RSTP および独自の拡張リング冗長プロトコルの実装の詳細

RSTP プロトコルに関する資料はインターネット上でたくさん見つかります。 この記事では、RSTP プロトコルと独自のプロトコルを比較することを提案します。 フェニックス・コンタクト – 拡張リング冗長性。

RSTP実装の詳細

概要

収束時間 – 1～10秒
可能なトポロジー - どれでも

RSTP ではスイッチのみがリングに接続できると広く信じられています。

ただし、RSTP を使用すると、任意の方法でスイッチを接続できます。 たとえば、RSTP はこのトポロジを処理できます。

動作原理

RSTP は、あらゆるトポロジをツリーに縮小します。 スイッチの XNUMX つがトポロジの中心、つまりルート スイッチになります。 ルート スイッチは、それ自体を通じてほとんどのデータを伝送します。

RSTP の動作原理は次のとおりです。

1. スイッチに電力が供給されます。
2. ルートスイッチが選択されています。
3. 残りのスイッチはルート スイッチへの最速パスを決定します。
4. 残りのチャネルはブロックされ、バックアップになります。

ルートスイッチの選択

RSTP を備えたスイッチは BPDU パケットを交換します。 BPDU は、RSTP 情報を含むサービス パケットです。 BPDU には XNUMX つのタイプがあります。

• 構成 BPDU。
• トポロジ変更通知。

構成 BPDU はトポロジの構築に使用されます。 ルート スイッチのみがそれを送信します。 構成 BPDU には以下が含まれます。

• 送信者ID (ブリッジID);
• ルートブリッジID。
• このパケットの送信元のポートの識別子 (ポート ID)。
• ルート スイッチへのルートのコスト (ルート パス コスト)。

どのスイッチでもトポロジ変更通知を送信できます。 これらはトポロジが変更されたときに送信されます。

スイッチをオンにすると、すべてのスイッチは自分自身をルート スイッチであると認識します。 BPDU パケットの送信を開始します。 スイッチは、自身のブリッジ ID よりも低いブリッジ ID を持つ BPDU を受信するとすぐに、自分自身をルート スイッチとは見なされなくなります。

ブリッジ ID は、MAC アドレスとブリッジ優先度の 32768 つの値で構成されます。 MACアドレスは変更できません。 デフォルトのブリッジ優先度は 0 です。ブリッジ優先度を変更しない場合、MAC アドレスが最も小さいスイッチがルート スイッチになります。 MAC アドレスが最も小さいスイッチが最も古いため、パフォーマンスが最も高くない可能性があります。 トポロジのルート スイッチを手動で定義することをお勧めします。 これを行うには、ルート スイッチで小さなブリッジ プライオリティ (たとえば、4096) を設定する必要があります。 バックアップ ルート スイッチに少し高いブリッジ優先度 (たとえば、XNUMX) を指定して、バックアップ ルート スイッチを定義することもできます。

ルートスイッチへのパスの選択

ルート スイッチは、BPDU パケットをすべてのアクティブ ポートに送信します。 BPDU には Path Cost フィールドがあります。 Path Cost は、パスのコストを示します。 パスのコストが高くなるほど、パケットの送信にかかる時間も長くなります。 BPDU がポートを通過すると、パス コスト フィールドにコストが追加されます。 加算された数値はポートコストと呼ばれます。

BPDU がポートを通過するときにパス コストに特定の値を追加します。 追加される値はポート コストと呼ばれ、手動または自動で決定できます。 ポートコストは手動または自動で決定できます。

非ルート スイッチにルートへの代替パスが複数ある場合、最も高速なパスが選択されます。 これらのパスのパス コストを比較します。 パス コストが最も低い BPDU の送信元ポートがルート ポートになります。

自動的に割り当てられるポートのコストは、次の表で確認できます。

ポートのボーレート
ポートコスト

10Mb/秒
2 000 000

100Mb/秒
200 000

1 Gb / s
20 000

10 Gb / s
2 000

ポートの役割とステータス

スイッチ ポートにはいくつかのステータスとポートの役割があります。

ポートステータス (STP の場合):

• 無効 – 非アクティブ。
• ブロッキング – BPDU をリッスンしますが、送信はしません。 データを送信しません。
• リスニング – BPDU をリスニングして送信します。 データを送信しません。
• 学習 – BPDU をリッスンして送信します。 データ転送の準備 - MAC アドレス テーブルに書き込みます。
• 転送 - データを転送し、BPDU をリッスンして送信します。

STP コンバージェンス時間は 30 ～ 50 秒です。 スイッチをオンにすると、すべてのポートがすべてのステータスを経ます。 ポートは数秒間、それぞれのステータスを維持します。 この動作原理が、STP のコンバージェンス時間がこれほど長い理由です。 RSTP のポート状態は少なくなります。

ポートステータス (RSTP の場合):

• 破棄 – 非アクティブ。
• 破棄 – BPDU をリッスンしますが、送信はしません。 データを送信しません。
• 破棄 – BPDU をリッスンして送信します。 データは送信しません。
• 学習 – BPDU をリッスンして送信します。 データ転送の準備 - MAC アドレス テーブルに書き込みます。
• 転送 - データを転送し、BPDU をリッスンして送信します。
• RSTP では、無効、ブロック、およびリスニングのステータスが XNUMX つの破棄に結合されます。

ポートの役割:

• ルート ポート – データが送信されるポート。 これは、ルート スイッチへの最速パスとして機能します。
• 指定ポート – データが送信されるポート。 LANセグメントごとに定義されます。
• 代替ポート – データが送信されないポート。 これは、ルート スイッチへの代替パスです。
• バックアップ ポート – データが転送されないポート。 RSTP 対応ポートがすでに XNUMX つ接続されているセグメントのバックアップパスです。 バックアップ ポートは、XNUMX つのスイッチ チャネルが XNUMX つのセグメント (読み取りハブ) に接続されている場合に使用されます。
• 無効なポート - このポートでは RSTP が無効になっています。

ルート ポートの選択については上で説明しました。 指定ポートはどのように選択されますか?

まず、LAN セグメントとは何かを定義しましょう。 LAN セグメントはコリジョン ドメインです。 スイッチまたはルーターの場合、各ポートは個別のコリジョン ドメインを形成します。 LAN セグメントは、スイッチまたはルーター間のチャネルです。 ハブについて話す場合、ハブのすべてのポートは同じコリジョン ドメイン内にあります。

セグメントごとに割り当てられる指定ポートは XNUMX つだけです。

すでにルート ポートが存在するセグメントの場合は、すべてが明確です。 セグメント上の XNUMX 番目のポートが指定ポートになります。

ただし、バックアップ チャネルは残り、指定ポートと代替ポートが XNUMX つずつ存在します。 彼らはどのように選ばれるのでしょうか？ 指定ポートは、ルート スイッチへのパス コストが最も低いポートになります。 パス コストが等しい場合、指定ポートは、スイッチ上にある最小のブリッジ ID を持つポートになります。 とブリッジ ID が等しい場合、指定ポートは最小番号のポートになります。 XNUMX 番目のポートは代替ポートになります。

最後に XNUMX つポイントがあります。バックアップの役割がポートに割り当てられるのはいつですか? 上ですでに説明したように、バックアップ ポートは XNUMX つのスイッチ チャネルが同じセグメント、つまりハブに接続されている場合にのみ使用されます。 この場合、指定ポートはまったく同じ基準を使用して選択されます。

• ルート スイッチへの最低パス コスト。
• 最小のブリッジ ID。
• 最小のポート ID。

ネットワーク上のデバイスの最大数

IEEE 802.1D 標準には、RSTP を使用する LAN 上のデバイスの数に関する厳密な要件はありません。 ただし、規格では 7 つのブランチ内で 7 個以下のスイッチ (ホップ 15 個以下) を使用することを推奨しています。 リングには XNUMX 人を超えないでください。 この値を超えると、ネットワークのコンバージェンス時間が増加し始めます。

ERR 実装の詳細。

概要

収束時間

ERR 収束時間は 15 ミリ秒です。 リング内のスイッチの最大数とリング ペアリングの存在の場合 – 18 ミリ秒。

可能なトポロジー

ERR では、デバイスを RSTP として自由に組み合わせることができません。 ERR には使用できる明確なトポロジがあります。

• リング
• 複製リング
• 最大 XNUMX つのリングをペアリングできます

リング

ERR がすべてのスイッチを XNUMX つのリングに結合する場合、各スイッチでリングの構築に参加するポートを設定する必要があります。

ダブルリング


スイッチを組み合わせて二重リングにすることができるため、リングの信頼性が大幅に向上します。

ダブルリングの制限:

• デュアル リングを使用してスイッチを他のリングと接続することはできません。 これを行うには、リングカップリングを使用する必要があります。
• メイティングリングにダブルリングは使用できません。

ペアリング

ペアリングする場合、ネットワーク上に存在できるデバイスは 200 台までです。

リングのペアリングでは、残りのリングを組み合わせて別のリングを作成します。

リングが XNUMX つのスイッチを介してインターフェイス リングに接続されている場合、これは次のように呼ばれます。 スイッチXNUMXつでリングをペアリング。 ローカル リングの XNUMX つのスイッチがインターフェイス リングに接続されている場合、これは次のようになります。 XNUMXつのスイッチによるペアリング.

デバイス上の 15 つのスイッチを介してペアリングする場合、両方のポートが使用されます。 この場合の収束時間は約 17 ～ XNUMX ミリ秒になります。 このようなペアリングでは、ペアリング スイッチが障害点になります。 このスイッチを失うと、リング全体が一度に失われます。 XNUMX つのスイッチを介してペアリングすると、これを回避できます。

重複したリングをマッチングすることも可能です。

パス制御


パス制御機能を使用すると、通常の動作時にデータが送信されるポートを設定できます。 チャネルに障害が発生し、ネットワークがバックアップ トポロジに再構築された場合、チャネルが復元された後、ネットワークは指定されたトポロジに再構築されます。

この機能により、バックアップ ケーブルを節約できます。 さらに、トラブルシューティングに使用されるトポロジは常にわかります。

メイン トポロジは 15 ミリ秒でバックアップ トポロジに切り替わります。 ネットワークが復旧してからの切り替えには約 30 ミリ秒かかります。

制限事項：

• デュアルリングとの併用はできません。
• この機能はネットワーク内のすべてのスイッチで有効にする必要があります。
• スイッチの XNUMX つはパス制御マスターとして構成されています。
• リカバリ後のメイン トポロジへの自動移行は、デフォルトで 1 秒後に行われます (このパラメータは、SNMP を使用して 0 秒から 99 秒の範囲で変更できます)。

動作原理

ERRの動作原理

たとえば、1 ～ 6 の XNUMX つのスイッチについて考えてみましょう。 スイッチをリング状に組み合わせました。 各スイッチは XNUMX つのポートを使用してリングに接続し、そのステータスを保存します。 スイッチはポートのステータスを相互に転送します。 デバイスはこのデータを使用してポートの初期状態を設定します。

ポートの役割は XNUMX つだけです - ブロックされました и 輸送.

最も大きい MAC アドレスを持つスイッチがそのポートをブロックします。 リング内の他のすべてのポートはデータを送信しています。

ブロックされたポートが動作を停止すると、MAC アドレスが最も大きい次のポートがブロックになります。

スイッチが起動すると、リング プロトコル データ ユニット（R-PDU）の送信が開始されます。 R-PDUはマルチキャストで送信されます。 R-PDU は、RSTP の BPDU と同様にサービス メッセージです。 R-PDU には、スイッチ ポートのステータスとその MAC アドレスが含まれています。

チャネル障害時のアクションのアルゴリズム
リンクに障害が発生すると、スイッチは R-PDU を送信して、ポートのステータスが変化したことを通知します。

チャンネルを復元するときのアクションのアルゴリズム
障害が発生したリンクがオンラインになると、スイッチは R-PDU を送信してポートにステータスの変化を通知します。

MAC アドレスが最も大きいスイッチが新しいルート スイッチになります。

障害が発生したチャネルはバックアップチャネルになります。

復元後、チャネル ポートの XNUMX つはブロックされたままとなり、XNUMX 番目のポートはフォワーディング ステートに移行します。 ブロックされたポートが最も高速なポートになります。 速度が等しい場合、MAC アドレスが最も大きいスイッチ ポートがブロックされます。 この原理により、最大速度でブロック状態からフォワーディング状態に移行するポートをブロックできます。

ネットワーク上のデバイスの最大数

ERR リング内のスイッチの最大数は 200 です。

ERR と RSTP 間の相互作用

RSTP は ERR と組み合わせて使用​​できます。 ただし、RSTP リングと ERR リングは XNUMX つのスイッチを介してのみ交差する必要があります。

サマリー

ERR は、典型的なトポロジを整理するのに最適です。 たとえば、リングや複製されたリングなどです。

このようなトポロジは、産業施設の冗長性のためによく使用されます。

さらに、ERR を利用すると、XNUMX 番目のトポロジは信頼性は低くなりますが、よりコスト効率よく実装できます。 これは複製リングを使用して行うことができます。

ただし、ERR を常に使用できるわけではありません。 かなりエキゾチックな計画があります。 私たちは、ある顧客で次のトポロジをテストしました。

この場合、ERRを適用することはできません。 このスキームでは RSTP を使用しました。 お客様は、コンバージェンス時間について 3 秒未満という厳しい要件を持っていました。 この時間を達成するには、ルート スイッチ (プライマリとバックアップ)、および手動モードでのポートのコストを明確に定義する必要がありました。

その結果、ERR にはコンバージェンス時間の点で顕著な利点がありますが、RSTP が提供する柔軟性はありません。

出所： habr.com