快速生成树协议指南-局域网组网技术（第2版）

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：生成树协议IEEE 802.1d作为一种纯二层协议，通过在交换网络中建立一个最佳的树型拓扑结构，在冗余的基础上避免了环路。作为STP的升级版本，IEEE 802.1w RSTP快速生成树协议解决了收敛慢的问题，使得收敛速度最快在1 s以内，但是仍然不能有效利用冗余链路做负载均衡。直接与终端相连的交换机端口称为边缘端口，将其设置为快速端口。综上所述，快速生成树协议对生成树协议主要做了以下几点改进：改进1：更加优化的BPDU结构。

生成树协议IEEE 802.1d作为一种纯二层协议，通过在交换网络中建立一个最佳的树型拓扑结构，在冗余的基础上避免了环路。由于它收敛慢，且浪费了冗余链路的带宽，所以其在实际应用中并不多见。作为STP的升级版本，IEEE 802.1w RSTP（Rapid Spannning Tree Protocol）快速生成树协议解决了收敛慢的问题，使得收敛速度最快在1 s以内，但是仍然不能有效利用冗余链路做负载均衡（总是要阻塞一条冗余链路）。

IEEE 802.1w RSTP除了从 IEEE 802.1d 沿袭下来的根端口、指定端口外，还定义了两种新的端口：备份端口和替代端口。

备份端口：是指定端口的备份口，当一个交换机有两个端口都连接在一个LAN上，那么高优先级的端口为指定端口，低优先级的端口为备份端口。

替代端口：根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。它提供了替代当前根端口所提供路径、到根网桥的路径。

这些RSTP 中的新端口实现了在根端口故障时，替代端口到转发端口的快速转换。

与IEEE 802.1d STP不同的是，IEEE 802.1w RSTP 只定义了 3 种状态：放弃、学习和转发。

实际上，直接连接PC的交换机端口不需要阻塞和侦听状态，而PC往往因为交换机的阻塞和侦听时间而不能正常工作，如自动获取IP地址的DHCP客户机，一旦启动，就要发出DHCP请求，而此请求可能会在交换机50 s的延时时间内超时；同时，微软的客户机在向域服务器请求登录时也会因为交换机50 s的延时时间而宣告登录失败。直接与终端相连的交换机端口称为边缘端口，将其设置为快速端口。快速端口当交换机加电启动或有一台终端PC接入时，将会直接进入转达发状态，而不必经历阻塞、侦听状态。

根或指定端口在拓扑结构中发挥着积极作用，而替代或备份端口不参与主动拓扑结构，因此在收敛了的稳定网络中，根和指定端口处于转发状态，替代和备份端口则处于放弃状态。

综上所述，快速生成树协议对生成树协议主要做了以下几点改进：

改进1：更加优化的BPDU结构。

改进2：在接入层交换机（非根交换机）中，为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口和备份端口两种端口角色，当根端口、指定端口失效时，替换端口、备份端口就会无时延地进入转发状态。(www.chuimin.cn)

改进3：自动监测链路状态，对应点到点链路为全双工，共享式为半双工。

改进4：在只连接了两个交换端口的点到点链路中（全双工），指定端口只需与下游网桥进行一次握手就可以无时延地进入转发状态。

改进5：直接与终端相连而不是与其他网桥相连的端口为边缘端口（Edge Port）。边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。边缘端口必须是Access端口，在交换机的生成树配置中，必须人工设置。

RSTP的工作过程：

当交换机从邻居交换机收到一个劣等BPDU（宣称自己是根交换机的BPDU），意味着原有链路发生了故障。则此交换机通过其他可用链路向根交换机发送根链路查询BPDU，此时如果根交换机还可达，根交换机就会向网络中的交换机宣告自己的存在。使首先接收到劣等BPDU的端口很快就转变为转发状态，之间省略了max age阻塞时间。

RSTP和STP都属于单生成树SST（Single Spanning Tree）协议，同样有一些局限性：

（1）整个交换网络只有一棵生成树，当网络规模较大时，收敛时间较长，拓扑改变的影响面也较大。

（2）在网络结构不对称的情况下，单生成树就会影响网络的连通性。

（3）当链路被阻塞后将不承载任何流量，造成了冗余链路带宽的浪费，对环状城域网更为明显。

快速生成树协议指南-局域网组网技术（第2版）

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