È possibile trovare molto materiale sul protocollo RSTP su Internet. In questo articolo propongo di confrontare il protocollo RSTP con il protocollo proprietario di – Ridondanza dell'anello estesa.
Dettagli di implementazione RSTP
Panoramica
Tempo di convergenza – 1-10 secondi
Topologie possibili - Qualunque
È opinione diffusa che RSTP consenta solo di collegare gli switch in un anello:
Ma RSTP ti consente di connettere gli switch nel modo che preferisci. Ad esempio, RSTP può gestire questa topologia.
Il principio di funzionamento
RSTP riduce qualsiasi topologia ad un albero. Uno degli switch diventa il centro della topologia: lo switch root. Lo switch root trasporta la maggior parte dei dati al suo interno.
Il principio di funzionamento di RSTP è il seguente:
- l'alimentazione viene fornita agli interruttori;
- è selezionato lo switch root;
- gli interruttori rimanenti determinano il percorso più veloce verso lo switch root;
- i canali rimanenti vengono bloccati e diventano backup.
Selezione dell'interruttore di root
Gli switch con RSTP scambiano pacchetti BPDU. Una BPDU è un pacchetto di servizi che contiene informazioni RSTP. La BPDU è disponibile in due tipi:
- Configurazione BPDU.
- Notifica di modifica della topologia.
La configurazione BPDU viene utilizzata per creare la topologia. Solo lo switch root lo invia. La configurazione BPDU contiene:
- ID mittente (ID Bridge);
- ID del ponte radice;
- identificatore della porta da cui è stato inviato questo pacchetto (Port ID);
- costo del percorso verso lo switch root (Root Path Cost).
Qualsiasi switch può inviare una notifica di modifica della topologia. Vengono inviati quando la topologia cambia.
Dopo l'accensione tutti gli switch si considerano root switch. Iniziano a trasmettere pacchetti BPDU. Non appena uno switch riceve una BPDU con un Bridge ID inferiore al proprio, non si considera più root switch.
Bridge ID è composto da due valori: indirizzo MAC e Bridge Priority. Non possiamo modificare l'indirizzo MAC. Per impostazione predefinita, la priorità del bridge è 32768. Se non si modifica la priorità del bridge, lo switch con l'indirizzo MAC più basso diventerà lo switch root. Lo switch con l'indirizzo MAC più piccolo è il più vecchio e potrebbe non essere il più performante. Si consiglia di definire manualmente lo switch root della topologia. Per fare ciò, è necessario configurare una piccola priorità del bridge (ad esempio 0) sullo switch root. È inoltre possibile definire uno switch root di backup assegnandogli una priorità bridge leggermente più alta (ad esempio, 4096).
Selezione del percorso per lo switch root
Lo switch root invia pacchetti BPDU a tutte le porte attive. La BPDU ha un campo Costo del percorso. Costo del percorso indica il costo del percorso. Maggiore è il costo del percorso, maggiore è il tempo necessario per la trasmissione del pacchetto. Quando una BPDU passa attraverso un porto, viene aggiunto un costo al campo Path Cost. Il numero aggiunto si chiama Costo del porto.
Aggiunge un certo valore al Costo del Percorso quando una BPDU passa attraverso una porta. Il valore aggiunto è chiamato costo del porto e può essere determinato manualmente o automaticamente. Il costo del porto può essere determinato manualmente o automaticamente.
Quando uno switch non root ha diversi percorsi alternativi al root, sceglie quello più veloce. Confronta il costo del percorso di questi percorsi. La porta da cui proviene la BPDU con il costo di percorso più basso diventa la porta root.
I costi dei porti assegnati automaticamente possono essere visualizzati nella tabella:
Velocità in baud della porta
Costo del porto
10 Mbit/s
2 000 000
100 Mbit/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 di porta.
Stati delle porte (per STP):
- Disabilitato – inattivo.
- Bloccante: ascolta BPDU, ma non trasmette. Non trasmette dati.
- Ascolto: ascolta e trasmette BPDU. Non trasmette dati.
- Apprendimento: ascolta e trasmette BPDU. Prepara per il trasferimento dei dati: compila la tabella degli indirizzi MAC.
- Inoltro: inoltra dati, ascolta e trasmette BPDU.
Il tempo di convergenza STP è di 30-50 secondi. Dopo aver acceso lo switch, tutte le porte passano attraverso tutti gli stati. La porta rimane in ciascuno stato per diversi secondi. Questo principio di funzionamento è il motivo per cui STP ha un tempo di convergenza così lungo. RSTP ha meno stati di porto.
Stati delle porte (per RSTP):
- Scartare – inattivo.
- Scartando: ascolta BPDU, ma non trasmette. Non trasmette dati.
- Scartare: ascolta e trasmette BPDU. Non trasmette dati.
- Apprendimento: ascolta e trasmette BPDU. Prepara per il trasferimento dei dati: compila la tabella degli indirizzi MAC.
- Inoltro: inoltra dati, ascolta e trasmette BPDU.
- In RSTP, gli stati Disabilitato, Bloccato e In ascolto sono combinati in uno solo: Scartato.
Ruoli portuali:
- Porta root: la porta attraverso la quale vengono trasmessi i dati. Serve come il percorso più veloce per lo switch root.
- Porta designata: la porta attraverso la quale vengono trasmessi i dati. Definito per ciascun segmento LAN.
- Porta alternativa: porta attraverso la quale i dati non vengono trasmessi. È un percorso alternativo allo switch root.
- Porta di backup: porta attraverso la quale i dati non vengono trasferiti. È un percorso di backup per un segmento a cui è già connessa una porta abilitata per RSTP. La porta di backup viene utilizzata se due canali dello switch sono collegati a un segmento (lettura hub).
- Porta disabilitata: RSTP è disabilitato su questa porta.
La scelta della Root Port è descritta sopra. Come viene selezionata la porta designata?
Innanzitutto definiamo cos'è un segmento LAN. Il segmento LAN è un dominio di collisione. Per uno switch o un router ciascuna porta forma un dominio di collisione separato. Il segmento LAN è un canale tra switch o router. Se parliamo di hub, allora l'hub ha tutte le sue porte nello stesso dominio di collisione.
Viene assegnata una sola porta designata per segmento.
Nel caso di segmenti in cui sono già presenti Root Ports tutto è chiaro. La seconda porta sul segmento diventa la Porta Designata.
Rimangono però i canali di backup, dove ci saranno una porta designata e una porta alternativa. Come verranno selezionati? La porta designata sarà la porta con il costo di percorso più basso per lo switch root. Se i costi del percorso sono uguali, la porta designata sarà la porta posizionata sullo switch con l'ID bridge più basso. Se e Bridge ID sono uguali, la porta designata diventa la porta con il numero più basso. La seconda porta sarà Alternativa.
C'è un ultimo punto: quando viene assegnato il ruolo di Backup ad una porta? Come già scritto sopra, la porta Backup viene utilizzata solo quando due canali switch sono collegati allo stesso segmento, cioè all'hub. In questo caso, la Porta designata viene selezionata utilizzando esattamente gli stessi criteri:
- Costo del percorso più basso per lo switch root.
- ID del ponte più piccolo.
- ID porta più piccolo.
Numero massimo di dispositivi sulla rete
Lo standard IEEE 802.1D non prevede requisiti rigidi per il numero di dispositivi su una LAN con RSTP. Ma lo standard consiglia di utilizzare non più di 7 switch in un ramo (non più di 7 hop), ad es. non più di 15 in un anello. Quando questo valore viene superato, il tempo di convergenza della rete inizia ad aumentare.
Dettagli di implementazione dell'ERR.
Panoramica
Tempo di convergenza
Il tempo di convergenza dell'ERR è di 15 ms. Con il numero massimo di interruttori nell'anello e la presenza dell'accoppiamento dell'anello – 18 ms.
Topologie possibili
ERR non consente la combinazione libera dei dispositivi come RSTP. ERR ha topologie chiare che possono essere utilizzate:
- L'anello
- Anello duplicato
- Abbina fino a tre anelli
L'anello
Quando ERR combina tutti gli switch in un anello, su ciascuno switch è necessario configurare le porte che parteciperanno alla costruzione dell'anello.
Doppio anello
Gli interruttori possono essere combinati in un doppio anello, il che aumenta notevolmente l'affidabilità dell'anello.
Limitazioni del doppio anello:
- Non è possibile utilizzare un doppio anello per interfacciare gli switch con altri anelli. Per fare ciò è necessario utilizzare l'accoppiamento ad anello.
- Un doppio anello non può essere utilizzato per un anello di accoppiamento.
Anelli di accoppiamento
Durante l'accoppiamento non possono esserci più di 200 dispositivi sulla rete.
L'abbinamento degli anelli implica la combinazione degli anelli rimanenti in un altro anello.
Se l'anello è collegato all'anello dell'interfaccia tramite un interruttore, allora viene chiamato anelli di accoppiamento tramite un interruttore. Se due switch dell'anello locale sono collegati all'anello dell'interfaccia, ciò avverrà accoppiamento tramite due interruttori.
Quando si effettua l'accoppiamento tramite uno switch sul dispositivo, vengono utilizzate entrambe le porte. Il tempo di convergenza in questo caso sarà di circa 15-17 ms. Con tale accoppiamento, il cambio di accoppiamento sarà un punto di fallimento, perché Avendo perso questo interruttore, si perde immediatamente l'intero anello. L'accoppiamento tramite due switch evita questo problema.
È possibile abbinare anelli duplicati.
Controllo del percorso
La funzione Path Control consente di configurare le porte attraverso le quali i dati verranno trasmessi durante il normale funzionamento. Se il canale si guasta e la rete viene ricostruita sulla topologia di backup, dopo il ripristino del canale la rete verrà ricostruita sulla topologia specificata.
Questa funzione consente di risparmiare sul cavo di backup. Inoltre, la topologia utilizzata per la risoluzione dei problemi sarà sempre nota.
La topologia principale passa alla topologia di backup in 15 ms. Il ritorno alla modalità precedente al ripristino della rete richiederà circa 30 ms.
Restrizioni:
- Non può essere utilizzato insieme al Dual Ring.
- La funzione deve essere abilitata su tutti gli switch della rete.
- Uno degli interruttori è configurato come master di controllo del percorso.
- La transizione automatica alla topologia principale dopo il ripristino avviene dopo 1 secondo per impostazione predefinita (questo parametro può essere modificato utilizzando SNMP nell'intervallo da 0 s a 99 s).
Il principio di funzionamento
Principio di funzionamento dell'ERR
Ad esempio, considera sei interruttori: 1-6. Gli interruttori sono combinati in un anello. Ciascuno switch utilizza due porte per connettersi all'anello e memorizza i relativi stati. Inoltra reciprocamente gli stati delle porte. I dispositivi utilizzano questi dati per impostare lo stato iniziale delle porte.
I porti hanno solo due ruoli: bloccato и Spedizione.
Lo switch con l'indirizzo MAC più alto blocca la sua porta. Tutte le altre porte nell'anello trasmettono dati.
Se una porta bloccata smette di funzionare, la porta successiva con l'indirizzo MAC più alto diventa bloccata.
Una volta avviati, gli switch iniziano a inviare Ring Protocol Data Unit (R-PDU). La R-PDU viene trasmessa utilizzando il multicast. R-PDU è un messaggio di servizio, proprio come BPDU in RSTP. L'R-PDU contiene gli stati della porta dello switch e il relativo indirizzo MAC.
Algoritmo delle azioni in caso di guasto del canale
Quando un collegamento fallisce, gli switch inviano R-PDU per notificare che lo stato delle porte è cambiato.
Algoritmo delle azioni durante il ripristino di un canale
Quando un collegamento fallito torna online, gli switch inviano R-PDU per notificare alle porte un cambiamento di stato.
Lo switch con l'indirizzo MAC più alto diventa il nuovo switch root.
Il canale guasto diventa uno di backup.
Dopo il ripristino, una delle porte del canale rimane bloccata e la seconda viene trasferita nello stato di inoltro. La porta bloccata diventa la porta con la velocità più alta. Se le velocità sono uguali, la porta dello switch con l'indirizzo MAC più alto verrà bloccata. Questo principio permette di bloccare una porta che passerà dallo stato bloccato allo stato di forwarding alla massima velocità.
Numero massimo di dispositivi sulla rete
Il numero massimo di switch in un anello ERR è 200.
Interazione tra ERR e RSTP
RSTP può essere utilizzato in combinazione con ERR. Ma l'anello RSTP e l'anello ERR devono intersecarsi solo tramite uno switch.
Riassunto
ERR è ottimo per organizzare topologie tipiche. Ad esempio, un anello o un anello duplicato.
Tali topologie vengono spesso utilizzate per la ridondanza negli impianti industriali.
Inoltre, con l’aiuto di ERR, la seconda topologia può essere implementata in modo meno affidabile, ma più conveniente. Questo può essere fatto utilizzando un anello duplicato.
Ma non è sempre possibile utilizzare ERR. Ci sono schemi piuttosto esotici. Abbiamo testato la seguente topologia con uno dei nostri clienti.
In questo caso non è possibile applicare l'ERR. Per questo schema abbiamo utilizzato RSTP. Il cliente aveva requisiti rigorosi per il tempo di convergenza: inferiore a 3 s. Per raggiungere questo obiettivo è stato necessario definire chiaramente gli switch root (primari e di backup), nonché il costo delle porte in modalità manuale.
Di conseguenza, ERR presenta un notevole vantaggio in termini di tempo di convergenza, ma non fornisce la flessibilità fornita da RSTP.
Fonte: habr.com