In rete puoi trovare molte risorse sul protocollo RSTP. In questo articolo, propongo di confrontare il protocollo RSTP con il protocollo proprietario di – Extended Ring Redundancy.
Dettagli di implementazione di RSTP
Panoramica
Tempo di convergenza – 1-10 c
Topologie possibili – qualsiasi
Si ritiene comunemente che RSTP consenta di collegare gli switch solo in anello:
Ma RSTP permette di connettere gli switch in modo arbitrario. Ad esempio, con questa topologia RSTP riesce a gestire.
Principio di funzionamento
RSTP riduce qualsiasi topologia a un albero. Uno degli switch diventa il centro della topologia – lo switch radice. Lo switch radice trasmette il maggior numero di dati.
Il principio di funzionamento di RSTP è il seguente:
- viene fornita alimentazione agli switch;
- viene selezionato lo switch radice;
- gli altri switch determinano il percorso più veloce verso lo switch radice;
- i canali rimanenti vengono bloccati e diventano di riserva.
Scelta dello switch radice
Gli switch con RSTP scambiano pacchetti BPDU. BPDU è un pacchetto di servizio che contiene informazioni RSTP. Le BPDU possono essere di due tipi:
- Configuration BPDU.
- Topology Change Notification.
La Configuration BPDU è utilizzata per costruire la topologia. È inviata solo dallo switch radice. La Configuration BPDU contiene:
- l'identificativo del mittente (Bridge ID);
- l'identificativo dello switch radice (Root Bridge ID);
- l'identificativo della porta attraverso cui è stato inviato questo pacchetto (Port ID);
- il costo del percorso verso lo switch radice (Root Path Cost).
La Topology Change Notification può essere inviata da qualsiasi switch. Vengono inviate in caso di modifica della topologia.
Dopo l'accensione, tutti gli switch si considerano radice. Iniziano a trasmettere pacchetti BPDU. Non appena uno switch riceve una BPDU con un Bridge ID più piccolo del proprio, smette di considerarsi radice.
L'ID del Bridge è composto da due valori: l'indirizzo MAC e la priorità del Bridge. Non possiamo cambiare l'indirizzo MAC. La priorità del Bridge di default è 32768. Se non si modifica la priorità del Bridge, lo switch radice diventerà quello con l'indirizzo MAC più basso. Lo switch con l'indirizzo MAC più basso è il più vecchio e, probabilmente, non il più performante. Si consiglia di determinare manualmente lo switch radice della topologia. A tal fine, è necessario impostare una bassa priorità del Bridge (ad esempio, 0) sullo switch radice. È anche possibile definire uno switch radice secondario, assegnandogli una priorità del Bridge leggermente superiore (ad esempio, 4096).
Selezione del percorso verso lo switch radice
Lo switch radice invia pacchetti BPDU a tutte le porte attive. Il BPDU ha un campo Path Cost. Il Path Cost rappresenta il costo del percorso. Maggiore è il costo, più a lungo ci vuole per trasferire un pacchetto. Quando il BPDU passa attraverso una porta, il costo viene aggiunto nel campo Path Cost. Il numero aggiunto è chiamato Port Cost.
Path Cost aggiunge un valore specifico quando si passa un BPDU attraverso una qualsiasi porta. Il valore aggiunto è chiamato costo della porta (Port Cost) e può essere definito sia manualmente che automaticamente. Il Port Cost può essere definito sia manualmente che automaticamente.
Quando uno switch non radice ha più percorsi alternativi verso la radice, sceglie il più veloce. Confronta il Path Cost di questi percorsi. La porta da cui è arrivato il BPDU con il Path Cost più basso diventa la porta radice (Root Port).
I costi delle porte assegnati automaticamente possono essere visualizzati nella tabella:
Velocità di trasmissione della porta
Costo della porta
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb/s
20 000
10 Gb/s
2 000
Ruoli e stati delle porte
Le porte dello switch hanno diversi stati e ruoli.
Stati delle porte (per STP):
- Disabled – inattivo.
- Blocking – ascolta i BPDU ma non trasmette. Non invia dati.
- Listening – ascolta e trasmette i BPDU. Non invia dati.
- Learning – ascolta e trasmette i BPDU. Si prepara a trasmettere dati — popola la tabella degli indirizzi MAC.
- Forwarding – trasmette dati, ascolta e trasmette i BPDU.
Il tempo di convergenza STP è di 30-50 secondi. Dopo l'attivazione dello switch, tutte le porte attraversano tutti gli stati. In ogni stato, la porta rimane per alcuni secondi. Questo principio operativo rende il tempo di convergenza di STP così lungo. RSTP ha meno stati delle porte.
Stati delle porte (per RSTP):
- Discarding – inattivo.
- Discarding – ascolta BPDU, ma non trasmette. Non trasmette dati.
- Discarding – ascolta e trasmette BPDU. Non trasmette dati.
- Learning – ascolta e trasmette i BPDU. Si prepara a trasmettere dati — popola la tabella degli indirizzi MAC.
- Forwarding – trasmette dati, ascolta e trasmette i BPDU.
- In RSTP, gli stati Disabled, Blocking e Listening sono combinati in uno solo – Discarding.
Ruoli delle porte:
- Root port – la porta attraverso cui vengono trasmessi i dati. Rappresenta il percorso più veloce verso lo switch radice.
- Designated port – la porta attraverso cui vengono trasmessi i dati. Definita per ogni segmento LAN.
- Alternate port – porta attraverso cui i dati non vengono trasmessi. È un percorso alternativo verso lo switch radice.
- Backup port – porta attraverso cui i dati non vengono trasmessi. È un percorso di riserva per il segmento in cui è già collegata una porta che supporta RSTP. La Backup port viene utilizzata se due porte dello switch sono collegate allo stesso segmento (leggi hub).
- Disabled port – RSTP è disattivato su questa porta.
La scelta del Root Port è descritta sopra. In che modo viene scelto il Designated Port?
Prima di tutto, definiamo cos'è un segmento LAN. Un segmento LAN è un dominio di collisione un dominio. Per uno switch o un router, ogni porta forma un dominio di collisione separato. Un segmento LAN è un canale tra switch o router. Se parliamo di un hub, tutte le porte dell'hub si trovano nello stesso dominio di collisione.
Solo un Designated Port può essere assegnato a un segmento.
Nel caso di segmenti che hanno già Root Port, è tutto chiaro. Il secondo porto del segmento diventa Designated Port.
Ma rimangono i canali di riserva, in cui ci sarà un Designated Port e un Alternate Port. Come verranno scelti? Il Designated Port sarà la porta con il Path Cost più basso fino allo switch radice. Se i Path Cost sono uguali, il Designated Port sarà la porta collocata nello switch con il Bridge ID più basso. Se anche il Bridge ID è uguale, il Designated Port diventa la porta con il numero più basso. La seconda porta sarà Alternate.
C'è un ultimo punto da considerare: quando viene assegnato al porto il ruolo di Backup? Come già detto, il porto Backup viene utilizzato solo quando due canali dello switch sono connessi allo stesso segmento, cioè a un hub. In questo caso, il Port Designato viene scelto secondo gli stessi criteri:
- Il minor Path Cost fino allo switch radice.
- Il minor Bridge ID.
- Il minor Port ID.
Numero massimo di dispositivi nella rete
Lo standard IEEE 802.1D non stabilisce requisiti rigorosi sul numero di dispositivi in una LAN con RSTP. Tuttavia, lo standard raccomanda di non utilizzare più di 7 switch in un ramo (non più di 7 hop), cioè non più di 15 in un anello. Oltre questo valore, aumenta il tempo di convergenza della rete.
Dettagli sull'implementazione ERR.
Panoramica
Tempo di convergenza
Il tempo di convergenza ERR è di 15 ms. Con il numero massimo di switch nell'anello e la presenza di anelli collegati, è di 18 ms.
Topologie possibili
ERR non consente di unire liberamente i dispositivi come RSTP. ERR ha topologie specifiche che possono essere utilizzate:
- Anello
- Anello duplicato
- Collegamento di fino a tre anelli
Anello
Quando in ERR tutti gli switch vengono uniti in un unico anello, è necessario configurare le porte su ciascuno switch che parteciperanno alla costruzione dell'anello.
Doppio anello
Gli switch possono essere uniti in un doppio anello, il che aumenta notevolmente l'affidabilità dell'anello.
Limitazioni del doppio anello:
- Il doppio anello non può essere utilizzato per collegare switch ad altri anelli. Per questo è necessario utilizzare l'accoppiamento ad anello.
- Il doppio anello non può essere utilizzato per l'anello di accoppiamento.
Accoppiamento degli anelli
Quando si accoppiano, nella rete possono esserci al massimo 200 dispositivi.
L'accoppiamento degli anelli implica l'unione degli altri anelli in un nuovo anello.
Se un anello si collega a un anello di accoppiamento attraverso uno switch, si parla di accoppiamento degli anelli tramite uno switch. Se due switch dell'anello locale sono collegati all'anello di accoppiamento, questo sarà accoppiamento tramite due switch.
Quando si collega tramite uno switch, vengono utilizzate entrambe le porte. Il tempo di convergenza in questo caso sarà di circa 15-17 ms. Con tale connessione, lo switch di collegamento rappresenterà un punto di guasto, poiché perdendo questo switch si perde immediatamente l'intero anello. La connessione tramite due switch consente di evitare questo.
È possibile collegare anelli duplicati.
Controllo del percorso
La funzione Controllo del percorso consente di configurare le porte attraverso cui i dati verranno trasmessi in modalità operativa normale. Se il collegamento fallisce e la rete si riconfigura su una topologia di riserva, al ripristino del collegamento, la rete verrà riconfigurata nuovamente sulla topologia predefinita.
Questa funzione consente di risparmiare sul cavo di riserva. Inoltre, sarà sempre nota la topologia utilizzata per il troubleshooting.
La topologia principale passa a quella di riserva in 15 ms. Il passaggio inverso al ripristino della rete richiederà circa 30 ms.
Limitazioni:
- Non può essere utilizzato insieme a Dual Ring.
- La funzione deve essere attivata su tutti gli switch della rete.
- Uno degli switch è configurato come master del Controllo del percorso.
- Il passaggio automatico alla topologia principale dopo il ripristino avviene dopo 1 secondo di default (questo parametro può essere modificato tramite SNMP nell'intervallo da 0 a 99 secondi).
Principio di funzionamento
Principio di funzionamento dell'ERR
Consideriamo sei switch – 1-6. Gli switch sono collegati in anello. Ogni switch utilizza due porte per connettersi all'anello e memorizza i loro stati. Gli switch inviano i dati di stato delle porte agli altri. Queste informazioni vengono utilizzate dai dispositivi per stabilire lo stato iniziale delle porte.
Le porte possono avere solo due ruoli – Bloccato e In funzione.
Lo switch con l'indirizzo MAC più alto blocca la propria porta. Tutte le altre porte nell'anello trasmettono dati.
Se la porta Bloccata smette di funzionare, la successiva porta con l'indirizzo MAC più alto diventa Bloccata.
Dopo il caricamento, gli switch iniziano a inviare il Ring Protocol Data Unit (R-PDU). L'R-PDU viene trasmesso tramite multicast. L'R-PDU è un messaggio di servizio, come il BPDU in RSTP. Contiene gli stati delle porte dello switch e il suo indirizzo MAC.
Algoritmo di azione in caso di guasto del canale
Quando un canale fallisce, gli switch inviano R-PDU per notificare il cambiamento dello stato delle porte.
Algoritmo per la ripristino del canale
Quando un canale guasto viene ripristinato, gli switch inviano un R-PDU per notificare la modifica dello stato delle porte.
Lo switch con l'indirizzo MAC più alto diventa il nuovo switch radice.
Il canale guasto diventa di riserva.
Dopo il ripristino, una delle porte del canale rimane bloccata, mentre l'altra viene portata in stato di forwarding. La porta bloccata diventa quella con la maggiore velocità. Se le velocità sono uguali, la porta bloccata sarà quella dello switch con il più alto indirizzo MAC. Questo principio permette di bloccare la porta che passerà dallo stato di bloccata a forwarding con la massima velocità.
Numero massimo di dispositivi nella rete
Il numero massimo di switch nell'anello ERR è 200.
Interazione tra ERR e RSTP
RSTP può essere utilizzato in combinazione con ERR. Tuttavia, l'anello RSTP e l'anello ERR devono intersecarsi solo attraverso uno switch.
Riepilogo
ERR è ideale per la creazione di topologie standard. Ad esempio, un anello o un anello duplicato.
Tali topologie sono spesso utilizzate per la riserva in ambienti industriali.
Inoltre, è possibile realizzare una seconda topologia con ERR in modo meno affidabile, ma più economico. Questo può essere fatto utilizzando un anello ridondante.
Tuttavia, ERR non è sempre applicabile. Ci sono schemi abbastanza esotici. Con uno dei nostri clienti, abbiamo testato la seguente topologia.
In questo caso, non è possibile applicare ERR. Per questo schema, abbiamo utilizzato RSTP. Il cliente aveva un requisito rigoroso per il tempo di convergenza – meno di 3 secondi. Per ottenere questo tempo, era necessario definire con precisione gli switch radice (principale e di riserva), così come il costo delle porte in modo manuale.
In conclusione, ERR vince chiaramente in termini di tempo di convergenza, ma non offre la stessa flessibilità fornita da RSTP.
Fonte: habr.com
