Na internetu najdete spoustu materiálů o protokolu RSTP. V tomto článku navrhuji porovnat protokol RSTP s proprietárním protokolem z – Rozšířená redundance prstenů.
Podrobnosti o implementaci RSTP
Přehled
Doba konvergence – 1-10 s
Možné topologie – jakýkoli
Obecně se věří, že RSTP umožňuje pouze připojení přepínačů do kruhu:
Ale RSTP vám umožňuje připojit přepínače libovolným způsobem. Tuto topologii zvládne například RSTP.
Princip
RSTP redukuje jakoukoli topologii na strom. Jeden z přepínačů se stává středem topologie - kořenový přepínač. Kořenový přepínač sám přenáší nejvíce dat.
Princip fungování RSTP je následující:
- napájení je dodáváno do spínačů;
- je vybrán kořenový přepínač;
- zbývající přepínače určují nejrychlejší cestu ke kořenovému přepínači;
- zbývající kanály jsou zablokovány a stanou se záložními.
Výběr kořenového přepínače
Přepínače s RSTP si vyměňují BPDU pakety. BPDU je servisní paket, který obsahuje informace RSTP. BPDU se dodává ve dvou typech:
- Konfigurace BPDU.
- Upozornění na změnu topologie.
Konfigurace BPDU se používá k sestavení topologie. Odesílá to pouze kořenový přepínač. Konfigurace BPDU obsahuje:
- ID odesílatele (Bridge ID);
- ID kořenového mostu;
- identifikátor portu, ze kterého byl tento paket odeslán (Port ID);
- náklady na cestu ke kořenovému přepínači (Root Path Cost).
Jakýkoli přepínač může odeslat oznámení o změně topologie. Jsou odesílány při změně topologie.
Po zapnutí se všechny přepínače považují za kořenové přepínače. Začnou vysílat pakety BPDU. Jakmile přepínač obdrží BPDU s nižším Bridge ID, než je jeho vlastní, již se nepovažuje za kořenový přepínač.
Bridge ID se skládá ze dvou hodnot - MAC adresa a Bridge Priority. Nemůžeme změnit MAC adresu. Priorita mostu je ve výchozím nastavení 32768. Pokud nezměníte prioritu mostu, přepínač s nejnižší adresou MAC se stane kořenovým přepínačem. Přepínač s nejmenší MAC adresou je nejstarší a nemusí být nejvýkonnější. Doporučuje se ručně definovat kořenový přepínač vaší topologie. Chcete-li to provést, musíte nakonfigurovat malou prioritu mostu (například 0) na kořenovém přepínači. Můžete také definovat záložní kořenový přepínač tak, že mu přidělíte o něco vyšší prioritu mostu (například 4096).
Výběr cesty ke kořenovému přepínači
Kořenový přepínač odesílá pakety BPDU na všechny aktivní porty. BPDU má pole Cena cesty. Cena trasy označuje cenu trasy. Čím vyšší je cena cesty, tím déle trvá přenos paketu. Když BPDU prochází portem, do pole Cena cesty se přidá cena. Přidané číslo se nazývá Cena portu.
Přidává určitou hodnotu k ceně cesty, když BPDU prochází portem. Přidaná hodnota se nazývá cena portu a lze ji určit ručně nebo automaticky. Náklady na port lze určit ručně nebo automaticky.
Když má přepínač bez oprávnění root několik alternativních cest ke kořenovému adresáři, vybere si tu nejrychlejší. Porovnává náklady na cestu těchto cest. Port, ze kterého pochází BPDU s nejnižšími náklady na cestu, se stává kořenovým portem.
Náklady na porty, které jsou přidělovány automaticky, si můžete prohlédnout v tabulce:
Rychlost Port Baud
Náklady na přístav
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb / s
20 000
10 Gb / s
2 000
Portové role a stavy
Porty přepínače mají několik stavů a rolí portů.
Stavy portů (pro STP):
- Zakázáno – neaktivní.
- Blokování – poslouchá BPDU, ale nevysílá. Nepřenáší data.
- Listening – poslouchá a vysílá BPDU. Nepřenáší data.
- Učení – poslouchá a přenáší BPDU. Připraví se na přenos dat - vyplní tabulku MAC adres.
- Forwarding – předává data, naslouchá a přenáší BPDU.
Doba konvergence STP je 30-50 sekund. Po zapnutí switche projdou všechny porty všemi stavy. Port zůstává v každém stavu několik sekund. Tento princip fungování je důvodem, proč má STP tak dlouhou dobu konvergence. RSTP má méně stavů portů.
Stavy portů (pro RSTP):
- Vyřazení – neaktivní.
- Discarding – poslouchá BPDU, ale nevysílá. Nepřenáší data.
- Discarding – poslouchá a vysílá BPDU. Nepřenáší data.
- Učení – poslouchá a přenáší BPDU. Připraví se na přenos dat - vyplní tabulku MAC adres.
- Forwarding – předává data, naslouchá a přenáší BPDU.
- V RSTP jsou stavy Disabled, Blocking a Listening sloučeny do jednoho – Disarding.
Portové role:
- Root port – port, přes který jsou přenášena data. Slouží jako nejrychlejší cesta ke kořenovému přepínači.
- Určený port – port, přes který jsou přenášena data. Definováno pro každý segment LAN.
- Alternativní port – port, přes který nejsou přenášena data. Je to alternativní cesta ke kořenovému přepínači.
- Záložní port – port, přes který nejsou přenášena data. Je to záložní cesta pro segment, kde je již připojen jeden port s povoleným RSTP. Záložní port se používá, pokud jsou k jednomu segmentu (čtecímu rozbočovači) připojeny dva kanály přepínače.
- Disabled port – RSTP je na tomto portu zakázáno.
Výběr kořenového portu je popsán výše. Jak se vybírá určený port?
Nejprve si definujme, co je to segment LAN. Segment LAN je kolizní doménou. U přepínače nebo směrovače tvoří každý port samostatnou kolizní doménu. Segment LAN je kanál mezi přepínači nebo směrovači. Pokud mluvíme o rozbočovači, pak má rozbočovač všechny své porty ve stejné kolizní doméně.
Každému segmentu je přiřazen pouze jeden určený port.
V případě segmentů, kde již Root Porty jsou, je vše jasné. Druhý port v segmentu se stane určeným portem.
Zůstávají však záložní kanály, kde bude jeden určený port a jeden alternativní port. Jak budou vybíráni? Určený port bude port s nejnižšími náklady na cestu ke kořenovému přepínači. Pokud jsou náklady na cestu stejné, pak bude určený port port, který se nachází na přepínači s nejnižším ID mostu. Pokud jsou a Bridge ID stejné, pak se Designated Port stane portem s nejnižším číslem. Druhý port bude Alternate.
Je tu ještě jeden poslední bod: kdy je k portu přiřazena role Backup? Jak již bylo napsáno výše, Backup port se používá pouze v případě, že jsou dva přepínačové kanály připojeny ke stejnému segmentu, tedy k hubu. V tomto případě je určený port vybrán pomocí přesně stejných kritérií:
- Nejnižší náklady na cestu ke kořenovému přepínači.
- Nejmenší ID mostu.
- ID nejmenšího portu.
Maximální počet zařízení v síti
Standard IEEE 802.1D nemá přísné požadavky na počet zařízení v LAN s RSTP. Norma ale doporučuje používat v jedné větvi maximálně 7 přepínačů (ne více než 7 skoků), tzn. ne více než 15 v kruhu. Při překročení této hodnoty se doba konvergence sítě začne prodlužovat.
Podrobnosti implementace ERR.
Přehled
Doba konvergence
ERR doba konvergence – 15 ms. S maximálním počtem přepínačů v kruhu a přítomností párování kruhů – 18 ms.
Možné topologie
ERR neumožňuje zařízení volně kombinovat jako RSTP. ERR má jasné topologie, které lze použít:
- The Ring
- Duplicitní prsten
- Spárujte až tři prsteny
The Ring
Když ERR spojí všechny přepínače do jednoho kruhu, pak je na každém přepínači nutné nakonfigurovat porty, které se budou podílet na budování kruhu.
Dvojitý prsten
Spínače je možné spojit do dvojitého prstence, což výrazně zvyšuje spolehlivost prstenu.
Omezení dvou prstenů:
- Duální kruh nelze použít k propojení přepínačů s jinými kruhy. K tomu je třeba použít kroužkovou spojku.
- Dvojitý kroužek nelze použít pro párovací kroužek.
Párovací kroužky
Při párování nemůže být v síti více než 200 zařízení.
Párování kroužků zahrnuje spojení zbývajících kroužků do jiného kroužku.
Pokud je prsten připojen k prstenci rozhraní přes jeden spínač, pak se nazývá tento párování zazvoní přes jeden spínač. Pokud jsou dva přepínače z místního kruhu připojeny k kruhu rozhraní, bude to tak párování pomocí dvou přepínačů.
Při párování přes jeden přepínač na zařízení se používají oba porty. Doba konvergence v tomto případě bude přibližně 15-17 ms. Při takovém párování bude přepínač párování bodem selhání, protože Ztratíte-li tento spínač, celý prsten je ztracen najednou. Párování přes dva přepínače tomu zabrání.
Je možné spárovat duplicitní prsteny.
Řízení cesty
Funkce Path Control umožňuje konfigurovat porty, přes které budou data v běžném provozu přenášena. Pokud kanál selže a síť je přestavěna na záložní topologii, pak po obnovení kanálu bude síť přestavěna zpět na zadanou topologii.
Tato funkce umožňuje ušetřit na záložním kabelu. Navíc bude vždy známá topologie použitá pro odstraňování problémů.
Hlavní topologie se přepne na záložní topologii za 15 ms. Přepnutí zpět po obnovení sítě bude trvat asi 30 ms.
Omezení:
- Nelze použít ve spojení s Dual Ring.
- Tato funkce musí být povolena na všech přepínačích v síti.
- Jeden z přepínačů je nakonfigurován jako master Path Control.
- Automatický přechod na hlavní topologii po obnově nastává standardně po 1 sekundě (tento parametr lze změnit pomocí SNMP v rozsahu od 0 s do 99 s).
Princip
Princip činnosti ERR
Uvažujme například šest přepínačů – 1-6. Spínače jsou spojeny do prstence. Každý přepínač používá dva porty pro připojení k ringu a ukládá jejich stavy. Vzájemně přepíná dopředné stavy portů. Zařízení používají tato data k nastavení počátečního stavu portů.
Porty mají pouze dvě role - ucpaný и Přesměrování.
Přepínač s nejvyšší MAC adresou blokuje svůj port. Všechny ostatní porty v kruhu přenášejí data.
Pokud blokovaný port přestane fungovat, další port s nejvyšší MAC adresou se stane blokovaným.
Po spuštění začnou přepínače odesílat datové jednotky R-PDU (Ring Protocol Data Unit). R-PDU se přenáší pomocí multicastu. R-PDU je servisní zpráva, stejně jako BPDU v RSTP. R-PDU obsahuje stavy portu přepínače a jeho MAC adresu.
Algoritmus akcí v případě selhání kanálu
Když spojení selže, přepínače pošlou R-PDU, aby upozornily, že se stav portů změnil.
Algoritmus akcí při obnově kanálu
Když se neúspěšné spojení dostane do režimu online, přepínače pošlou R-PDU, aby upozornily porty na změnu stavu.
Přepínač s nejvyšší MAC adresou se stane novým kořenovým přepínačem.
Porouchaný kanál se stane záložním.
Po obnovení zůstane jeden z kanálových portů blokován a druhý je převeden do stavu předávání. Blokovaný port se stane portem s nejvyšší rychlostí. Pokud jsou rychlosti stejné, zablokuje se port přepínače s nejvyšší MAC adresou. Tento princip umožňuje zablokovat port, který přejde z blokovaného stavu do stavu přesměrování maximální rychlostí.
Maximální počet zařízení v síti
Maximální počet přepínačů v kruhu ERR je 200.
Interakce mezi ERR a RSTP
RSTP lze použít v kombinaci s ERR. Ale kruh RSTP a kruh ERR se musí protínat pouze jedním přepínačem.
Shrnutí
ERR je skvělé pro organizaci typických topologií. Například prsten nebo duplikovaný prsten.
Takové topologie se často používají pro redundanci v průmyslových zařízeních.
Navíc s pomocí ERR může být druhá topologie implementována méně spolehlivě, ale nákladově efektivněji. To lze provést pomocí duplicitního prstenu.
Ale ne vždy je možné použít ERR. Existují docela exotická schémata. S jedním z našich zákazníků jsme testovali následující topologii.
V tomto případě nelze ERR uplatnit. Pro toto schéma jsme použili RSTP. Zákazník měl přísný požadavek na dobu konvergence – méně než 3 s. K dosažení této doby bylo nutné jasně definovat kořenové přepínače (primární a záložní) a také cenu portů v manuálním režimu.
Výsledkem je, že ERR má znatelnou výhodu, pokud jde o dobu konvergence, ale neposkytuje flexibilitu, kterou poskytuje RSTP.
Zdroj: www.habr.com