理解快速生成树协议(802.1w)(2)

2019-03-16 20:00

由于网桥C仍然知道根(Root)网桥是有效的和正常的,它立即想网桥B发送一个包含根网桥信息的BPDU。因此,网桥B不再发送它自己的BPDU,并接受连接到网桥C的端口为Root端口。

快速转变为Forwarding状态

快速转变是802.1w引入的最重要的功能。先前的STA(快速生成树算法)在把一个端口转变成Forwarding状态前,只是被动的等待网络收敛。要想获得较快的收敛只能调整保守的默认参数(Forward Delay和Max_age定时器),并往往造成网络的稳定性问题。新的快速STP能够主动的确定端口能够安全的转变成Forwarding状态,而无需依赖任何定时器。现在,在RSTP兼容的设备中有了一个真正的反馈机制。为了在端口上获得快速收敛,协议依靠两个新的变量:边缘端口(edge port)和链路类型(link type)。

边缘端口

边缘端口的概念思科生成树用户早已熟知,因为它和PortFast功能紧密相关。在网络中,所有和终端用户直连的端口不会产生环路。因此,边缘端口可以直接转变为Forwarding状态,而略去Listening和Learning阶段。当链路断开或连上时,边缘端口和使能了PortFast的端口都不会引起拓扑改变。与PortFast不同,边缘端口一旦收到一个BPDU,它就会立即失去边缘端口的属性而称为一个正常的生成树端口。从这一点来看,边缘端口有一个用户配置值和一个操作值。思科在实现中保留了PortFast关键字用于边缘端口的配置,这使用户易于转变到RSTP。

链路类型

RSTP只能在边缘端口和点对点链路上实现快速的转换为Forwarding状态。链路类型是从端口的双工模式(duplex mode)自动获取的。默认时,操作在全双工模式的端口被认为是点对点的,而操作在半双工模式的端口被认为是共享端口。这自动设置的链路类型能被显式的配置所覆盖。在当今的交换网络中,大多数的链路都是工作在全双工模式,RSTP会认为它们是点对点链路。因此,它们可以快速的转换为Forwarding状态。

802.1D的收敛

下面的图演示了当一个新的链路新加入桥网络时,802.1D的处理过程:

Root和交换机A中新加入的端口立即进入Listening 状态,阻塞流量。从根开始的BPDU开始通过A传播

在这种情景下,根桥和A之间的链路刚刚加入。假设之前桥A和根桥已经存在一条非直连路径(图中通过C-D)。STA会阻塞一个端口以避免桥接环路。首先,根桥和A之间链路的两个端口一旦激活,它们就会进入Listening状态。现在,桥A能够直接从根桥收到BPDU,它会立即把它的BPDU从Designated端口向树的枝叶方向传播出去。桥B和桥C一旦收到从桥A发送来的更优的BPDU,它们也会立即向枝叶方向传播这些信息。几秒钟后,桥D收到从根桥发送来的BPDU并立即阻塞端口P1。

很快,从根桥发出的BPDU到达桥D,桥D立即阻塞它的端口P1。虽 然现在拓扑收敛了,但网络被破坏了转发延时(forward_delay)的2倍时间。

802.1w的收敛

现在来看RSTP是怎样处理相同的情景。记住,最终的拓扑结构和802.1D计算的完全相同(就是说,一个Blocked端口位于和上面相同的位置),只是用于达到这种拓扑的步骤改变了。

桥A和根桥之间链路两端的端口一旦激活,它们就会被置于Designated阻塞状态。到目前为止,所有的行为和纯802.1D环境中完全相同。然而,在这个阶段,桥A和根桥之间要进行一次协商。一旦桥A收到根桥的BPDU,它就会阻塞它的非边缘端口。这个操作叫做同步。同步一完成,桥A就会明确的授权根桥将其端口置为Forwarding状态。下图演示了网络中这一过程的结果:桥A和根桥之间的链路被阻塞了,并且它们在交换BPDU。

一旦桥A阻塞了它的非边缘端口,桥A和根桥之间的链路就被置于Forwarding状态,而到达如下情景:

现在仍然没有环路。网络不再阻塞桥A以上的链路,而是阻塞桥A以下的链路。然而,这在不同的位置切断了网络环路。断点位置沿着根桥产生的BPDU通过桥A在树中向下传播。在这阶段,桥A中新的阻塞端口也会通过与桥B和桥C相连的端口进行协商而快速的进入Forwarding状态,当然在次之前桥B和桥C也会进行同步操作。不像根桥的端口和桥A,桥B只有边缘Designated端口。因此,没有端口需要阻塞以授权桥A进入Forwarding状态。同样,桥C仅阻塞它和桥D相连的Designated端口。图中的状态到达如下情景:

记住,最终的拓扑结构和802.1D实例中的完全相同,这意味这桥D的端口P1最终会被阻塞。这表示,仅在新的BPDU在树中传播的时间内,已经到达了最终的拓扑结构。在这快速的收敛过程中没有定时器参与。RSTP唯一引入的新机制是,一个交换机可以在它新的Root端口发送确认(acknowledgment)信息用于授权立即转换到Forwarding状态,而略过

两倍的转发延时的Listening和Learning状态。管理员仅需要记住这些从快速收敛中的受益: ? ?

网桥之间的协商仅发生在点对点之间的链路中(就是说在全双工链路,除非显式的端口

配置)

边缘端口扮演一个比802.1D中的PortFast更为重要的角色。如果管理员没有在桥B上正确的配置边缘端口,这些端口的连通性就会受到桥A和根桥之间链路的影响。

Proposal/Agreement 过程

当一个端口被STA选为Designated端口,802.1D仍然会等两倍的<转发延时>秒(默认=2*15秒),才把它转为Forwarding状态。在RSTP中,这种情况对应于一个端口拥有Designated角色但处于Blocking状态。下图演示了快速状态转换是怎样一步一步完成的。假如根桥和桥A之间接入了新的链路,链路两端的端口都会被置于一个Designated阻塞状态,知道它们从对段受到BPDU。

当一个Designated端口处于Discarding或者Learning状态(并仅在这种情况下),它会在它发出的BPDU中设置proposal位。这正是在上图所示的步骤1中,根桥的端口p0所需要做的。由于桥A受到更优的信息,它立即知道p1称为新的Root端口。桥A接着就会启动一个同步操作,以确定它所有的端口都处于同步状态。一个端口如果满足以下条件之一,那它就处于同步状态: ?

端口处于Blocking状态,即在稳定拓扑中的discarding状态。

? 端口是一个边缘端口。

为了演示同步机制对不同种类的端口的影响,假设网桥A存在一个Alternate端口p2,一个Designated端口p3,和一个边缘端口p4。请注意,p2和p4已经满足以上一个条件。为了同步(见上图的步骤2),桥A仅仅需要阻塞端口p3,并把它置为discarding状态。现在,桥A所有的端口都以同步,它可以打开它新选的Root端口p1并向根桥发送一个agreement消息(见步骤3)。这个消息是它收到的proposal BPDU的复制,不同之处仅是设置了agreement位而不是proposal位。这确保端口p0确切的知道它收到的是哪个proposal的agreement。

一旦p0收到该agreement,它会立即转换为Forwarding状态。这就是过程图中的步骤4。注意,同步后端口p3处于designated discarding状态。在步骤4中,这个端口处于与步骤1中的端口p0相同的状态。同样,它会和它的相邻网桥开始propose,试图快速的转变成转发状态。

Proposal/agreement机制是很快速的,因为它不依靠任何定时器。握手的浪潮快速的向网络的边缘扩散,并在网络拓扑改变后迅速的恢复连接。

如果Designated Discarding端口在发出proposal后没有受到哦agreement,它也会慢慢的转变为Forwarding状态,这又退回到了传统的802.1D的Listening-Learning过程。如果对端设备不能识别RSTP BPDU,或对端的端口处于阻塞状态,就会发生这种情况。

思科加强了同步机制,网桥同步时仅阻塞它先前的Root端口。这种机制的工作细节超出了本文的范围。然而,可以安全的假设它包括了绝大多数通常的重新收敛的情况。这种机制在本文“802.1w的收敛”一节中描述的情景中非常有效,因为仅仅在通往最终阻塞端口的路径上的端口临时阻塞了。

UplinkFast

RSTP引入了另一个快速转变为Forwarding状态类似与思科的UplinkFast生成树私有扩展。基本上来讲,当一个网桥失去了它的Root端口,它能将它的最优的Alternate端口直接置为Forwarding状态(RSTP也会处理新Root端口的出现)。一个Alternated端口被选为新的Root端口会引起拓扑改变。802.1w拓扑改变机制会清除上游网桥可编址内容表(CAM)的相应条目。This removes the need for the dummy multicast generation process of UplinkFast。 UplinkFast不需要进一步的配置,因为RSTP本来就包括并自动使能了该机制。


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