Võrgus on palju materjale RSTP protokolli kohta. Käesolevas artiklis soovitan võrrelda RSTP protokolli patenteeritud protokolliga – Extended Ring Redundancy.
RSTP rakendamise üksikasjad
Ülevaade
Koonduv aeg – 1-10 c
Võimalikud topoloogiad – ükskõik milline
Levinud on arvamus, et RSTP võimaldab lülitite ühendamist ainult ringina:
Kuid RSTP võimaldab lüliteid ühendada vabalt. Näiteks sellise topoloogia korral suudab RSTP toime tulla.
Toimimispõhimõte
RSTP muudab iga topoloogia puuks. Üks lülititest muutub topoloogia keskuseks – juurlülitiks. Juurlüliti laseb läbi kõige rohkem andmeid.
RSTP toimimispõhimõte on järgmine:
- lülititele antakse toide;
- valitakse juurlüliti;
- teised lülitid määravad kõige kiirema tee juurlülitini;
- jäljmiseks jäävad kanalid blokeerituks ja muutuvad reserviks.
Juurlüliti valimine
RSTP lülitid vahetavad BPDU pakette. BPDU on teenusepakett, mis sisaldab RSTP teavet. BPDU on kahte tüüpi:
- Configuration BPDU.
- Topology Change Notification.
Configuration BPDU-d kasutatakse topoloogia ehitamiseks. Seda saadab ainult juurlüliti. Configuration BPDU sisaldab:
- saatja identifikaator (Bridge ID);
- juurlüliti identifikaator (Root Bridge ID);
- sadula identifikaator, mille kaudu see pakk saadeti (Port ID);
- marsruudi maksumus juurlülitini (Root Path Cost).
Topology Change Notification'i võib saata ükskõik milline lüliti. Need saadetakse topoloogia muutumisel.
Pärast sisse lülitamist peavad kõik lülitid end juurlülititeks. Nad alustavad BPDU pakettide edastamist. Kui lüliti saab BPDU, mille Bridge ID on väiksem kui tema enda, lõpetab ta end juurlülitina lugemise.
Bridge ID koosneb kahest väärtusest – MAC-aadressist ja Bridge Priority'st. MAC-aadressi me muuta ei saa. Bridge Priority vaikimisi on 32768. Kui Bridge Priority't ei muuda, saab juurika lüliti, millel on väikseim MAC-aadress. Lüliti, millel on väikseim MAC-aadress, on kõige vanem ja võib-olla mitte kõige tootlikum. Soovitatav on käsitsi määrata juurika lüliti topoloogias. Selleks peab juurika lülitil olema seadistatud madal Bridge Priority (näiteks 0). Samuti saab määrata varulüütise juurika lüliti, andes sellele pisut suurema Bridge Priority (näiteks 4096).
Teekonna valimine juurika lülitini
Juurika lüliti edastab kõikidesse aktiivsetesse portidesse BPDU pakette. BPDU-l on Path Cost väli. Path Cost tähistab teekonna maksumust. Mida kõrgem on teekonna maksumus, seda kauem kulub paketi edastamiseks. Kui BPDU läbib porti, lisatakse Path Cost väli maksumus. Lisatud arvu nimetatakse Port Cost'iks.
Path Cost'ile lisatakse kindel väärtus, kui BPDU läbib mõnda porti. See väärtus, mida lisatakse, nimetatakse portide maksumuseks (Port Cost) ja selle võib määrata nii käsitsi kui automaatselt. Port Cost'i saab määrata nii käsitsi kui automaatselt.
Kui mitte-juurika lülitil on mitu alternatiivset teed juurika lülitini, valib ta kiireima. Ta võrdleb nende teede Path Cost'e. See port, mille kaudu saabus BPDU, millel on kõige madalam Path Cost, muutub juureka (Root Port).
Automaatsete portide maksumused saadakse tabelist:
Pordi edastuskiirus
Pordi maksumus
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb/s
20 000
10 Gb/s
2 000
Portide rollid ja staatuse
Lüliti portidel on mitu staatust ja rolli.
Portide staatused (STP jaoks):
- Disabled – mitteaktiivne.
- Blocking – kuulab BPDU, kuid ei edasta. Andmeid ei edasta.
- Listening – kuulab ja edastab BPDU. Andmeid ei edasta.
- Learning – kuulab ja edastab BPDU. Valmistub andmete edastamiseks – täidab MAC-aadresside tabelit.
- Forwarding – edastab andmeid, kuulab ja edastab BPDU.
STP konvergentsiaeg – 30-50 sekundit. Pärast lüliti sisselülitamist läbivad kõik portid kõik staatused. Igas staatuses viibib port paar sekundit. Selle tegevusprintsi tõttu on STP-l nii pikk konvergentsiaeg. RSTP-l on vähem portide staatuseid.
Portide staatused (RSTP jaoks):
- Discarding – mitteaktiivne.
- Discarding – kuulab BPDU-d, kuid ei edasta. Andmeid ei edastata.
- Discarding – kuulab ja edastab BPDU-d. Andmeid ei edastata.
- Learning – kuulab ja edastab BPDU. Valmistub andmete edastamiseks – täidab MAC-aadresside tabelit.
- Forwarding – edastab andmeid, kuulab ja edastab BPDU.
- RSTP-s on staatused Disabled, Blocking ja Listening ühendatud üheks – Discarding.
Portide rollid:
- Root port – port, mille kaudu andmeid edastatakse. See on kõige kiireim tee juurkommutaatorini.
- Designated port – port, mille kaudu andmeid edastatakse. Määratud iga LAN-segmendi jaoks.
- Alternate port – port, mille kaudu andmeid ei edastata. See on alternatiivne tee juurkommutaatorini.
- Backup port – port, mille kaudu andmeid ei edastata. See on reserveeritud tee segmendile, kus on juba üks RSTP-toega port. Backup porti kasutatakse, kui kaks kommutaatori kanalit on ühendatud sama segmendiga (loe: hubiga).
- Disabled port – RSTP on sellel porti välja lülitatud.
Root Porti valik on eespool kirjeldatud. Kuidas valitakse Designated port?
Esiteks määratleme, mis on LAN-segment. LAN-segment on kokkupõrked domeen. Iga kommutaatori või marsruuteri port moodustab eraldi kokkupõrke domeeni. LAN-segment on kanal kommutaatorite või marsruuteri vahel. Hubi kohta rääkides on kõik hubi portid ühes kokkupõrke domeenis.
Ühele segmendile määratakse ainult üks Designated Port.
Segmente, kus on juba Root Port'id, on lihtne mõista. Teine port segmendis saab Designated Port-iks.
Kuid jäävad reserveerimiskanaleid, kus on üks Designated Port ja üks Alternate Port. Kuidas need valitakse? Designated Port saab port, millel on väikseim Path Cost juurkommutaatorini. Kui Path Cost on võrdsed, siis on Designated Port see port, mis asub kommutaatoril, millel on väikseim Bridge ID. Kui ka Bridge ID on võrdsed, siis saab Designated Port port, millel on kõige väiksem number. Teine port on Alternate.
Jäänud on viimane punkt: millal määratakse porti roll Backup? Nagu eespool öeldi, kasutatakse Backup port'i ainult juhul, kui kaks kommutaatori kanalit on ühendatud sama segmendi, st hubiga. Sellisel juhul valitakse Designated Port täpselt sama kriteeriumi järgi:
- Väikseim Path Cost juurkommutaatorini.
- Väikseim Bridge ID.
- Väikseim Port ID.
Maksimaalne seadmete arv võrgus.
IEEE 802.1D standard does not impose strict requirements on the number of devices in a LAN with RSTP. However, the standard recommends using no more than 7 switches in one branch (no more than 7 hops), i.e., no more than 15 in a ring. Exceeding this value starts to increase the convergence time of the network.
Implementation details of ERR.
Ülevaade
Koonduv aeg
The convergence time of ERR is 15 ms. With the maximum number of switches in the ring and the presence of ring coupling, it is 18 ms.
Võimalikud topoloogiad
ERR does not allow free combination of devices like RSTP. ERR has specific topologies that can be used:
- Ring
- Duplicated Ring
- Coupling up to three rings
Ring
When all switches are combined into one ring in ERR, it is necessary to configure the ports on each switch that will participate in building the ring.
Double Ring
Switches can be combined into a double ring, which significantly increases the reliability of the ring.
Double ring limitations:
- A double ring cannot be used to couple switches with other rings. For this, it is necessary to use Ring Coupling.
- A double ring cannot be used for coupling rings.
Ring Coupling
When coupling, there can be no more than 200 devices in the network.
Ring coupling implies combining other rings into another ring.
If a ring is connected to the coupling ring through one switch, it is called ring coupling through one switch. If two switches from the local ring connect to the coupling ring, it will be coupling through two switches.
In coupling through one switch, both ports on the device are used. The convergence time in this case will be approximately 15-17 ms. With this type of coupling, the coupling switch will be a single point of failure, as losing this switch means losing the entire ring. Coupling through two switches allows to avoid this issue.
It is possible to couple duplicated rings.
Path Control
The Path Control function allows you to configure the ports through which data will be transmitted in normal operating mode. If the channel fails and the network restructures to a backup topology, then after the channel is restored, the network will revert back to the specified topology.
See funktsioon aitab säästa varurežiimi kaablil. Lisaks on alati teada, millist topoloogiat kasutatakse tõrkeotsinguks.
Peamine topoloogia vahetatakse varurežiimi 15 ms jooksul. Tagasivahetamine võrgu taastumisel võtab aega umbes 30 ms.
Piirangud:
- Ei saa kasutada koos Dual Ringiga.
- Funktsioon peab olema aktiveeritud kõigis võrgus olevates lülitites.
- Üks lülititest seadistatakse põhikanali juhtimiseks.
- Automaatne üleminek peamisele topoloogiale pärast taastumist toimub vaikimisi 1 sekundi jooksul (seda parameetrit saab muuta SNMP abil vahemikus 0–99 sekundit).
Toimimispõhimõte
ERR tööpõhimõte
Võtame näiteks kuus lülitit – 1-6. Lülitid on ühendatud ringina. Iga lüliti kasutab kaht porti ringiga ühendamiseks ja salvestab nende olekud. Lülitid edastavad üksteisele portide olekuteavet. Need andmed võimaldavad seadmetel määrata portide algseisundi.
Portide ainus kaks rolli – Blokeeritud ja Edelis.
Lüliti, millel on suurim MAC-aadress, blokeerib oma porti. Kõik ülejäänud portid ringis edastavad andmeid.
Kui Blokeeritud port lõpetab töö, siis järgmine port, millel on suurim MAC-aadress, muutub Blokeerituks.
Pärast käivitamist hakkavad lülitid saatma Ring Protocol Data Unit (R-PDU). R-PDU edastatakse multicasti kaudu. R-PDU on teenusteade, just nagu BPDU RSTP-s. R-PDU sisaldab lüliti portide olekuid ja selle MAC-aadressi.
Käitumisalgoritm kanalite tõrke korral
Kui kanal tõrkeb, saadavad lülitid R-PDU, et teavitada portide oleku muutumisest.
Käitumisalgoritm kanalite taastamise korral
Kui tõrkunud kanal pannakse tööle, saadavad lülitid R-PDU, et teavitada portide oleku muutumisest.
Lüliti, millel on suurim MAC-aadress, saab uuesti juurelüütiks.
Tõrkunud kanal muutub varurežiimiks.
Pärast taastumist jääb üks kanali portidest blokeerituks, samal ajal kui teine muudetakse edeliseks. Blokeerituks muutub port, millel on kõrgeim kiirus. Kui kiirus on sama, muutub blokeerituks lüliti port, millel on suurim MAC-aadress. See põhimõte võimaldab blokeerida porti, mis läheb olekust blokeeritud olekusse edelis maksimaalse kiirusena.
Maksimaalne seadmete arv võrgus.
ERR ringis võib olla maksimaalselt 200 lülitit.
ERR ja RSTP koostöö
RSTP-d saab kasutada koos ERR-iga. Kuid RSTP-sõlm ja ERR-sõlm peaksid olema ühendatud ainult ühe lüliti kaudu.
Elulookirjeldus
ERR sobib suurepäraselt tüüpiliste topoloogiate loomiseks. Näiteks rõngas või dubleeritud rõngas.
Selliseid topoloogiaid kasutatakse sageli tööstuslikes objektides varuplaneerimiseks.
Lisaks saab ERR-i abil teise topoloogia ellu viia vähem usaldusväärselt, kuid odavamalt. Selleks saab kasutada dubleeritud rõngast.
Kuid ERR-i ei saa alati rakendada. On piisavalt eksootilisi skeeme. Ühe meie kliendiga testisime järgmist topoloogiat.
Antud juhul ei olnud ERR-i rakendamine võimalik. Selle skeemi jaoks kasutasime RSTP-d. Kliendi jaoks oli rangelt nõutud konvergentsiaeg – alla 3 sekundi. Selle ajavahemiku saavutamiseks tuli täpselt määratleda juur-lülitid (peamine ja reserv) ning käsitsi portide maksumused.
Kokkuvõttes saavutab ERR konvergentsiaja osas märgatava eelise, kuid ei paku sellist paindlikkust, mida RSTP pakub.
Allikas: habr.com
