Az interneten sok anyagot találhatunk az RSTP protokollról. Ebben a cikkben azt javaslom, hogy hasonlítsuk össze az RSTP protokollt a – Kiterjesztett Gyűrűs Redundancia.
Az RSTP megvalósításának részletei
Áttekintés
Konszolidálási idő – 1-10 másodperc
Lehetséges topológiák – bármilyen
Elterjedt vélekedés, hogy az RSTP csak gyűrűkben tudja összekapcsolni a switch-eket:
De az RSTP lehetővé teszi a switch-ek tetszőleges módon történő összekapcsolását. Például, ezzel a topológiával az RSTP boldogulni fog.
Működési elv
Az RSTP bármilyen topológiát fává alakít. Az egyik switch a topológia középpontjává válik – a gyökérswitch. A gyökérswitch engedi át a legnagyobb mennyiségű adatot.
Az RSTP működési elve a következő:
- táplálás kerül a switch-ekre;
- választódik a gyökérswitch;
- a többi switch meghatározza a leggyorsabb utat a gyökérswitch-hez;
- a fennmaradó csatornák blokkolva lesznek és tartalékban maradnak.
A gyökérswitch kiválasztása
Az RSTP-vel rendelkező switch-ek BPDU csomagokat cserélnek. A BPDU egy szolgáltató csomag, amely tartalmazza az RSTP információt. A BPDU két típusa létezik:
- Configuration BPDU.
- Topology Change Notification.
A Configuration BPDU-t a topológia felépítésére használják. Ezt csak a gyökérswitch küldi. A Configuration BPDU tartalmazza:
- a küldő azonosítóját (Bridge ID);
- a gyökérswitch azonosítóját (Root Bridge ID);
- a csatorna azonosítóját, ahonnan a csomag ki lett küldve (Port ID);
- a gyökérswitch-hez való út költségét (Root Path Cost).
A Topology Change Notification-t bármilyen switch elküldheti. Ezek a topológia változása esetén kerülnek elküldésre.
A bekapcsolás után minden switch magát gyökérswitch-nek tekinti. Elkezdik küldeni a BPDU csomagokat. Amint a switch egy BPDU-t kap, amelynek Bridge ID-ja kisebb, mint a sajátja, abbahagyja a gyökérswitch-nek való számítást.
A Bridge ID két értékből áll – MAC-cím és Bridge Priority. A MAC-címet nem tudjuk megváltoztatni. A Bridge Priority alapértelmezés szerint 32768. Ha nem változtatjuk meg a Bridge Priority-t, a legkisebb MAC-címmel rendelkező switch válik gyökérswitch-é. A legkisebb MAC-címmel rendelkező switch a legöregebb és lehet, hogy nem a legnagyobb teljesítményű. Ajánlott manuálisan meghatározni a topológia gyökérswitch-ét. Ehhez a gyökérswitch-en be kell állítani egy kis Bridge Priority-t (például 0). Tartalék gyökérswitch is meghatározható, ha egy kicsit nagyobb Bridge Priority-t állítunk be (például 4096).
A gyökérkapcsolóhoz vezető út kiválasztása
A gyökérkapcsoló minden aktív portjára terjeszti a BPDU csomagokat. A BPDU-nak van egy Path Cost mezője. A Path Cost a költséget jelzi. Minél magasabb a költség, annál lassabban halad át a csomag. Amikor a BPDU átmegy egy porton, a Path Cost mezőhöz hozzáadódik a költség. A hozzáadott számot Port Cost-nak hívják.
A Path Cost egy meghatározott értéket ad hozzá, amikor a BPDU átmegy egy adott porton. Az az érték, amit hozzáadunk, a port költsége (Port Cost), amely lehet kézi vagy automatikus. A Port Cost lehet kézi vagy automatikus.
Amikor egy nem gyökérkapcsoló több alternatív utat is talál a gyökérkapcsolóhoz, akkor a leggyorsabbat választja. Összehasonlítja ezen utak Path Cost-ját. Az a port, ahonnan a BPDU a legkisebb Path Cost-szal érkezett, válik a gyökérporttá (Root Port).
Az automatikusan hozzárendelt portköltségeket az alábbi táblázatban lehet megtekinteni:
A port adatátviteli sebessége
A port költsége
10 Mbit/s
2 000 000
100 Mbit/s
200 000
1 Gbit/s
20 000
10 Gbit/s
2 000
A portok szerepei és státuszai
A kapcsoló portjainak több státuszuk és szerepük van.
A portok státuszai (STP-hez):
- Disabled – inaktív.
- Blocking – hallgatja a BPDU-t, de nem továbbít. Adatot nem továbbít.
- Listening – hallgatja és továbbítja a BPDU-t. Adatot nem továbbít.
- Learning – hallgatja és továbbítja a BPDU-t. Készen áll az adatok továbbítására — kitölti a MAC-cím táblázatot.
- Forwarding – továbbítja az adatokat, hallgatja és továbbítja a BPDU-t.
Az STP konvergenciaidő 30-50 másodperc. A kapcsoló bekapcsolása után minden port átmegy az összes státuszon. Minden státuszban a port több másodpercig marad. Ebből a működési elvből adódóan az STP konvergenciaideje olyan hosszú. Az RSTP kevesebb portállapotot használ.
A portok státuszai (RSTP-hez):
- Discarding – inaktív.
- Discarding – hallgatja a BPDU-t, de nem továbbít. Adatot nem továbbít.
- Discarding – hallgatja és továbbítja a BPDU-t. Adatot nem továbbít.
- Learning – hallgatja és továbbítja a BPDU-t. Készen áll az adatok továbbítására — kitölti a MAC-cím táblázatot.
- Forwarding – továbbítja az adatokat, hallgatja és továbbítja a BPDU-t.
- Az RSTP-ben a Disabled, Blocking és Listening státuszok egyesülnek egybe – Discarding.
A portok szerepei:
- Root port – a port, amelyen keresztül az adatok továbbításra kerülnek. Ez a leggyorsabb út a gyökérkapcsolóhoz.
- Designated port – a port, amelyen keresztül az adatok továbbításra kerülnek. Minden LAN szegmenshez meghatározott.
- Alternate port – a port, amelyen keresztül az adatok nem kerülnek továbbításra. Ez egy alternatív út a gyökérkapcsolóhoz.
- A Backup port – egy port, amelyen keresztül az adatok nem kerülnek átadásra. Ez egy tartalék útvonal az olyan szegmensek esetében, ahol már csatlakoztatva van egy RSTP-t támogató port. A Backup port akkor használatos, ha két kapcsoló csatlakozik egy szegmenshez (értsd, hubhoz).
- Disabled port – ezen a porton az RSTP ki van kapcsolva.
A Root Port kiválasztása fentebb van leírva. Hogyan választják ki a Designated portot?
Először határozzuk meg, mi is az a LAN szegmens. A LAN szegmens egy ütközési domain. Minden kapcsoló vagy útválasztó esetében minden port egy külön ütközési domént képez. A LAN szegmens a kapcsolók vagy útválasztók közötti csatorna. Ha hubról beszélünk, akkor a hub összes portja ugyanabban az ütközési doménben található.
Egy szegmenshez csak egy Designated Port rendelhető.
Ahol már vannak Root Portok, ott minden világos. A szegmens második portja Designated Porttá válik.
De maradnak tartalék csatornák, ahol egy Designated Port és egy Alternate Port lesz. Hogyan kerülnek kiválasztásra? A Designated Port a legkisebb Path Cost-tal rendelkező port lesz a gyökér kapcsolóhoz. Ha a Path Cost-ok egyenlőek, akkor a Designated Port az lesz, amelyik a legkisebb Bridge ID-jű kapcsolón található. Ha a Bridge ID-k is egyenlőek, akkor a Designated Port a legkisebb azonosítóval rendelkező porttá válik. A második port Alternate lesz.
Maradt egy utolsó kérdés: mikor kap a port Backup szerepet? Ahogy azt fentebb említettük, a Backup port csak abban az esetben használható, ha két kapcsoló csatlakozik egy szegmenshez, tehát egy hubhoz. Ebben az esetben a Designated Port pontosan ugyanazon kritériumok alapján kerül kiválasztásra:
- A legkisebb Path Cost a gyökér kapcsolóhoz.
- A legkisebb Bridge ID.
- A legkisebb Port ID.
A hálózatban lévő eszközök maximális száma
Az IEEE 802.1D szabvány nem támaszt szigorú követelményeket az RSTP-t támogató LAN eszközök számáért. De a szabvány javasolja, hogy egy ágon ne legyen több mint 7 kapcsoló (nem több mint 7 hop), azaz egy körben legfeljebb 15. E szám túllépése esetén növekszik a hálózat konvergenciájának ideje.
Az ERR megvalósításának részletei.
Áttekintés
Konszolidálási idő
Az ERR konvergencia ideje – 15 ms. A körben lévő maximális kapcsolók számával és a körök összekapcsolásával – 18 ms.
Lehetséges topológiák
Az ERR nem teszi lehetővé az eszközök szabad egyesítését, mint az RSTP. Az ERR-nak világos topológiái vannak, amelyeket használni lehet:
- Kör
- Megismételt kör
- Három kör összekapcsolása
Kör
Amikor az ERR-ben az összes switch egy gyűrűbe egyesül, minden switchen be kell állítani azokat a portokat, amelyek részt vesznek a gyűrű felépítésében.
Kettős gyűrű
A switchek kettős gyűrűbe is összekapcsolhatók, ami jelentősen növeli a gyűrű megbízhatóságát.
A kettős gyűrű korlátai:
- A kettős gyűrű nem használható switchek más gyűrűkkel való összekapcsolására. Ehhez Ring Coupling használata szükséges.
- A kettős gyűrű nem használható gyűrűösszekapcsolásra.
Gyűrűk összekapcsolása
Az összekapcsolás során a hálózatban legfeljebb 200 eszköz lehet.
A gyűrűk összekapcsolása magában foglalja a többi gyűrű egy új gyűrűbe való egyesítését.
Ha a gyűrűt egy switchen keresztül kötik a gyűrűösszekapcsolásra, az így fogalmazható meg, mint gyűrűk összekapcsolása egy switchek keresztül. Ha a gyűrűösszekapcsoláshoz a helyi gyűrűből két switchet csatlakoztatnak, akkor ezt így fogalmazhatjuk meg, hogy összekapcsolás két switchek keresztül.
Egy switchen keresztüli összekapcsolás esetén mindkét port használatban van. Ebben az esetben a konvergencia ideje körülbelül 15-17 ms lesz. Ilyen összekapcsolásnál az összekapcsoló switch lesz a meghibásodási pont, mert ennek a switchnek a meghibásodásával az egész gyűrű elvész. A két switchen keresztüli összekapcsolás elkerüli ezt.
Lehetőség van duplikált gyűrűk összekapcsolására.
Path Control
A Path Control funkció lehetővé teszi azoknak a portoknak a beállítását, amelyeken az adatok normál üzemmódban átkerülnek. Ha a csatorna meghibásodik és a hálózat átvált a tartalék topológiára, akkor a csatorna helyreállítása után a hálózat visszatér az előírt topológiára.
Ez a funkció lehetővé teszi a tartalék kábel költségeinek megtakarítását. Továbbá mindig ismert lesz a használt topológia a hibaelhárításhoz.
Az alap topológia 15 ms alatt vált a tartalék topológiára. A visszakapcsolás, amikor a hálózat helyreáll, körülbelül 30 ms-ot fog igénybe venni.
Korlátok:
- Nem használható a Dual Ring-del együtt.
- A funkciónak minden switcheken engedélyezve kell lennie a hálózatban.
- Az egyik switchet mester Path Control-ként állítják be.
- Az alap topológiára automatikusan való visszatérés a helyreállítás után alapértelmezés szerint 1 másodpercen belül történik (ez a paraméter SNMP segítségével 0-99 másodperc között módosítható).
Működési elv
Az ERR működési elve
Példaként vegyünk hat kapcsolót – 1-6. A kapcsolók gyűrűbe vannak összekapcsolva. Minden kapcsoló két portot használ a gyűrűhöz való csatlakozáshoz, és tárolja azok státuszát. A kapcsolók egymásnak továbbítják a portok státuszait. Ezeket az adatokat az eszközök a portok kezdeti állapotának meghatározására használják.
A portoknak összesen két szerepe van – Blokkolt és Küldés.
A legnagyobb MAC-címmel rendelkező kapcsoló blokkolja a portját. Az összes többi port a gyűrűben adatokat továbbít.
Ha a blokkolt port leáll, akkor a következő legnagyobb MAC-címmel rendelkező port lesz blokkolva.
A kapcsolók a betöltés után elkezdik küldeni a Ring Protocol Data Unit (R-PDU) üzeneteket. Az R-PDU multicast segítségével továbbítódik. Az R-PDU egy szolgáltató üzenet, akárcsak a BPDU az RSTP-ben. Az R-PDU tartalmazza a kapcsoló portjainak státuszát és a MAC-címét.
A teendők algoritmusa a csatorna meghibásodása esetén
Amikor a csatorna meghibásodik, a kapcsolók R-PDU-t küldenek a portok státuszának megváltozásáról.
A teendők algoritmusa a csatorna helyreállítása esetén
Amikor a meghibásodott csatornát újra üzembe helyezik, a kapcsolók R-PDU-t küldenek a portok státuszának megváltozásáról.
A legnagyobb MAC-címmel rendelkező kapcsoló új gyökér kapcsolóvá válik.
A megszűnt csatorna tartalék lesz.
A helyreállítás után a csatorna egyik portja blokkolva marad, míg a másik átkapcsolásra kerül küldési állapotba. A blokkolt port a legnagyobb sebességű port lesz. Ha a sebességek megegyeznek, akkor a legnagyobb MAC-címmel rendelkező kapcsoló portja lesz a blokkolt port. Ez az elv lehetővé teszi, hogy olyan portot blokkoljunk, amely a legnagyobb sebességgel vált a blokkolt állapotból küldés állapotba.
A hálózatban lévő eszközök maximális száma
Az ERR gyűrűben a maximális kapcsolók száma 200.
ERR és RSTP interakció
Az RSTP kombinálható az ERR-rel. Azonban az RSTP gyűrűnek és az ERR gyűrűnek csak egy kapcsolón keresztül kell átkelnie.
Összefoglaló
Az ERR kiválóan alkalmas szabványos topológiák létrehozására. Például gyűrű vagy duplikált gyűrű.
Az ilyen topológiákat gyakran alkalmazzák ipari létesítmények tartalékosítására.
Továbbá, az ERR segítségével a második topológia kevésbé megbízható, de költséghatékonyabb módon valósítható meg. Ezt duplikált gyűrűk segítségével lehet elérni.
De nem mindig lehet alkalmazni az ERR-t. Előfordulnak eléggé egzotikus sémák. Az egyik megrendelőnknél a következő topológiát teszteltük.
Ebben az esetben az ERR alkalmazása nem lehetséges. Ehhez a sémához az RSTP-t használtuk. Az ügyfél szigorú időzítési követelményt támasztott – 3 másodpercnél rövidebb konvergenciaidővel. Ennek eléréséhez pontosan meg kellett határozni a gyökérkapcsolókat (fő és tartalék), valamint a portok költségeit manuálisan.
Összességében az ERR jelentősen előnyben van a konvergenciaidő tekintetében, de nem kínál olyan rugalmasságot, mint az RSTP.
Forrás: habr.com
