In rete si possono trovare molti materiali sul protocollo RSTP. In questo articolo propongo di confrontare il protocollo RSTP con il protocollo proprietario di – Ridondanza anello esteso.
Dettagli sull'implementazione di RSTP
Panoramica
Tempo di convergenza – 1-10 s
Topologie possibili – qualsiasi
È comune pensare 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 avrà successo.
Principio di funzionamento
RSTP riduce qualsiasi topologia a un albero. Uno degli switch diventa il centro della topologia – lo switch radice. Lo switch radice fa passare 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 su RSTP. Esistono due tipi di BPDU:
- Configuration BPDU.
- Topology Change Notification.
La Configuration BPDU viene utilizzata per costruire la topologia. Viene inviata solo dallo switch radice. La Configuration BPDU contiene:
- identificatore del mittente (Bridge ID);
- identificatore dello switch radice (Root Bridge ID);
- identificatore della porta da cui è stato inviato questo pacchetto (Port ID);
- costo del percorso verso lo switch radice (Root Path Cost).
La Topology Change Notification può essere inviata da qualsiasi switch. Viene inviata in caso di modifica della topologia.
Dopo l'accensione, tutti gli switch si considerano radice. Iniziano a inviare pacchetti BPDU. Non appena uno switch riceve una BPDU con un Bridge ID inferiore al 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 per impostazione predefinita è 32768. Se non si cambia la priorità del Bridge, lo switch radice sarà quello con l'indirizzo MAC più basso. Lo switch con l'indirizzo MAC più basso è il più vecchio e, forse, non il più performante. Si consiglia di definire manualmente lo switch radice della topologia. Per fare ciò, è necessario impostare una piccola 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).
Scelta del percorso verso lo switch radice
Lo switch radice invia pacchetti BPDU a tutte le porte attive. Il BPDU ha un campo denominato Path Cost. Il Path Cost rappresenta il costo del percorso. Maggiore è il costo del percorso, più a lungo impiega il pacchetto a transitare. Quando il BPDU passa attraverso una porta, il costo viene aggiunto al campo Path Cost. Il numero aggiunto è chiamato Port Cost.
Al Path Cost si aggiunge un valore specifico quando il BPDU passa attraverso una porta. Il valore che viene aggiunto è chiamato costo della porta (Port Cost) e può essere definito sia manualmente che automaticamente.
Quando uno switch non radice ha più percorsi alternativi verso quello radice, sceglie il più veloce. Confronta il Path Cost di questi percorsi. La porta dalla quale 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 degli switch hanno diversi stati e ruoli.
Stati delle porte (per STP):
- Disabilitato – non attivo.
- Bloccato – ascolta il BPDU, ma non trasmette. Non trasmette dati.
- In ascolto – ascolta e trasmette il BPDU. Non trasmette dati.
- Apprendimento – ascolta e trasmette il BPDU. Si prepara a trasmettere dati, compilando la tabella degli indirizzi MAC.
- In inoltro – trasmette dati, ascolta e trasmette il BPDU.
Il tempo di convergenza di STP è di 30-50 secondi. Dopo l'accensione dello switch, tutte le porte passano attraverso tutti gli stati. In ogni stato, la porta rimane per alcuni secondi. A causa di questo principio di funzionamento, STP ha un tempo di convergenza così lungo. RSTP ha meno stati delle porte.
Stati delle porte (per RSTP):
- Scartare – non attivo.
- Scartare – ascolta BPDU, ma non trasmette. Non trasmette dati.
- Scartare – ascolta e trasmette BPDU. Non trasmette dati.
- Apprendimento – ascolta e trasmette il BPDU. Si prepara a trasmettere dati, compilando la tabella degli indirizzi MAC.
- In inoltro – trasmette dati, ascolta e trasmette il BPDU.
- In RSTP, gli stati Disabled, Blocking e Listening sono uniti in uno – Scartare.
Ruoli delle porte:
- Root port – porta attraverso la quale vengono trasmessi i dati. È il percorso più veloce verso lo switch radice.
- Designated port – porta attraverso la quale vengono trasmessi i dati. È designata per ogni segmento LAN.
- Alternate port – porta attraverso la quale i dati non vengono trasmessi. È un percorso alternativo verso lo switch radice.
- Backup port – porta attraverso la quale i dati non vengono trasmessi. È un percorso di riserva per il segmento dove è già collegata una porta con supporto RSTP. Il Backup port è utilizzato se due canali switch sono collegati a un segmento (leggi hub).
- Disabled port – RSTP è disabilitato su questa porta.
La scelta del Root Port è descritta sopra. Come viene scelto il Designated port?
Innanzitutto, definiamo cos'è un segmento LAN. Un segmento LAN è un dominio di collisione dominio. Per uno switch o un router, ogni porta forma un dominio di collisione separato. Il segmento LAN è il canale tra switch o router. Parlando di un hub, tutte le porte dell'hub si trovano in un unico 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. La seconda porta del segmento diventa Designated Port.
Ma restano i canali di riserva, dove ci sarà un Designated Port e un Alternate Port. Come verranno selezionati? Il Designated Port diventerà la porta con il minore Path Cost verso lo switch radice. Se il Path Cost è uguale, il Designated Port sarà la porta che si trova sullo switch con il minor Bridge ID. Se anche il Bridge ID è uguale, il Designated Port diventa la porta con il numero più basso. La seconda porta sarà l'Alternate.
Rimane l'ultimo punto: quando viene assegnato il ruolo di Backup a una porta? Come già scritto sopra, il Backup port è utilizzato solo nel caso in cui due canali switch siano collegati a un unico segmento, cioè a un hub. In questo caso, il Designated Port viene scelto esattamente secondo gli stessi criteri:
- Il minore Path Cost verso lo switch radice.
- Il minore Bridge ID.
- Il minore Port ID.
Massimo numero di dispositivi nella rete
Lo standard IEEE 802.1D non pone requisiti rigorosi sul numero di dispositivi in una LAN con RSTP. Tuttavia, lo standard raccomanda di utilizzare non più di 7 switch in un ramo (non più di 7 salti), cioè non più di 15 in un anello. Superando questo valore, inizia ad aumentare il tempo di convergenza della rete.
Dettagli sull'implementazione di ERR.
Panoramica
Tempo di convergenza
Il tempo di convergenza di ERR è di 15 ms. Con il numero massimo di switch nell'anello e la presenza di accoppiamenti di anelli, sarà di 18 ms.
Topologie possibili
ERR non consente di unire liberamente i dispositivi come fa RSTP. ERR ha topologie definite che possono essere utilizzate:
- Anello
- Anello duplicato
- Accoppiamento di fino a tre anelli
Anello
Quando tutti gli switch sono uniti in un'unica anello in ERR, è necessario configurare su ciascun switch le porte 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 l'accoppiamento di switch con altri anelli. A tal fine, è necessario utilizzare il Ring Coupling.
- Il doppio anello non può essere utilizzato per l'anello di accoppiamento.
Accoppiamento di anelli
Nel caso di accoppiamento nella rete, non possono esserci più di 200 dispositivi.
L'accoppiamento di anelli implica l'unione degli anelli rimanenti in un ulteriore anello.
Se un anello si collega a un anello di accoppiamento tramite uno switch, questo è chiamato accoppiamento di anelli tramite uno switch. Se due switch dell'anello locale si collegano all'anello di accoppiamento, questo sarà accoppiamento tramite due switch.
Nel caso di accoppiamento tramite uno switch, entrambi i porti sull'apparecchiatura sono utilizzati. Il tempo di convergenza in questo caso sarà di circa 15-17 ms. Con un tale accoppiamento, lo switch di accoppiamento sarà un punto di guasto, poiché perdendo questo switch, si perde immediatamente tutto l'anello. L'accoppiamento tramite due switch consente di evitare questo.
È possibile accoppiare anelli duplicati.
Controllo del percorso
La funzione di Controllo del percorso consente di configurare le porte attraverso le quali i dati verranno trasmessi in modalità operativa normale. Se il canale fallisce e la rete si riconfigura sulla topologia di riserva, al ripristino del canale, la rete si riconfigurerà sulla topologia impostata.
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 quando la rete viene ripristinata richiede circa 30 ms.
Limitazioni:
- Non può essere utilizzato insieme a Dual Ring.
- La funzione deve essere abilitata su tutti gli switch della rete.
- Uno degli switch è configurato come master del Path Control.
- Il passaggio automatico alla topologia principale dopo il ripristino avviene dopo 1 secondo per impostazione predefinita (questo parametro può essere modificato tramite SNMP nell'intervallo da 0 s a 99 s).
Principio di funzionamento
Principio di funzionamento di ERR
Per esempio, consideriamo sei switch – 1-6. Gli switch sono collegati in un anello. Ogni switch utilizza due porte per connettersi all'anello e ne memorizza gli stati. Gli switch scambiano gli stati delle porte tra loro. Questi dati vengono utilizzati dai dispositivi per impostare lo stato iniziale delle porte.
Le porte hanno solo due ruoli – Bloccato e Forwarding.
Lo switch con l'indirizzo MAC più alto blocca la sua porta. Tutte le altre porte nell'anello trasmettono i 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 l'Unità di Dati del Protocollo Ring (R-PDU). L'R-PDU viene trasmesso tramite multicast. L'R-PDU è un messaggio di servizio, proprio come il BPDU in RSTP. L'R-PDU contiene gli stati delle porte dello switch e il suo indirizzo MAC.
Algoritmo di azione in caso di guasto del canale
Quando il canale guasta, gli switch inviano R-PDU per notificare il cambiamento dello stato delle porte.
Algoritmo di azione in caso di ripristino del canale
Quando il canale guasto viene riattivato, gli switch inviano R-PDU per notificare il cambiamento dello stato delle porte.
Lo switch con l'indirizzo MAC più alto diventa il nuovo switch radice.
Il canale guastato diventa di riserva.
Dopo il ripristino, una delle porte del canale rimane bloccata, mentre l'altra passa allo stato di forwarding. La porta bloccata diventa quella con la velocità più alta. Se le velocità sono uguali, la porta bloccata sarà quella dello switch con l'indirizzo MAC più alto. Questo principio permette di bloccare la porta che passerà dallo stato bloccato a quello di forwarding con velocità massima.
Massimo numero di dispositivi nella rete
Il numero massimo di switch nell'anello ERR è 200.
Interazione tra ERR e RSTP
RSTP può essere utilizzato insieme a ERR. Tuttavia, l'anello RSTP e l'anello ERR devono intersecarsi solo tramite uno switch.
Riepilogo
ERR è perfetto per organizzare topologie standard. Ad esempio, un anello o un anello ridondante.
Tali topologie vengono spesso utilizzate per la ridondanza in ambienti industriali.
Inoltre, utilizzando ERR, è possibile implementare una seconda topologia in modo meno affidabile, ma più economico. Ciò può essere fatto tramite un anello ridondante.
Tuttavia, non sempre è possibile utilizzare ERR. Esistono schemi piuttosto esotici. Con uno dei nostri clienti, abbiamo testato la seguente topologia.
In questo caso, non è possibile applicare ERR. Per tale schema abbiamo utilizzato RSTP. Il cliente aveva un requisito rigoroso sul tempo di convergenza - inferiore a 3 s. Per raggiungere questo tempo era necessario definire con chiarezza gli switch radice (principale e di riserva) e anche i costi delle porte in modo manuale.
Di conseguenza, ERR offre un notevole vantaggio in termini di tempo di convergenza, ma non fornisce la flessibilità che offre RSTP.
Fonte: habr.com
