淺談RSTP的快速收斂機制

首先簡單比較802.1D和802.1W在PDU上的一些結構和差別。

生成樹協定一共有兩種BPDU：

一、Configuration BPDU：

l 在802.1D裡，配置BPDU在生成樹初始化時由各Bridge自己生成，當接收到更優（superior）BPDU後，改用更優的BPDU。當STP域收斂時，全網的配置BPDU都是Root Bridge的配置BPDU。當然，每台Bridge都有可能修改BPDU的内容，例如TCA标記；

l 在802.1W裡，該BPDU改為全部由Bridge自己生成，隻是在Root ID裡填上已知Root Bridge的Bridge ID。配置BPDU由本機産生這點很重要，這直接使得RSTP在拓撲變更時無需等待Root Bridge的配置BPDU，即可重新整理MAC表。

二、TCN BPDU

l 在802.1D中，TCN BPDU由獲知網絡拓撲發生變化的Bridge生成，并從根端口（以下簡稱R-Port）往Root Bridge方向發送。接收到TCN BPDU的Bridge有兩個動作：1、繼續從R-Port轉發，并期待從R-Port接收到TCA置位的配置BPDU；另一方面，在下一次配置BPDU發送時，向該指定端口（以下簡稱D-Port）發送TCA置位的配置BPDU進行确認。Bridge将一直生成并發送TCN BPDU，直到收到TCA置位的配置BPDU為止。該行為一直延伸到Root Bridge接收到TCN BPDU為止。然後Root Bridge發送新的配置BPDU，使整個STP域的Bridge老化其MAC表，準備學習新的拓撲。由于STP域内所有Bridge的收斂行為均由Root Bridge的配置BPDU驅動，可稱為同步收斂；

l 在802.1W中，不存在TCN BPDU，因為RSTP域内狀态的同步無需由Root Bridge發起。Topology Change（TC）的通告發生在毗鄰Bridge之間，當且僅當某D-Port狀态從Discarding到Forwarding時需要使用TC置位的配置BPDU。該BPDU僅從該D-Port轉發出去，且一個新增的位（Proposal Bit）将被置位。這将引發一系列同步操作，也就是RSTP新增的一個協商機制：P/A機制。通過P/A機制，STP域内收斂行為發生在相鄰的Bridge之間，各自完成自己的同步過程，可稱為異步收斂。

STP與RSTP對端口狀态的描述：

STP

Blocking

Listening

Learning

Forwarding

RSTP

Discarding

RSTP BPDU如下：

Protocol ID

Protocol Version ID

BPDU 

Type

Flags

Root ID

Root Path Cost

Bridge ID

Port ID

Message Age

Max Age

Hello Time

Forward Delay

其中Flags一項與STP比較而言變化較大：

Topology Change（TC）：1 Bit，由獲知STP域拓撲發生改變的Bridge生成。在STP中，該Bridge将生成TC置位的TCN BPDU，并向Root Bridge方向泛洪。Root Bridge接收後，往其下遊繼續泛洪，直到STP域内所有Bridge都獲知該資訊。在RSTP中，BPDU僅在相鄰Bridge間進行轉發，是以TCN BPDU和TCA BPDU都僅在裝置間生效。

Proposal：1 Bit。用于向對端協商成為轉發狀态。所有處于Discarding/Learning狀态的端口，生成的BPDU都将Proposal比特置位。若接收到對端Agreement置位的BPDU，則立即進入Learning狀态，并在随後進入Forwarding狀态。

Port Role：2 Bit。用于辨別發送本BPDU端口的角色。

Learning：1 Bit。處于Learning狀态的端口，生成Learning比特置位的BPDU。

Forwarding：1 Bit。處于Forwarding狀态的端口，生成Forwarding比特置位的BPDU。

Agreement：1 Bit。接收到Proposal比特置位的BPDU後，若Bridge的所有端口均處于Synced狀态，則傳回Agreement置位的BPDU。

Topology Change Acknowledgment（TCA）：1Bit，由接收到TCN BPDU的Bridge生成，作為對端Bridge的回應。

Port Role：R-Port（10），非根交換機到根交換機的最優端口；D-Port（11）：網段到根交換機的最優端口；A-Port（01）：R-Port的替換端口；Backup Port（01）：D-Port的替換端口；Unknown Port（00）：未知角色端口；Edge Port：連接配接終端的端口，因Edge Port不發送BPDU，是以BPDU包裡沒有該定義。

<a></a>

介紹完端口角色，接下來就是介紹RSTP如何實作快速收斂。

首先，RSTP将網絡拓撲的變化定義為端口角色的變化，這個應該比較容易了解，因為網絡拓撲的變化可以描述為某些網絡端口在轉發/阻塞态之間的轉換，而RSTP将端口角色和端口狀态進行了明确的定義（這是RSTP比STP優勝的地方）。

其次，RSTP端口角色的變化直接影響端口狀态的變化。R-Port、D-Port、Edge Port處于Forwarding狀态；Alternated Port（以下簡稱A-Port）和Backup Port處于Discarding狀态。

一、Forwarding-〉Discarding

若某條鍊路失效，即鍊路兩端的端口從轉發态變為阻塞态。從生成樹協定的目的來看，并不會使得網絡形成環路。RSTP僅需要找到處于合适的阻塞态端口，并将其轉為轉發态，使拓撲重新連通起來。由于RSTP在計算時已經配置設定好R-Port的備份端口A-Port，是以若從轉發态變為阻塞态的是R-Port，則把對應的A-Port改為轉發态；同理，D-Port的則色也可置相應的Backup Port為轉發來實作。而Edge Port并不影響生成樹的計算，故忽略。這樣，當某個（些）端口狀态從轉發到阻塞，對于RSTP而言，無需重新計算（是不是有點熟悉，好像哪兒見過不用計算直接使用備用路徑的算法。聰明的你一定想到了：DUAL）。

二、Discarding-〉Forwarding

由于某條鍊路的連通有可能導緻生成樹域成環。在RSTP裡，該行為定義為D-Port從阻塞态轉化為轉發态，相對的檢查機制應的就是P/A機制，即從需要進入轉發态的D-Port，建議對端進行同步，待收到确認後進入轉發态。

對端Bridge在接收到“建議”消息後，一方面阻塞自身所有D-Port，并傳回“同意”消息給“建議”消息發送方；另一方面，對自身端口進行同步。同步分兩種類型：若端口為E-Port，或者原來就是非轉發态，則為“已同步”；若端口原來為轉發态，為重新進入轉發态，将對對端進行“建議”并等待确認。

下面将結合圖例，示範P/A機制的流程：

（一）B、E之間建立一條新鍊路，首先進行端口角色選擇；

<a href="http://golehuang.blog.51cto.com/attachment/201209/10/7499_1347299733F2vX.png"></a>

（二）B、E通過該鍊路交換BPDU，由于B端口發送的BPDU較優（superior），是以B端口角色為D-Port；與此同時，E從B收到的BPDU比從C收到的較優，是以E把連接配接B的端口轉換為Root Port，同時，連接配接C的端口轉換為A-Port。要注意的是，RSTP相對STP進行了根端口轉發的改進，一旦确定了舊的R-Port非轉發态，且新的R-Port已确定，則新的R-Port立即進入轉發态；

<a href="http://golehuang.blog.51cto.com/attachment/201209/10/7499_1347299735Cdcs.png"></a>

（三）此刻B端口仍為Discarding狀态，并期望進入Forwarding狀态，是以它将從該D-Port發送“Proposal“置位的配置BPDU給E；E接收到該BPDU後，進入同步狀态：即将所有轉發态端口轉為丢棄，并檢查端口同步情況；

<a href="http://golehuang.blog.51cto.com/attachment/201209/10/7499_1347299737VeYU.png"></a>

（四）從同步原理可知，E中隻有連接配接D的端口為轉發态，是以E繼續阻塞該端口，并向B傳回”同意“置位的BPDU。自此，B-E鍊路進入已完成同步，立即進行流量轉發；而由于D連接配接E的端口為A-Port，不轉發BPDU，是以E發出的”Proposal“置位BPDU将不會被”Agreement“置位的BPDU回應。該端口将一直保持阻塞态。

本文轉自 gole_huang 51CTO部落格，原文連結:http://blog.51cto.com/golehuang/986975