RSTP/MSTP 笔记和配置实验

RSTP: Rapid Spanning Tree Protocol （802.1w）

一、问题: Why RSTP 可以快速切换？

1、端口角色增加: 两种到五种

从 STP 的两种角色:
   DP：Designated Port
   RP：Root Port
   ====================
   增加到了五种角色：
   AP：Alternative Port，用于替代 RP 的端口
   BP：Backup Port，用于备份 DP 的端口
   判断 AP、BP 的关键是保存在端口中的最优 BPDU 是从哪里来的，if 来源于对方，此端口为AP；if 来源于自己，此端口为BP。以前STP的阻塞端口现在分成两个预先选举好的角色，一个 BP、一个AP，BP 相当于是 DP 的备份，A P相当于是 RP 的备份端口，这样预先选举好的角色端口，就免去了 15s 的等待时间，快速收敛
   EP：Edge Port，边缘端口，仅用于终端接口，平时只转发数据，EP 收发 BPDU
   a、EP 跳过 Listening 和 Learing ，直接进入 Forwarding 状态，down --> up ，秒切
   b、EP 如果收到对方的 BPDU，则端口转变为正常 STP 端口，Discarding --> Learning --> Forwarding
   c、EP 端口不会被同步（阻塞）
   d、EP 不会触发 TC、转发 TC、不会受 TC 影响

2、STP 端口状态减少, 由五种精简到 RSTP 的三种：

┌───────────┬──────────┐
   │ STP   │   RSTP │
   ├───────────┼──────────┤
   │ Disable    │      │
   │ Blocking │   Discarding │
   │ Listing │ │
   ├───────────┼──────────┤
   │ Learning │   Learning │
   ├───────────┼──────────┤
   │ Forwarding │   Forwarding │
   └───────────┴──────────┘

* 端口之间最本质的区别在于端口的角色，而不在于端口状态

3、BPDU发送方式变化：

1）STP：
   只有根桥能产生 Config BPDU，其他非根交换机转发 config bpdu
   STP 默认层数7层：7*2s转发时间 + 3*2s Hello时间=20s 接口BPDU 老化时间
   2）RSTP：
   RSTP/MSTP 专用 BPDU：Rapid/Multiple BPDU，不再存在Config BPDU
   每个交换机都可以发专用 BPDU，这样就没有7*2s转发时间，仅剩下 3*2s 的 hold 时间（思科的），华为再乘以、时间因子，用 stp time-factor 配置，默认为3，就是18s（为了避免网络震荡，稳定一些）

4、增加了 rstp flag

bit0: TC：Topology Change Flag 拓扑变更标志
   bit1: Proposal, P=1 表示能否成为你的DP
   bit2、bit3：端口角色：
       0   0：unknown
       0   1：ap/bp
       1   0：rp
       1   1：dp
   bit4、bit5：端口状态
       Forwarding   Learning
       1       1   Forwarding
       0       1   Learning
       0       0   Discarding
   bit6: Aggrement 同意成为自己的DP, 和bit1 一起, 表示 P/A 机制
   bit7：TCA：Topology Change Acknowledgment Flag 拓扑变更公告

6、快速切换机制：

1）连接终端的接口：EP快速：秒切
   2）直连链路切换：
   RP down，同交换机的 AP 立刻切换为 RP，发 BPDU，秒切
   3）非直连链路切换：P/A 机制，
           当RP发生变化，为了防临时环，会引发同步机制：非EP端口，进入DP Discarding）
           过程：1、RP down，引发同步机制，DP进入 DP Discarding，进行 P/A 机制,向对端发 P=1、A=1的 BPDU 包；
            2、if 对端离根桥更近，存的 RP 的 BPDU 更优，AP 收到包，发现是次级 BPDU，也进行 P/A 机制，回复 P=1、A=1 的包；
           3、收到包的交换机收到更优的 BPDU 包，同意秒切，由 DP Discarding 变为 RP Fording，发 P=0、A=1 的包
           4、对端收到包，从 DP Discarding 变为 DP Forwarding

   if 需要切回来（根桥先发）：
            1、如果 DP 连 RP 线路恢复，根桥原来断开的 DP Discarding 端口进行 P/A，发 P=1、A=1的包；
           2、对端端口状态变为 RP Forwarding，RP变化触发同步机制；
           3、同交换机的 DP Forwarding 变为 DP Discarding，并回复给连接根桥的 RP 口 P=0、A=1 的包，根桥端口变为 DP Forwarding
           4、同交换机的 DP 向对端进行 P/A 机制，发 P=1、A=1 的包，由于比对端的DP优，对端变为AP Discarding，并不回应包
           5、同交换机等待30s切换到DP Forwarding状态

   总结：
            DP---->RP，秒切
            DP---->AP，等待30s

            TC：Topology Change 拓朴变更：拓扑变更后，由于MAC地址老化时间长（5minutes），导致流量转发出现问题
           解决方案：TCM：Topology Change Mechanism 拓扑变更机制
   TCA：TC Flag 的 0 位

7、STP/RSTP的触发条件不同：

STP 的触发条件：T 点接口发生变更后（Up 或者 Down），下游设备的RP端口会不断向上游设备发送TCN BPDU报文（TC置位1，第7个bit）
上游设备收后，把TCA位置1，发给下游设备，告知已经收到，同时复制一份TCN BPDU向根桥方向发送，直到根桥收到TCN BPDU 报文
根桥把Flag中的TC和TCA同时置1后发送，TC置1是为了通知下游设备直接删除桥MAC地址表项，TCA置1是为了通知下游已收到，停发TCN BPDU

        RSTP的触发条件：
           一个非EP端口迁移到Forwarding状态
           一旦检测到拓扑变化，将启动一个TC While Timer计时器（Hello Time的两倍），在这时间内，清空所有端口上的MAC表项。同时由所有的非EP端口发送RST BPDU，其中TC置位，其他收到的，重复操作，操作时间均为TC While Timer计时器时间内（病毒式泛洪式扩散）

二、MSTP（802.1s）华为 stp 默认模式：

region：行政区域：
   1、name 域名
   2、revision-level 修订号
   3、vlan 映射表（Instance 和 Vlan 的映射关系）
   以上3个一致，则为同一区域（单域），实现：
   1、防环
   2、冗余
   3、快速切换
   4、最优
   5、负载

条件实现：
   1、所有交换机都具有相同instance，且vlan映射一致
   2、所有交换机instance name相同
   3、所有交换机修订号一样

总根：--instance 0 root ----ist root
   ist root---总根 ----\
                                   >单域中，ist和msti0重合
   ist root---ist域根--/

域根可以有多个：MSTIxx

三、MSTP配置示例：

1、配置思路：

        a、交换机环境配置：每个交换机开启vlan batch 10 20，配置 vlanif 10 接口为 1.1.1.x/24，vlanif 20 接口为2.2.2.x/24; 交换机默认 stp 开启, 默认模式为 mstp , 这里省略配置
        b、交换机1、2、3、4 开启域配置, 配置 stp 实例, instance 1 绑定 vlan 10, instance 2 绑定 vlan 20, 并激活域配置
stp region-configuration
region-name A
instance 1 vlan 10
instance 2 vlan 20
active region-configuration
        c、配置 sw1 为 instance 1 的根桥，sw2 为 instance 2 的根桥
stp instance 1 root primary
stp instance 2 root lsecondary
        d、配置 sw3 的 2 口为 instance 2 的阻塞端口，sw4 的 2 口为 instance 2 的阻塞端口（配置端口开销值为更大，如 20000）
stp pathcost-standard leagcy
int G0/0/2
stp instance 2 cost 20000
e、在 sw3 和 sw4 上的 DP 端口配置根保护

多域：vlan不一致的场景下，可以做多域
总根域：所有交换机，RootID最小的，0最小
域根：到达总根域最优的边界交换机，以累加外部cost来计算
Master Bridge 主桥：Instance 0 的域根就是主桥
   主桥以Instance 0来计算，域根以各个Instance x来计算
   vlan x 划入 Instance n 以后，域内走域根（个性化选路），域间走主桥
过程：先根据外部cost选总根CST，然后域根被选出，然后各个域里再选择IST
多域的优点：
   隔离

保护
1、EP保护：用于连接终端，一旦收到bpdu就失去EP功能，进入error-down状态，防止进入拓扑选举，全局或者端口下配置：
   1）bpdu-protection：bpdu保护
   stp bpdu-protection
自动恢复：
error-down auto-recovery cause bpdu-production interval x(秒)
   dis error-down recovery
过滤：
1、bpdu-filter：bpdu过滤
   针对ep端口，一旦配置过滤，不收发bpdu（慎用，防止有环路）
   全局或者端口下配置

2、Root Protection 根保护，仅配置在 DP 上，防止失去根桥失去root bridge地位：

        int G0/0/1
          stp root-protection
        在 DP 接口上配置，一旦收到更优的 bpdu，进入 Discarding 状态，两个 Forward Delay 后，if 未再收到，再重新进入 Forwarding 状态