Подробности за внедряването на RSTP и собствени протоколи за разширено позвъняване

В Интернет можете да намерите много материали за RSTP протокола. В тази статия предлагам да сравним RSTP протокола със собствения протокол от Phoenix Contact – Разширено резервиране на пръстена.

Подробности за внедряването на RSTP

Преглед

Време на конвергенция – 1-10 с
Възможни топологии – всякакви

Широко разпространено е мнението, че RSTP позволява само комутатори да бъдат свързани в пръстен:

Но RSTP ви позволява да свързвате комутатори по какъвто искате начин. Например, RSTP може да се справи с тази топология.

принцип на работа

RSTP свежда всяка топология до дърво. Един от превключвателите става център на топологията - основният превключвател. Основният превключвател пренася най-много данни през себе си.

Принципът на работа на RSTP е следният:

1. захранването се подава към превключвателите;
2. избран е основният ключ;
3. останалите превключватели определят най-бързия път до главния превключвател;
4. останалите канали се блокират и стават резервни.

Избор на основния превключвател

Комутатори с RSTP обменят BPDU пакети. BPDU е сервизен пакет, който съдържа RSTP информация. BPDU се предлага в два типа:

• Конфигурация BPDU.
• Известие за промяна на топологията.

Конфигурационният BPDU се използва за изграждане на топологията. Само root превключвателят го изпраща. Конфигурационният BPDU съдържа:

• ID на изпращача (Bridge ID);
• ID на коренния мост;
• идентификатор на порта, от който е изпратен този пакет (Port ID);
• цена на маршрута до основния комутатор (Root Path Cost).

Всеки комутатор може да изпрати известие за промяна на топологията. Те се изпращат при промяна на топологията.

След включване всички превключватели се считат за root превключватели. Те започват да предават BPDU пакети. Веднага щом комутаторът получи BPDU с по-нисък Bridge ID от неговия собствен, той вече не се счита за основен комутатор.

Bridge ID се състои от две стойности - MAC адрес и Bridge Priority. Не можем да променим MAC адреса. Bridge Priority по подразбиране е 32768. Ако не промените Bridge Priority, превключвателят с най-нисък MAC адрес ще стане основен превключвател. Превключвателят с най-малък MAC адрес е най-старият и може да не е най-производителният. Препоръчва се ръчно да дефинирате основния превключвател на вашата топология. За да направите това, трябва да конфигурирате малък мостов приоритет (например 0) на основния превключвател. Можете също така да дефинирате резервен root превключвател, като му дадете малко по-висок мостов приоритет (например 4096).

Избор на пътя до основния ключ

Основният комутатор изпраща BPDU пакети до всички активни портове. BPDU има поле за цена на пътя. Path Cost обозначава цената на пътя. Колкото по-висока е цената на пътя, толкова повече време отнема пакетът да бъде предаден. Когато BPDU преминава през порт, към полето Path Cost се добавя цена. Добавеният номер се нарича Port Cost.

Добавя определена стойност към цената на пътя, когато BPDU преминава през порт. Добавената стойност се нарича цена на порта и може да се определи ръчно или автоматично. Стойността на пристанището може да се определи ръчно или автоматично.

Когато превключвател без root има няколко алтернативни пътя към root, той избира най-бързия. Той сравнява цената на пътя на тези пътища. Портът, от който идва BPDU с най-ниската цена на пътя, става основният порт.

Разходите за портове, които се задават автоматично, можете да видите в таблицата:

Скорост на предаване на порта
Пристанищна цена

10 Mb/s
2 000 000

100 Mb/s
200 000

1 Gb / s
20 000

10 Gb / s
2 000

Роли и състояния на портове

Портовете на комутатора имат няколко състояния и роли на портове.

Състояния на портове (за STP):

• Забранено – неактивно.
• Блокиране – слуша BPDU, но не предава. Не предава данни.
• Слушане – слуша и предава BPDU. Не предава данни.
• Обучение – слуша и предава BPDU. Подготвя за трансфер на данни - попълва таблицата с MAC адреси.
• Препращане – препраща данни, слуша и предава BPDU.

Времето за конвергенция на STP е 30-50 секунди. След включване на суича всички портове преминават през всички състояния. Портът остава във всяко състояние за няколко секунди. Този принцип на работа е причината STP да има толкова дълго време за конвергенция. RSTP има по-малко състояния на портове.

Състояния на портове (за RSTP):

• Отхвърляне – неактивен.
• Отхвърляне – слуша BPDU, но не предава. Не предава данни.
• Отхвърляне – слуша и предава BPDU. Не предава данни.
• Обучение – слуша и предава BPDU. Подготвя за трансфер на данни - попълва таблицата с MAC адреси.
• Препращане – препраща данни, слуша и предава BPDU.
• В RSTP статусите Disabled, Blocking и Listening са комбинирани в едно – Discarding.

Роли на портове:

• Основен порт – портът, през който се предават данните. Той служи като най-бързият път до основния превключвател.
• Определен порт – портът, през който се предават данните. Дефиниран за всеки LAN сегмент.
• Алтернативен порт – порт, през който не се предават данни. Това е алтернативен път към основния превключвател.
• Резервен порт – порт, през който не се прехвърлят данни. Това е резервен път за сегмент, където вече е свързан един порт с активиран RSTP. Резервният порт се използва, ако два комутационни канала са свързани към един сегмент (хъб за четене).
• Деактивиран порт – RSTP е деактивиран на този порт.

Изборът на основния порт е описан по-горе. Как се избира определен порт?

Първо, нека дефинираме какво е LAN сегмент. LAN сегментът е конфликтен домейн. За комутатор или рутер всеки порт образува отделен домейн на сблъсък. LAN сегментът е канал между комутатори или рутери. Ако говорим за хъба, тогава хъбът има всички свои портове в един и същ домейн на сблъсък.

На сегмент се присвоява само един определен порт.

В случай на сегменти, където вече има Root Ports, всичко е ясно. Вторият порт на сегмента става Определен порт.

Но остават резервни канали, където ще има един определен порт и един алтернативен порт. Как ще бъдат избрани? Определеният порт ще бъде портът с най-ниска цена на пътя до основния комутатор. Ако разходите за пътя са равни, тогава определеният порт ще бъде портът, който се намира на комутатора с най-нисък Bridge ID. Ако и Bridge ID са равни, тогава определеният порт става портът с най-нисък номер. Вторият порт ще бъде алтернативен.

Има една последна точка: кога ролята за архивиране се присвоява на порт? Както вече беше написано по-горе, резервният порт се използва само когато два комутационни канала са свързани към един и същ сегмент, тоест към хъба. В този случай Designated Port се избира по същите критерии:

• Най-ниска цена на пътя до основния комутатор.
• Най-малкият ID на моста.
• Най-малък идентификатор на порт.

Максимален брой устройства в мрежата

Стандартът IEEE 802.1D няма строги изисквания за броя на устройствата в LAN с RSTP. Но стандартът препоръчва използването на не повече от 7 комутатора в един клон (не повече от 7 хопа), т.е. не повече от 15 на ринг. Когато тази стойност бъде надвишена, времето за конвергенция на мрежата започва да се увеличава.

Подробности за внедряването на ERR.

Преглед

Време на конвергенция

Време за конвергенция на ERR – 15 ms. При максимален брой превключвания в пръстена и наличие на сдвояване на пръстени – 18 ms.

Възможни топологии

ERR не позволява устройствата да се комбинират свободно като RSTP. ERR има ясни топологии, които могат да се използват:

• Пръстенът
• Дублиран пръстен
• Сдвоете до три пръстена

Пръстенът

Когато ERR комбинира всички комутатори в един пръстен, тогава на всеки комутатор е необходимо да конфигурирате портовете, които ще участват в изграждането на пръстена.

Двоен пръстен


Превключвателите могат да се комбинират в двоен пръстен, което значително повишава надеждността на пръстена.

Ограничения за двойно позвъняване:

• Двоен пръстен не може да се използва за свързване на превключватели с други пръстени. За да направите това, трябва да използвате Ring Coupling.
• Двоен пръстен не може да се използва за свързващ пръстен.

Сдвояване на пръстени

При сдвояване не може да има повече от 200 устройства в мрежата.

Сдвояването на пръстени включва комбиниране на останалите пръстени в друг пръстен.

Ако пръстенът е свързан към интерфейсния пръстен чрез един ключ, тогава това се извиква сдвояване на пръстени чрез един ключ. Ако два комутатора от локалния пръстен са свързани към интерфейсния пръстен, тогава това ще бъде сдвояване чрез два превключвателя.

При сдвояване през един комутатор на устройството се използват и двата порта. Времето за конвергенция в този случай ще бъде приблизително 15-17 ms. При такова сдвояване превключвателят за сдвояване ще бъде точка на повреда, защото След като загубите този ключ, целият пръстен се губи наведнъж. Сдвояването чрез два превключвателя избягва това.

Възможно е да съпоставите дублирани пръстени.

Контрол на пътя


Функцията Path Control ви позволява да конфигурирате портовете, през които данните ще се предават при нормална работа. Ако каналът се повреди и мрежата се изгради отново към резервната топология, тогава след възстановяването на канала мрежата ще бъде изградена отново към указаната топология.

Тази функция ви позволява да спестите резервен кабел. Освен това топологията, използвана за отстраняване на неизправности, винаги ще бъде известна.

Основната топология превключва към резервната за 15 ms. Превключването обратно, когато мрежата е възстановена, ще отнеме около 30 ms.

Ограничения:

• Не може да се използва заедно с Dual Ring.
• Функцията трябва да е активирана на всички комутатори в мрежата.
• Един от превключвателите е конфигуриран като главен контрол на пътя.
• Автоматичният преход към основната топология след възстановяване се извършва след 1 секунда по подразбиране (този параметър може да бъде променен с помощта на SNMP в диапазона от 0 s до 99 s).

принцип на работа

Принцип на действие на ERR

Например, помислете за шест превключвателя - 1-6. Превключвателите са комбинирани в пръстен. Всеки комутатор използва два порта за свързване към пръстена и съхранява техните статуси. Превключва статусите на портовете един към друг. Устройствата използват тези данни, за да зададат първоначалното състояние на портовете.

Портовете имат само две роли - блокиран и Пренасочване.

Комутаторът с най-висок MAC адрес блокира своя порт. Всички други портове в пръстена предават данни.

Ако блокиран порт спре да работи, тогава следващият порт с най-висок MAC адрес става блокиран.

Веднъж заредени, комутаторите започват да изпращат Ring Protocol Data Units (R-PDU). R-PDU се предава чрез мултикаст. R-PDU е служебно съобщение, точно като BPDU в RSTP. R-PDU съдържа статусите на портовете на комутатора и неговия MAC адрес.

Алгоритъм за действия в случай на повреда на канала
Когато връзката е неуспешна, комутаторите изпращат R-PDU, за да уведомят, че състоянието на портовете се е променило.

Алгоритъм на действията при възстановяване на канал
Когато неуспешна връзка влезе онлайн, комутаторите изпращат R-PDU, за да уведомят портовете за промяна в състоянието.

Превключвателят с най-висок MAC адрес става новият основен превключвател.

Неуспешният канал става резервен.

След възстановяване един от портовете на канала остава блокиран, а вторият се прехвърля в състояние на пренасочване. Блокираният порт става портът с най-висока скорост. Ако скоростите са еднакви, тогава портът на комутатора с най-висок MAC адрес ще бъде блокиран. Този принцип ви позволява да блокирате порт, който ще премине от блокирано състояние към състояние на пренасочване с максимална скорост.

Максимален брой устройства в мрежата

Максималният брой превключватели в ERR пръстен е 200.

Взаимодействие между ERR и RSTP

RSTP може да се използва в комбинация с ERR. Но RSTP пръстенът и ERR пръстенът трябва да се пресичат само чрез един превключвател.

Обобщение

ERR е страхотен за организиране на типични топологии. Например пръстен или дублиран пръстен.

Такива топологии често се използват за резервиране в промишлени съоръжения.

Освен това, с помощта на ERR, втората топология може да бъде реализирана по-малко надеждно, но по-рентабилно. Това може да стане с помощта на дублиран пръстен.

Но не винаги е възможно да се използва ERR. Има доста екзотични схеми. Тествахме следната топология с един от нашите клиенти.

В този случай не е възможно да се приложи ERR. За тази схема използвахме RSTP. Клиентът имаше строго изискване за време за конвергенция - под 3 s. За да се постигне това време, беше необходимо ясно да се дефинират основните комутатори (основни и резервни), както и цената на портовете в ръчен режим.

В резултат на това ERR има забележимо предимство по отношение на времето за конвергенция, но не осигурява гъвкавостта, която осигурява RSTP.

Източник: www.habr.com