 交换机不需要人工设计的延迟计时器。

在STP中，BPDU是由根桥产生的。如果非根桥在其根端口上接收到来自根桥的BPDU，那么该非根桥会将这个BPDU传递给其邻居设备。这种收敛过程比较缓慢，而STP则依靠转发延迟计时器来确保网络不会陷入循环状态，但这需要花费大量时间。

在RSTP中，交换机只需直接与相邻的交换机进行握手操作即可。这种连接方式能够使得拓扑结构中的设备能够快速进行同步。这样一来，端口就可以立即从丢弃状态转变为转发状态，而无需等待延迟时间。

RSTP中的端口类型

在RSTP中，有三种类型的端口。

1. 边缘：这是一个与主机相连接的端口。
2. 根：这是一个与另一个交换机相连的端口，它到根桥的路径成本是最低的。
3. 点对点：这是一个可以连接到另一个交换机的端口，有潜力成为某个子网络的指定端口。

RSTP算法

RSTP算法遵循一些通用的步骤：

• 确定根桥：具有最低桥接优先级的交换机被选为根交换机。如果多个交换机具有相同的优先级，那么就会使用基于MAC地址的决胜规则来决定哪个交换机应成为根交换机。也就是说，具有最低MAC地址的交换机会被选为根交换机。
• 所有根桥接口都处于转发状态。在转发状态下，所有的端口都会学习到MAC地址，并且能够发送和接收数据。
• 所有非根交换机都会选择一个根端口。根据根成本来排序的话，根端口就是通往根桥的最佳路径。在非根交换机中，只有一个根端口。
• 选择指定的港口：这些端口被允许用于转发流量，它们的选择是基于端口的成本来决定的。所有剩余的根桥端口都被指定为专用端口。
• 其余处于阻塞状态的端口：这些端口不会向其他交换机传输任何数据，同时它们也不会存储MAC地址信息。