يمكنك العثور على الكثير من المواد حول بروتوكول RSTP على الإنترنت. في هذه المقالة، أقترح مقارنة بروتوكول RSTP مع البروتوكول الخاص من - التكرار الدائري الممتد.
تفاصيل تنفيذ RSTP
نظرة عامة
زمن التقارب – 1-10 ثانية
الطبولوجيا الممكنة - أي
من المعتقد على نطاق واسع أن RSTP يسمح فقط بتوصيل المحولات في حلقة:
لكن RSTP يسمح لك بتوصيل المحولات بأي طريقة تريدها. على سبيل المثال، يمكن لـ RSTP التعامل مع هذه الهيكلية.
مبدأ العملية
يقوم RSTP بتقليل أي هيكل إلى شجرة. يصبح أحد المفاتيح هو مركز الهيكل - المفتاح الجذري. يحمل المفتاح الجذر معظم البيانات من خلال نفسه.
مبدأ تشغيل RSTP هو كما يلي:
- يتم توفير الطاقة للمفاتيح.
- تم تحديد مفتاح الجذر؛
- تحدد المفاتيح المتبقية أسرع مسار إلى المفتاح الجذر؛
- يتم حظر القنوات المتبقية وتصبح احتياطية.
اختيار التبديل الجذر
التبديل مع حزم BPDU لتبادل RSTP. BPDU عبارة عن حزمة خدمة تحتوي على معلومات RSTP. يأتي BPDU في نوعين:
- تكوين BPDU.
- إخطار تغيير الطوبولوجيا.
يتم استخدام تكوين BPDU لبناء الهيكل. فقط مفتاح الجذر يرسله. يحتوي تكوين BPDU على:
- معرف المرسل (معرف الجسر)؛
- معرف الجسر الجذري؛
- معرف المنفذ الذي تم إرسال هذه الحزمة منه (معرف المنفذ)؛
- تكلفة المسار إلى مفتاح الجذر (تكلفة مسار الجذر).
يمكن لأي محول إرسال إشعار تغيير الهيكل. يتم إرسالها عندما تتغير الهيكل.
بعد التشغيل، تعتبر كافة المفاتيح نفسها بمثابة مفاتيح جذرية. يبدأون في إرسال حزم BPDU. بمجرد أن يستقبل المحول BPDU بمعرف Bridge أقل من معرف Bridge الخاص به، فإنه لم يعد يعتبر نفسه المحول الجذر.
يتكون معرف الجسر من قيمتين - عنوان MAC وأولوية الجسر. لا يمكننا تغيير عنوان MAC. أولوية الجسر بشكل افتراضي هي 32768. إذا لم تقم بتغيير أولوية الجسر، فسيصبح المحول ذو عنوان MAC الأدنى هو المحول الجذر. يعد المحول ذو عنوان MAC الأدنى هو الأقدم وقد لا يكون الأكثر أداءً. من المستحسن أن تقوم بتحديد المفتاح الجذري للطوبولوجيا الخاصة بك يدويًا. للقيام بذلك، تحتاج إلى تكوين أولوية جسر صغيرة (على سبيل المثال، 0) على المفتاح الجذر. يمكنك أيضًا تحديد مفتاح جذر احتياطي عن طريق إعطائه أولوية جسر أعلى قليلاً (على سبيل المثال، 4096).
تحديد المسار إلى مفتاح الجذر
يرسل المحول الجذر حزم BPDU إلى كافة المنافذ النشطة. تحتوي BPDU على حقل تكلفة المسار. تشير تكلفة المسار إلى تكلفة المسار. كلما ارتفعت تكلفة المسار، كلما استغرق إرسال الحزمة وقتًا أطول. عندما تمر وحدة BPDU عبر منفذ، تتم إضافة تكلفة إلى حقل تكلفة المسار. الرقم المضاف يسمى تكلفة المنفذ.
يضيف قيمة معينة إلى تكلفة المسار عندما تمر وحدة BPDU عبر منفذ. تسمى القيمة المضافة تكلفة المنفذ ويمكن تحديدها يدويًا أو تلقائيًا. يمكن تحديد تكلفة المنفذ يدويًا أو تلقائيًا.
عندما يكون للمحول غير الجذري عدة مسارات بديلة للجذر، فإنه يختار المسار الأسرع. فهو يقارن تكلفة المسار لهذه المسارات. يصبح المنفذ الذي جاءت منه وحدة BPDU بأقل تكلفة للمسار هو المنفذ الجذر.
يمكن الاطلاع على تكاليف المنافذ التي تم تعيينها تلقائيًا في الجدول:
معدل بورت باود
تكلفة الميناء
10 ميجابايت/ثانية
2 000 000
100 ميجابايت/ثانية
200 000
1 غيغابايت / ثانية
20 000
10 غيغابايت / ثانية
2 000
أدوار المنفذ وحالاته
تحتوي منافذ التبديل على العديد من الحالات وأدوار المنافذ.
حالات المنفذ (لـ STP):
- معطل - غير نشط.
- الحظر - يستمع إلى BPDU، لكنه لا يرسل. لا ينقل البيانات.
- الاستماع - يستمع وينقل BPDU. لا ينقل البيانات.
- التعلم - يستمع وينقل BPDU. يستعد لنقل البيانات - يملأ جدول عناوين MAC.
- إعادة التوجيه - إعادة توجيه البيانات والاستماع ونقل BPDU.
وقت التقارب STP هو 30-50 ثانية. بعد تشغيل المفتاح، تمر جميع المنافذ بجميع الحالات. ويظل المنفذ في كل حالة لعدة ثوانٍ. مبدأ التشغيل هذا هو السبب وراء حصول STP على وقت تقارب طويل. يحتوي RSTP على حالات منفذ أقل.
حالات المنفذ (لـ RSTP):
- تجاهل - غير نشط.
- التجاهل – يستمع إلى BPDU، لكنه لا يقوم بالإرسال. لا ينقل البيانات.
- التجاهل - يستمع وينقل BPDU. لا ينقل البيانات.
- التعلم - يستمع وينقل BPDU. يستعد لنقل البيانات - يملأ جدول عناوين MAC.
- إعادة التوجيه - إعادة توجيه البيانات والاستماع ونقل BPDU.
- في RSTP، يتم دمج حالات التعطيل والحظر والاستماع في حالة واحدة - التجاهل.
أدوار المنفذ:
- المنفذ الجذري – المنفذ الذي يتم من خلاله نقل البيانات. إنه بمثابة أسرع مسار لمفتاح الجذر.
- المنفذ المعين – المنفذ الذي يتم من خلاله نقل البيانات. محدد لكل قطاع LAN.
- المنفذ البديل – المنفذ الذي لا يتم من خلاله نقل البيانات. إنه مسار بديل لمفتاح الجذر.
- منفذ النسخ الاحتياطي – المنفذ الذي لا يتم من خلاله نقل البيانات. وهو عبارة عن مسار نسخ احتياطي لمقطع متصل بالفعل بمنفذ واحد يدعم RSTP. يتم استخدام منفذ النسخ الاحتياطي في حالة توصيل قناتي تبديل بمقطع واحد (محور القراءة).
- منفذ معطل - تم تعطيل RSTP على هذا المنفذ.
تم توضيح اختيار منفذ الجذر أعلاه. كيف يتم اختيار المنفذ المعين؟
أولاً، دعونا نحدد ما هو مقطع LAN. قطاع LAN هو مجال تصادم. بالنسبة للمحول أو جهاز التوجيه، يشكل كل منفذ مجال تصادم منفصل. قطاع LAN عبارة عن قناة بين المحولات أو أجهزة التوجيه. إذا تحدثنا عن المحور، فإن المحور لديه جميع منافذه في نفس مجال التصادم.
يتم تعيين منفذ معين واحد فقط لكل مقطع.
في حالة المقاطع التي توجد بها بالفعل منافذ الجذر، كل شيء واضح. يصبح المنفذ الثاني في المقطع هو المنفذ المعين.
ولكن تظل هناك قنوات احتياطية، حيث سيكون هناك منفذ واحد محدد ومنفذ بديل واحد. كيف سيتم اختيارهم؟ سيكون المنفذ المعين هو المنفذ ذو تكلفة المسار الأقل إلى المحول الجذر. إذا كانت تكاليف المسار متساوية، فسيكون المنفذ المعين هو المنفذ الموجود على المحول ذي معرف الجسر الأدنى. إذا كان ومعرف الجسر متساويين، يصبح المنفذ المعين هو المنفذ ذو الرقم الأقل. المنفذ الثاني سيكون البديل.
هناك نقطة أخيرة: متى يتم تعيين دور النسخ الاحتياطي للمنفذ؟ كما هو مكتوب أعلاه، يتم استخدام منفذ النسخ الاحتياطي فقط عندما تكون قناتي التبديل متصلتين بنفس المقطع، أي بالمركز. في هذه الحالة، يتم تحديد المنفذ المعين باستخدام نفس المعايير تمامًا:
- أقل تكلفة مسار إلى مفتاح الجذر.
- معرف الجسر الأصغر.
- معرف المنفذ الأصغر
الحد الأقصى لعدد الأجهزة على الشبكة
لا يتضمن معيار IEEE 802.1D متطلبات صارمة لعدد الأجهزة الموجودة على شبكة LAN مع RSTP. لكن المعيار يوصي باستخدام ما لا يزيد عن 7 مفاتيح في فرع واحد (لا يزيد عن 7 قفزات)، أي. لا يزيد عن 15 في الحلبة. عند تجاوز هذه القيمة، يبدأ وقت تقارب الشبكة في الزيادة.
تفاصيل تنفيذ خطأ.
نظرة عامة
زمن التقارب
وقت تقارب ERR هو 15 مللي ثانية. مع الحد الأقصى لعدد المفاتيح في الحلقة ووجود اقتران الحلقة – 18 مللي ثانية.
الطبولوجيا الممكنة
لا يسمح ERR بدمج الأجهزة بحرية كـ RSTP. يحتوي ERR على طبولوجيا واضحة يمكن استخدامها:
- الحلقة
- حلقة مكررة
- إقران ما يصل إلى ثلاث حلقات
الحلقة
عندما يجمع ERR كافة المفاتيح في حلقة واحدة، فمن الضروري على كل محول تكوين المنافذ التي ستشارك في بناء الحلقة.
حلقة مزدوجة
يمكن دمج المفاتيح في حلقة مزدوجة، مما يزيد بشكل كبير من موثوقية الحلقة.
قيود الحلقة المزدوجة:
- لا يمكن استخدام الحلقة المزدوجة لربط المفاتيح مع الحلقات الأخرى. للقيام بذلك، تحتاج إلى استخدام Ring Coupling.
- لا يمكن استخدام الحلقة المزدوجة لحلقة التزاوج.
حلقات الاقتران
عند الاقتران، لا يمكن أن يكون هناك أكثر من 200 جهاز على الشبكة.
يتضمن إقران الحلقات دمج الحلقات المتبقية في حلقة أخرى.
إذا كانت الحلقة متصلة بحلقة الواجهة من خلال مفتاح واحد، فسيتم استدعاء ذلك حلقات الاقتران من خلال مفتاح واحد. إذا تم توصيل مفتاحين من الحلقة المحلية بحلقة الواجهة، فسيكون هذا الاقتران عبر مفتاحين.
عند الاقتران من خلال مفتاح واحد على الجهاز، يتم استخدام كلا المنفذين. سيكون وقت التقارب في هذه الحالة حوالي 15-17 مللي ثانية. مع مثل هذا الاقتران، سيكون مفتاح الاقتران نقطة فشل، لأنه بعد فقدان هذا المفتاح، يتم فقدان الحلقة بأكملها مرة واحدة. الاقتران من خلال مفتاحين يتجنب هذا.
من الممكن مطابقة الحلقات المكررة.
التحكم في المسار
تتيح لك وظيفة التحكم في المسار تكوين المنافذ التي سيتم من خلالها نقل البيانات في التشغيل العادي. إذا فشلت القناة وتمت إعادة بناء الشبكة إلى الهيكل الاحتياطي، فبعد استعادة القناة، ستتم إعادة بناء الشبكة مرة أخرى إلى الهيكل المحدد.
تسمح لك هذه الميزة بالحفظ على كابل النسخ الاحتياطي. علاوة على ذلك، فإن الهيكل المستخدم لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها سيكون معروفًا دائمًا.
تتحول البنية الرئيسية إلى البنية الاحتياطية خلال 15 مللي ثانية. سوف يستغرق التبديل مرة أخرى عند استعادة الشبكة حوالي 30 مللي ثانية.
القيود:
- لا يمكن استخدامه مع الحلقة المزدوجة.
- يجب تمكين الميزة على كافة المحولات في الشبكة.
- تم تكوين أحد المفاتيح كمفتاح رئيسي للتحكم في المسار.
- يحدث الانتقال التلقائي إلى الهيكل الرئيسي بعد الاسترداد بعد ثانية واحدة افتراضيًا (يمكن تغيير هذه المعلمة باستخدام SNMP في النطاق من 1 ثانية إلى 0 ثانية).
مبدأ العملية
مبدأ تشغيل ERR
على سبيل المثال، فكر في ستة مفاتيح - 1-6. يتم دمج المفاتيح في حلقة. يستخدم كل محول منفذين للاتصال بالحلقة وتخزين حالاتها. يقوم بتبديل حالات المنفذ الأمامية لبعضها البعض. تستخدم الأجهزة هذه البيانات لتعيين الحالة الأولية للمنافذ.
المنافذ لها دوران فقط - مسدود и إعادة توجيه.
يقوم المحول الذي يحتوي على أعلى عنوان MAC بحظر المنفذ الخاص به. تقوم جميع المنافذ الأخرى في الحلقة بإرسال البيانات.
إذا توقف أحد المنافذ المحظورة عن العمل، فسيصبح المنفذ التالي ذو أعلى عنوان MAC محظورًا.
بمجرد التمهيد، تبدأ المحولات في إرسال وحدات بيانات بروتوكول الحلقة (R-PDUs). يتم إرسال R-PDU باستخدام البث المتعدد. R-PDU هي رسالة خدمة، تمامًا مثل BPDU في RSTP. يحتوي R-PDU على حالات منفذ التبديل وعنوان MAC الخاص به.
خوارزمية الإجراءات في حالة فشل القناة
عند فشل الارتباط، ترسل المحولات وحدات R-PDU لإعلامك بتغير حالة المنافذ.
خوارزمية الإجراءات عند استعادة القناة
عندما يأتي ارتباط فاشل عبر الإنترنت، ترسل المحولات وحدات R-PDU لإعلام المنافذ بالتغيير في الحالة.
يصبح المحول ذو أعلى عنوان MAC هو المحول الجذري الجديد.
تصبح القناة الفاشلة قناة احتياطية.
بعد الاستعادة، يظل أحد منافذ القناة مسدودًا، ويتم نقل الثاني إلى حالة إعادة التوجيه. يصبح المنفذ المحظور هو المنفذ ذو السرعة الأعلى. إذا كانت السرعات متساوية، فسيتم حظر منفذ التبديل الذي يحتوي على أعلى عنوان MAC. يتيح لك هذا المبدأ حظر منفذ سينتقل من الحالة المحظورة إلى حالة إعادة التوجيه بأقصى سرعة.
الحد الأقصى لعدد الأجهزة على الشبكة
الحد الأقصى لعدد المفاتيح في حلقة ERR هو 200.
التفاعل بين ERR وRSTP
يمكن استخدام RSTP مع ERR. لكن حلقة RSTP وحلقة ERR يجب أن تتقاطعا فقط من خلال مفتاح واحد.
ملخص
يعد ERR أمرًا رائعًا لتنظيم الطبولوجيا النموذجية. على سبيل المثال، حلقة أو حلقة مكررة.
غالبًا ما تستخدم هذه الطبولوجيا للتكرار في المنشآت الصناعية.
علاوة على ذلك، وبمساعدة ERR، يمكن تنفيذ الهيكل الثاني بشكل أقل موثوقية، ولكن أكثر فعالية من حيث التكلفة. يمكن القيام بذلك باستخدام حلقة مكررة.
ولكن ليس من الممكن دائمًا استخدام ERR. هناك مخططات غريبة تماما. لقد اختبرنا الهيكل التالي مع أحد عملائنا.
في هذه الحالة، لا يمكن تطبيق ERR. لهذا المخطط استخدمنا RSTP. كان لدى العميل متطلبات صارمة لوقت التقارب - أقل من 3 ثوانٍ. لتحقيق هذا الوقت، كان من الضروري تحديد مفاتيح الجذر (الأساسية والاحتياطية) بوضوح، بالإضافة إلى تكلفة المنافذ في الوضع اليدوي.
ونتيجة لذلك، يتحسن ERR بشكل ملحوظ من حيث وقت التقارب، لكنه لا يوفر المرونة التي توفرها RSTP.
المصدر: www.habr.com