一、RSTP是什么

STP（Spanning Tree Protocol ）是生成樹(shù)協(xié)議的英文縮寫(xiě)。該協(xié)議可應(yīng)用于環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)一定的算法實(shí)現(xiàn)路徑冗余，同時(shí)將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)修剪成無(wú)環(huán)路的樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)，從而避免報(bào)文在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的增生和無(wú)限循環(huán)。

RSTP（rapid spanning Tree Protocol ），即快速生成樹(shù)協(xié)議，最早在IEEE 802.1W-2001中提出，這種協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，能更快的收斂網(wǎng)絡(luò)。

在stp上的改進(jìn)

（1）端口狀態(tài)的重新劃分

RSTP通過(guò)端口狀態(tài)的變化和角色定義來(lái)實(shí)現(xiàn)快速收斂。在STP上有5種端口狀態(tài)，在RSTP上變成了3種端口狀態(tài)

端口狀態(tài)：學(xué)習(xí)（Learning）狀態(tài)：不轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量，但學(xué)習(xí)MAC地址

轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding）狀態(tài)：既轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量，又學(xué)習(xí)MAC地址

丟棄（Discarding）狀態(tài)：不轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量，也不學(xué)習(xí)MAC地址

（2）通過(guò)對(duì)端口角色的填補(bǔ)，簡(jiǎn)化生成樹(shù)協(xié)議的理解及部署。

RSTP有4種端口角色：根端口、指定端口、替代端口、備份端口，增加了替代端口和備份端口

（3）邊緣端口

• 在RSTP中，可以將交換機(jī)連接PC的端口配置為邊緣端口。
• 邊緣端口默認(rèn)不參與生成樹(shù)計(jì)算，當(dāng)邊緣端口被激活之后，它會(huì)立即切換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)并開(kāi)始收發(fā)業(yè)務(wù)流量，而不喲領(lǐng)經(jīng)歷轉(zhuǎn)發(fā)延遲時(shí)間，因此工作效率大大提高了
• 邊緣端口的關(guān)閉或者激活并不會(huì)觸發(fā)RSTP拓?fù)?/span>變更

(4)快速收斂

1. RSTP通過(guò)引入P/A（Port Role/State Transition）機(jī)制，加快了網(wǎng)絡(luò)的收斂速度。這意味著當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，RSTP能夠比STP更快地重新計(jì)算生成樹(shù)并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
2. 根端口和指定端口快速切換（因?yàn)橛刑娲丝诤蛡浞荻丝?#xff09;
3. 邊緣端口不參與RSTP計(jì)算，可以由Discarding狀態(tài)進(jìn)入Forwarding狀態(tài)

（5）保護(hù)功能

BPDU保護(hù)：在正常情況下，邊緣端口不會(huì)收到RST?BPDU，如果有人去偽造RST?BPDU惡意攻擊交換設(shè)備，邊緣端口接收到RST?BPDU時(shí)，交換設(shè)備就會(huì)將其從邊緣端口變成STP端口，加入到STP的計(jì)算中，從而引起網(wǎng)絡(luò)震蕩。

交換設(shè)備上啟用了BPDU保護(hù)功能后，如果在邊緣端口收到RST?BPDU，邊緣端口將發(fā)生錯(cuò)誤并關(guān)閉，但邊緣端口的屬性不變，同時(shí)通知網(wǎng)管系統(tǒng)。

根保護(hù)：由于維護(hù)人員的錯(cuò)誤配置或網(wǎng)絡(luò)中的惡意攻擊，根橋有可能收到比自己優(yōu)先級(jí)更高的RST?BPDU，從而使根橋失去根地位，從而引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞腻e(cuò)誤變動(dòng)，這種情況可能會(huì)導(dǎo)致原本應(yīng)該在高速鏈路的流量被牽引到低速流量上，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。

一旦啟用根保護(hù)功能的指定端口收到優(yōu)先級(jí)更高的RST?BPDU，端口將進(jìn)入Discarding狀態(tài)，不在轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。一段時(shí)間后沒(méi)有接收到優(yōu)先級(jí)較高的RST?BPDU，端口就會(huì)恢復(fù)正常的Forwarding

（根保護(hù)只能在指定端口上配置）

環(huán)路保護(hù)：在啟動(dòng)了環(huán)路保護(hù)功能，如果根端口或替代端口長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有接收到上游設(shè)備的BPDU報(bào)文，則向網(wǎng)管發(fā)出通知信息（這時(shí)，根端口會(huì)進(jìn)入Discarding狀態(tài)，角色也會(huì)切換為指定端口），而替代端口則會(huì)一直處于Discarding狀態(tài)，不轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，從而不會(huì)形成環(huán)路。

（環(huán)路保護(hù)功能只能在根端口或替代端口上配置）

防TC-BPDU攻擊：交換設(shè)備在接收到TC置位的RST?BPDU報(bào)文后，會(huì)執(zhí)行MAC地址表項(xiàng)的刪除操作，如果有人偽造TC置位的RST?BPDU報(bào)文惡意攻擊交換設(shè)備時(shí)。交換設(shè)備短時(shí)間內(nèi)會(huì)收到很多RST?BPDU報(bào)文，頻繁的刪除操作胡給設(shè)備造成很大的負(fù)擔(dān)，給網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定帶來(lái)很大的隱患。

啟用防TC-BPDU攻擊功能后，在單位時(shí)間內(nèi)，交換設(shè)備處理TC BPDU報(bào)文的次數(shù)可配置。

（6）P/A機(jī)制

RSTP通過(guò)P/A機(jī)制加快了上游端口進(jìn)入Forwarding狀態(tài)的速度

對(duì)于STP，指定端口的選擇可以很快完成，主要的速度瓶頸在于：為了避免環(huán)路，必須等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使全網(wǎng)的端口狀態(tài)全部確定，也就是說(shuō)必須等待至少一個(gè)Forward Delay所有的端口才能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

而RSTP的主要目的就是消除這個(gè)瓶頸，通過(guò)阻塞自己的非根端口來(lái)保證不會(huì)出現(xiàn)環(huán)路。而使用P/A機(jī)制加快了這個(gè)過(guò)程。

二、為什么有STP后還要使用RSTP

生成樹(shù)協(xié)議（STP）是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于防止局域網(wǎng)中的物理環(huán)路。它通過(guò)構(gòu)建一個(gè)邏輯上的無(wú)環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確保網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間只有一條路徑，從而避免廣播風(fēng)暴和數(shù)據(jù)包的無(wú)限循環(huán)。然而，盡管STP在避免環(huán)路方面非常有效，但它也存在一些局限性，特別是在大型網(wǎng)絡(luò)或需要快速恢復(fù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。

以下是為什么在有STP的基礎(chǔ)上還需要使用快速生成樹(shù)協(xié)議（RSTP）的主要原因：

1. 更快的收斂時(shí)間：傳統(tǒng)的STP在檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)重新計(jì)算生成樹(shù)并更新端口狀態(tài)。這可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在一段時(shí)間內(nèi)不可用或性能下降。RSTP通過(guò)引入快速收斂機(jī)制，如快速配置BPDU和提議/同意機(jī)制，顯著減少了拓?fù)渥兓蟮氖諗繒r(shí)間。

2. 更高效的端口角色管理：RSTP引入了替代端口和備份端口的概念，這些端口在主端口失效時(shí)可以快速接管轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，而不需要等待整個(gè)生成樹(shù)的重新計(jì)算。這提高了網(wǎng)絡(luò)的冗余性和可靠性。

3. 后向兼容：RSTP設(shè)計(jì)為向后兼容傳統(tǒng)STP，這意味著它可以在不更改現(xiàn)有STP基礎(chǔ)設(shè)施的情況下部署。這對(duì)于希望逐步升級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組織來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。

4. 更好的互操作性：由于RSTP是基于IEEE 802.1D標(biāo)準(zhǔn)的一部分，它得到了廣泛的行業(yè)支持和兼容性。這使得不同廠(chǎng)商的設(shè)備能夠更好地互操作，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和實(shí)施。

5. 增強(qiáng)的故障恢復(fù)能力：RSTP通過(guò)邊緣端口（Edge Ports）的概念，允許直接連接終端設(shè)備的端口在接入時(shí)快速過(guò)渡到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，無(wú)需經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的監(jiān)聽(tīng)和學(xué)習(xí)階段。這減少了設(shè)備上線(xiàn)時(shí)的延遲，并提高了網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性。

三、RSTP的工作過(guò)程

RSTP收斂與STP收斂過(guò)程類(lèi)似

在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的所有RSTP交換機(jī)都認(rèn)為自己是根橋，并設(shè)置每個(gè)端口為指定端口，發(fā)送RST?BPDU。其中一個(gè)交換機(jī)最優(yōu)，最終被選舉為根橋

上游鏈路的設(shè)備互聯(lián)端口收斂過(guò)程

每個(gè)交換機(jī)認(rèn)為自己是根橋會(huì)生成一個(gè)RST?BPDU報(bào)文來(lái)協(xié)商指定網(wǎng)段的端口狀態(tài)。

當(dāng)一個(gè)端口收到RST?BPDU報(bào)文時(shí)，此端口會(huì)比較收到的RST?BPDU報(bào)文和本地RST?BPDU報(bào)文。如果本地的RST?BPDU報(bào)文優(yōu)于接收到的RST?BPDU報(bào)文，則端口會(huì)丟棄接收到的RST?BPDU報(bào)文，并發(fā)送Proposal置位的本地RST?BPDU報(bào)文來(lái)回復(fù)對(duì)端設(shè)備

下游鏈路的設(shè)備互聯(lián)端口會(huì)進(jìn)入慢收斂過(guò)程

四、RSTP實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#xff1a;
1. 熟悉RSTP的應(yīng)用場(chǎng)景
2. 掌握RSTP的配置方法

實(shí)驗(yàn)步驟：
1. 開(kāi)啟RSTP
2. 把LSW1設(shè)置為根網(wǎng)橋，把LSW2設(shè)置為備用根網(wǎng)橋//
[LSW1]stp root primary
[LSW2]stp root secondary
3. 查看每一臺(tái)交換機(jī)的STP的摘要信息
4. 設(shè)置邊緣端口//
[LSW3-G0/0/1]stp edged-port enable?
[LSW4-G0/0/1]stp edged-port enable
5. 設(shè)置BPDU保護(hù)//
[LSW3]stp bpdu-protection
[LSW4]stp bpdu-protection
6. 設(shè)置根保護(hù)//
[LSW1-GigabitEthernet0/0/2]stp root-protection?
[LSW1-GigabitEthernet0/0/3]stp root-protection?

LSW1配置
[LS1]stp mode rstp
[LS1]stp root primary ? ?//把LSW1的優(yōu)先級(jí)改為0，變成主根網(wǎng)橋?
[LS1]display stp brief ? ?//查看端口狀態(tài)
MSTID ?Port ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Role ?STP State ? ? Protection
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/2 ? ? ? ?DESI ?FORWARDING ? ? ?NONE
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/3 ? ? ? ?DESI ?FORWARDING ? ? ?NONE

[LS1]interface g0/0/2
[LS1-GigabitEthernet0/0/2]stp root-protection ? ? //設(shè)置根保護(hù)
[LS1]interface g0/0/3?? ?
[LS1-GigabitEthernet0/0/3]stp root-protection ? ? //設(shè)置根保護(hù)

LSW2配置
[LSW2]stp mode rstp
[LSW2]stp root secondary ? ?//把LSW2的優(yōu)先級(jí)改為4096，變成備用網(wǎng)橋
[LSW2]display stp brief
?MSTID ?Port ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Role ?STP State ? ? Protection
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/3 ? ? ? ?ROOT ?FORWARDING ? ? ?NONE
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/4 ? ? ? ?DESI ?FORWARDING ? ? ?NONE

LSW3配置
[LSW3]stp mode rstp
[LSW3]display stp brief
?MSTID ?Port ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Role ?STP State ? ? Protection
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/1 ? ? ? ?DESI ?FORWARDING ? ? ?NONE
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/2 ? ? ? ?ROOT ?FORWARDING ? ? ?NONE
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/5 ? ? ? ?DESI ?FORWARDING ? ? ?NONE
[LSW3]interface g0/0/1
[LSW3-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable
[LSW3]stp bpdu-protection ? ? //設(shè)置BPDU保護(hù)

LSW4配置
[LSW4]stp mode rstp
[LSW4]display stp brief
?MSTID ?Port ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Role ?STP State ? ? Protection
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/1 ? ? ? ?DESI ?FORWARDING ? ? ?NONE
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/4 ? ? ? ?ROOT ?FORWARDING ? ? ?NONE
? ?0 ? ?GigabitEthernet0/0/5 ? ? ? ?ALTE ?DISCARDING ? ? ?NONE
[LSW4]interface g0/0/1
[LSW4-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable
[LSW4]stp bpdu-protection ? ? //設(shè)置BPDU保護(hù)
實(shí)驗(yàn)測(cè)試

抓取LSW1的G0/0/2接口的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析

• BPDU flags: 0x7c：這是一個(gè)16進(jìn)制數(shù)，表示BPDU的標(biāo)志位。在二進(jìn)制中，它表示為0111 1100。

• Agreement: Yes：這意味著發(fā)送和接收BPDU的設(shè)備之間已經(jīng)就網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥_(dá)成一致，即它們同意當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

• Forwarding: Yes：這表示該端口當(dāng)前處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，可以傳輸數(shù)據(jù)包。

• Learning: Yes：這表示該端口正在學(xué)習(xí)MAC地址，以便構(gòu)建和維護(hù)MAC地址表。

• Port Role: Designated (3)：這表示該端口的角色是指定端口（Designated Port）。在STP中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)段都會(huì)選擇一個(gè)端口作為指定端口，負(fù)責(zé)向其他端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。這里的數(shù)字“3”可能是一個(gè)特定的標(biāo)識(shí)符或者是一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)的STP中，端口角色通常用不同的名稱(chēng)來(lái)標(biāo)識(shí)，如根端口（Root Port）、指定端口（Designated Port）和非指定端口（Non-Designated Port），而不是數(shù)字。

• Topology Change Acknowledgment: No：這表示沒(méi)有收到拓?fù)渥兓_認(rèn)消息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，設(shè)備會(huì)發(fā)送TCA（Topology Change Acknowledgment）消息來(lái)通知其他設(shè)備。

• Proposal: No：這表示沒(méi)有提議信息。在某些版本的STP中，設(shè)備可能會(huì)提出改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的提議。

• Topology Change: No：這表示沒(méi)有檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?/p>

五、總結(jié)

RSTP通過(guò)引入新的機(jī)制和優(yōu)化傳統(tǒng)STP的操作，提供了更快的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)間和更高的效率，特別是在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這種改進(jìn)尤為重要。