华为eNSP：RSTP

23zhgjx-NanKon2024-11-14 5:08

一、什么是RSTP？

RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）是快速生成树协议的简称，是一种网络协议，用于在局域网中消除数据链路层物理环路，实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络结构。

RSTP最早由IEEE在2001年的802.1W-2001标准中提出，并在后续的IEEE 802.1D-2004标准中替代了传统的STP（Spanning Tree Protocol）协议。它通过引入新的端口角色和状态机，以及优化的BPDU（Bridge Protocol Data Unit）处理方式，实现了比STP更快的网络收敛速度。

RSTP的主要功能包括发现并生成局域网的一个最佳树型拓扑结构，以及在拓扑发生变化时，如链路UP/DOWN，自动更新网络拓扑结构，启用备份链路，同时保持最佳树型结构。这些功能使得RSTP能够有效地避免网络中的环路问题，提高网络的可靠性和稳定性。

此外，RSTP还支持与STP的向下兼容，这意味着在混合使用STP和RSTP的网络环境中，它们可以共同工作，但需要注意的是，这种混合使用可能会降低RSTP的收敛速度。

二、RSTP的作用与功能。

  1. 消除环路：在交换网络中，为了防止广播风暴和MAC地址表的不稳定，需要消除环路。RSTP通过阻塞某些端口来打破环路，从而形成一棵无环路的树形网络结构。

  2. 链路备份：当活动路径发生故障时，RSTP能够激活备份链路，及时恢复网络连通性，保证网络的可靠性。

  3. 快速收敛：相比传统的STP（Spanning Tree Protocol），RSTP在网络拓扑发生变化时，能够更快地收敛网络。它通过Proposal/Agreement机制实现快速协商，有效避免收敛计时器在生成树收敛前超时，从而大大缩短了网络恢复时间。

  4. 端口角色与状态管理：RSTP定义了根端口、指定端口、替代端口和备份端口等端口角色，以及丢弃状态、学习状态和转发状态等端口状态。这些角色和状态的管理有助于优化网络性能，提高网络的稳定性和可靠性。

  5. 保护功能：RSTP还提供了多种保护功能，如根保护、BPDU保护和环路保护等。这些保护功能可以确保根桥的指定端口不会因为网络问题而改变端口角色，防止边缘端口收到BPDU报文后被关闭，以及在根端口长时间收不到BPDU时避免形成环路等。

  6. 兼容性：RSTP完全向下兼容STP协议，这意味着在混合使用STP和RSTP的网络环境中，它们可以共同工作。

三、STP的不足之处有哪些？

STP的不足

  1. 收敛速度慢：STP依赖定时器等待的方式来判断网络拓扑是否发生变化，这个过程比较慢，就像你玩一个游戏，每次场景变化都要等很久才能刷新出来，影响了用户的体验。

  2. 端口状态与角色区分不明确：STP没有像RSTP那样细致地区分端口状态和端口角色，这使得初学者很难理解和配置网络，就像是一个游戏没有明确的新手指导，让人摸不着头脑。

  3. 被动算法：STP是被动地等待网络变化，然后才做出反应，它没有主动去检测网络中的问题。这就像是一个守门员，只有等球飞向球门时才开始移动，而不是主动去预判和拦截。

四、RSTP对比STP改进了那些功能。

  1. 更快的状态转换速度：RSTP通过减少端口状态的数量和引入新的机制（如Proposal/Agreement机制），实现了快速状态转换。在拓扑变化时，RSTP能够迅速将端口从Discarding状态切换到Forwarding状态，从而减少网络中断时间。相比之下，STP的状态转换速度较慢，因为在状态变化时需要等待计时器超时或者BPDU消息的传播。

  2. 更短的收敛时间：由于RSTP采用了更快的状态转换机制和优化的BPDU处理方式，它在网络拓扑变化时的收敛时间更短。通常，RSTP在几百毫秒内就能完成端口状态的更新，而STP的收敛时间相对较长，一般在几秒到数十秒之间。

  3. 简化的端口状态：RSTP将STP中的几种状态合并为两种状态（Discarding和Forwarding），同时增加了Alternate端口和Backup端口等端口角色，这有助于优化网络性能，提高网络的稳定性和可靠性。

  4. 边缘端口和点对点连接：RSTP引入了边缘端口和点对点连接的概念，这些新概念大大加快了收敛过程。边缘端口是只连接到单一设备的端口，不需要发送BPDU；点对点链接是指两个设备之间的直接连接，不需要使用特定的端口。

  5. BPDU处理效率的提升：RSTP在BPDU的处理上更加高效。它使用了新的BPDU类型（如RSTP BPDU和Rapid PVST BPDU），并在拓扑稳定的情况下按照Hello Time规定的时间间隔发送配置BPDU，而不是等待根桥传来的配置BPDU。此外，RSTP还缩短了配置BPDU的超时时间，并更快地处理次优BPDU。

  6. 保护功能的增强：RSTP提供了多种保护功能，如根保护、BPDU保护和环路保护等。这些保护功能可以确保根桥的指定端口不会因为网络问题而改变端口角色，防止边缘端口收到BPDU报文后被关闭，以及在根端口长时间收不到BPDU时避免形成环路等。

  7. 向下兼容STP：RSTP完全向下兼容STP协议，这意味着在混合使用STP和RSTP的网络环境中，它们可以共同工作。

五、RSTP与STP的区别。

  1. 收敛速度

    • STP：STP需要一段时间来收敛网络拓扑的变化，通常需要几十秒甚至更长时间。

    • RSTP：RSTP的收敛速度明显更快，通常在几秒钟内即可完成网络拓扑变化的处理。

  2. 端口状态

    • STP：STP支持五个端口状态，包括转发、学习、监听、阻塞和禁用。

    • RSTP：RSTP简化了端口状态，仅包含三种状态，即转发、学习和丢弃。

  3. 端口角色

    • STP：STP包括根端口、指定端口和禁用端口三种角色。

    • RSTP：RSTP增加了替代端口和备份端口，共有五种端口角色，包括根端口、指定端口、替代端口、备份端口和边缘端口。

  4. BPDU处理

    • STP：STP使用传统的BPDU类型进行桥选举和通信。

    • RSTP：RSTP引入了新的BPDU类型（如RSTP BPDU和Rapid PVST BPDU），并优化了BPDU的处理方式，提高了网络收敛速度。

  5. 保护功能

    • STP：STP提供了基本的保护功能，如根保护和环路保护等。

    • RSTP：RSTP提供了多种保护功能，如根保护、BPDU保护和环路保护等，这些保护功能可以确保根桥的指定端口不会因为网络问题而改变端口角色，防止边缘端口收到BPDU报文后被关闭，以及在根端口长时间收不到BPDU时避免形成环路等。

  6. 兼容性

    • STP：STP是一种基础的网络协议，不涉及向下兼容的问题。

    • RSTP：RSTP完全向下兼容STP协议，这意味着在混合使用STP和RSTP的网络环境中，它们可以共同工作

六、实验拓扑及命令和步骤。

实验目的：

  1. 熟悉RSTP的应用场景
  2. 掌握RSTP的配置方法
    实验步骤：
  3. 开启RSTP
  4. 把LSW1设置为根网桥，把LSW2设置为备用根网桥//
    [LSW1]stp root primary
    [LSW2]stp root secondary
  5. 查看每一台交换机的STP的摘要信息
  6. 设置边缘端口//
    [LSW3-G0/0/1]stp edged-port enable
    [LSW4-G0/0/1]stp edged-port enable
  7. 设置BPDU保护//
    [LSW3]stp bpdu-protection
    [LSW4]stp bpdu-protection
  8. 设置根保护//
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/2]stp root-protection
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/3]stp root-protection

实验命令：

SW1

<Huawei>sy
[Huawei]un in e
[Huawei]sys SW1
[SW1]stp mode rstp
[SW1]stp root primary
[SW1]display stp brief

[SW1]int g0/0/2

[SW1-GigabitEthernet0/0/2]stp root-protection
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]int g0/0/3
[SW1-GigabitEthernet0/0/3]stp root-protection

SW2

<Huawei>SY
[Huawei]un in e
[Huawei]sys SW2
[SW2]stp mode rstp
[SW2]stp root secondary
[SW2]display stp brief

SW3

<Huawei>sy
[Huawei]un in e
[Huawei]sys SW3
[SW3]stp mode rstp
[SW3]display stp brief

[SW3]int g0/0/1

[SW3-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable
[SW3-GigabitEthernet0/0/1]q
[SW3]stp bpdu-protection

SW4

<Huawei>sy
[Huawei]un in e
[Huawei]sys SW4
[SW4]stp mode rstp
[SW4]display stp brief

[SW4]int g0/0/1

[SW4-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable
[SW4-GigabitEthernet0/0/1]q
[SW4]stp bpdu-protection

实验测试：

使用数据抓包抓取LSW1的G0/0/2接口进行分析：

可以看到BPDU的报文格式。

七、总结

1、RSTP是一种重要的网络协议，它在提高网络收敛速度、增强网络稳定性方面发挥着关键作用。

2、RSTP和STP都有它们各自的优点和缺点。在选择使用哪种协议时，需要根据具体的网络环境和需求来决定。对于需要快速响应和高可靠性的大型网络环境，RSTP可能是更好的选择；而对于简单或对收敛速度要求不高的网络环境，STP可能更为适用。

3、RSTP相较于STP在状态转换速度、收敛时间、端口状态管理、BPDU处理效率以及保护功能等方面都有明显的改进和提升。这些改进使得RSTP在提高网络收敛速度、增强网络稳定性方面发挥着关键作用。

4、RSTP相较于STP在多个方面进行了改进，特别是在收敛速度和端口角色管理上。这些改进使得RSTP能够更快地适应网络拓扑的变化，提供更高的网络稳定性和可靠性。然而，选择使用哪种协议还需根据具体的网络环境和需求来决定。

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