W sieci można znaleźć wiele materiałów na temat protokołu RSTP. W ramach tego artykułu proponuję porównać protokół RSTP z protokołem proprietarnym od – Extended Ring Redundancy.
Szczegóły implementacji RSTP
Ogólne informacje
Czas zbieżności – 1-10 s
Możliwe topologie – dowolna
Powszechne jest przekonanie, że RSTP pozwala łączyć przełączniki tylko w pierścień:
Jednak RSTP pozwala na łączenie przełączników w dowolny sposób. Na przykład, z taką topologią RSTP sobie poradzi.
Zasada działania
RSTP przekształca każdą topologię w drzewo. Jeden z przełączników staje się centrum topologii – przełącznikiem głównym. Przełącznik główny przepuszcza przez siebie największą ilość danych.
Zasada działania RSTP jest następująca:
- włączane jest zasilanie do przełączników;
- wybierany jest przełącznik główny;
- pozostałe przełączniki określają najszybszą drogę do przełącznika głównego;
- resztę kanałów blokuje się i uczynia rezerwowymi.
Wybór przełącznika głównego
Przełączniki z RSTP wymieniają się pakietami BPDU. BPDU to pakiet serwisowy, który zawiera informację o RSTP. BPDU występuje w dwóch typach:
- Configuration BPDU.
- Topology Change Notification.
Configuration BPDU jest używany do budowy topologii. Wysyła go tylko przełącznik główny. Configuration BPDU zawiera:
- identyfikator nadawcy (Bridge ID);
- identyfikator przełącznika głównego (Root Bridge ID);
- identyfikator portu, z którego wysłano dany pakiet (Port ID);
- koszt trasy do przełącznika głównego (Root Path Cost).
Topology Change Notification może wysłać każdy przełącznik. Wysyła się je w przypadku zmiany topologii.
Po włączeniu wszystkie przełączniki uznają się za główne. Zaczynają przesyłać pakiety BPDU. Gdy przełącznik otrzyma BPDU z mniejszym Bridge ID niż jego własny, przestaje go uznawać za główny.
Bridge ID składa się z dwóch wartości – adresu MAC i Bridge Priority. Adresu MAC nie możemy zmienić. Bridge Priority domyślnie wynosi 32768. Jeśli nie zmienimy Bridge Priority, to głównym stanie się przełącznik z najmniejszym adresem MAC. Przełącznik z najmniejszym adresem MAC to najstarszy i być może nie najmniej wydajny. Zaleca się ręczne określenie przełącznika głównego topologii. W tym celu na przełączniku głównym należy ustawić małe Bridge Priority (na przykład 0). Można także określić rezerwowy przełącznik główny, nadając mu nieco wyższe Bridge Priority (na przykład 4096).
Wybór ścieżki do głównego przełącznika
Główny przełącznik rozsyła pakiety BPDU do wszystkich aktywnych portów. BPDU ma pole Path Cost. Path Cost oznacza koszt ścieżki. Im wyższy koszt ścieżki, tym dłużej trwa przesyłanie pakietu. Gdy BPDU przechodzi przez port, do pola Path Cost dodawana jest wartość kosztu. Dodana liczba nazywana jest Port Cost.
Do Path Cost dodawana jest określona wartość podczas przechodzenia BPDU przez jakikolwiek port. Ta wartość, którą dodaje się, nazywana jest kosztami portu (Port Cost) i może być określona zarówno ręcznie, jak i automatycznie. Port Cost może być określony zarówno ręcznie, jak i automatycznie.
Gdy niegłówny przełącznik ma kilka alternatywnych ścieżek do głównego, wybiera najszybszą. Porównuje Path Cost tych ścieżek. Port, z którego przyszedł BPDU z najmniejszym Path Cost, staje się portem głównym (Root Port).
Koszty portów, które są przypisywane automatycznie, można zobaczyć w tabeli:
Prędkość transmisji danych portu
Koszt portu
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb/s
20 000
10 Gb/s
2 000
Role i statusy portów
Porty przełącznika mają kilka statusów i ról.
Statusy portów (dla STP):
- Disabled – nieaktywny.
- Blocking – słucha BPDU, ale nie przesyła. Nie przekazuje danych.
- Listening – słucha i przesyła BPDU. Nie przekazuje danych.
- Learning – słucha i przesyła BPDU. Przygotowuje się do przesyłania danych — wypełnia tabelę MAC-adresów.
- Forwarding – przesyła dane, słucha i przesyła BPDU.
Czas convergence STP wynosi 30-50 sekund. Po włączeniu przełącznika wszystkie porty przechodzą przez wszystkie statusy. W każdym statusie port znajduje się przez kilka sekund. Z tego powodu STP ma tak długi czas konwergencji. RSTP ma mniej statusów portów.
Statusy portów (dla RSTP):
- Discarding – nieaktywny.
- Discarding – słucha BPDU, ale nie przesyła. Nie przekazuje danych.
- Discarding – słucha i przesyła BPDU. Nie przekazuje danych.
- Learning – słucha i przesyła BPDU. Przygotowuje się do przesyłania danych — wypełnia tabelę MAC-adresów.
- Forwarding – przesyła dane, słucha i przesyła BPDU.
- W RSTP statusy Disabled, Blocking i Listening są połączone w jeden – Discarding.
Role portów:
- Root port – port, przez który przesyłane są dane. Jest to najszybsza ścieżka do głównego przełącznika.
- Designated port – port, przez który przesyłane są dane. Określony dla każdego segmentu LAN.
- Alternate port – port, przez który dane nie są przesyłane. Jest to alternatywna ścieżka do głównego przełącznika.
- Port zapasowy – port, przez który dane nie są przesyłane. Jest to awaryjna droga dla segmentu, w którym już podłączony jest jeden port z obsługą RSTP. Port zapasowy jest używany, jeśli dwa kanały przełącznika są podłączone do tego samego segmentu (czytaj: huba).
- Port wyłączony – RSTP jest wyłączone na tym porcie.
Wybór Root Port opisano powyżej. W jaki sposób wybierany jest Designated Port?
Na początek zdefiniujmy, czym jest segment LAN. Segment LAN to kolizja. domenę. Dla przełącznika lub routera każdy port tworzy osobną domenę kolizyjną. Segment LAN to kanał między przełącznikami lub routerami. Mówiąc o hubie, wszystkie porty huba znajdują się w jednej domenie kolizyjnej.
Na jeden segment przypisuje się tylko jeden Designated Port.
W przypadku segmentów, w których już są Root Porty, wszystko jest jasne. Drugi port segmentu staje się Designated Port.
Pozostają jednak kanały zapasowe, gdzie będzie jeden Designated Port i jeden Alternate Port. W jaki sposób będą one wybierane? Designated Port stanie się portem z najmniejszym Kosztem Ścieżki do korzeniowego przełącznika. Jeśli Koszty Ścieżki są równe, to Designated Port będzie tym portem, który znajduje się na przełączniku z najmniejszym ID mostu. Jeżeli ID mostu są również równe, to Designated Port staje się portem z najmniejszym numerem. Drugi port będzie Alternate.
Pozostał ostatni moment: kiedy portowi przypisywana jest rola Backup? Jak już wspomniano powyżej, port zapasowy jest używany tylko wtedy, gdy dwa kanały przełącznika są podłączone do jednego segmentu, czyli do huba. W tym przypadku Designated Port jest wybierany według tych samych kryteriów:
- Najmniejszy Koszt Ścieżki do korzeniowego przełącznika.
- Najmniejsze ID mostu.
- Najmniejsze ID portu.
Maksymalna liczba urządzeń w sieci
Standard IEEE 802.1D nie stawia rygorystycznych wymagań co do liczby urządzeń w LAN z RSTP. Ale standard zaleca użycie nie więcej niż 7 przełączników w jednej gałęzi (nie więcej niż 7 hopów), tj. nie więcej niż 15 w pierścieniu. Po przekroczeniu tej wartości czas konwergencji sieci zaczyna się wydłużać.
Szczegóły implementacji ERR.
Ogólne informacje
Czas zbieżności
Czas konwergencji ERR wynosi 15 ms. Przy maksymalnej liczbie przełączników w pierścieniu oraz posiadaniu połączeń pierścieni – 18 ms.
Możliwe topologie
ERR nie pozwala na swobodne łączenie urządzeń jak RSTP. ERR ma wyraźne topologie, które można stosować:
- Pierścień
- Podwójny pierścień
- Połączenie do trzech pierścieni
Pierścień
Gdy w ERR wszystkie przełączniki są połączone w jedno pierścień, na każdym przełączniku należy skonfigurować porty, które będą uczestniczyć w budowaniu pierścienia.
Podwójne pierścień
Przełączniki mogą być połączone w podwójne pierścień, co znacznie zwiększa niezawodność pierścienia.
Ograniczenia podwójnego pierścienia:
- Podwójne pierścień nie może być używane do łączenia przełączników z innymi pierścieniami. W tym celu konieczne jest zastosowanie Ring Coupling.
- Podwójne pierścień nie może być używane do pierścienia wspomagającego.
Łączenie pierścieni
Podczas łączenia w sieci może być nie więcej niż 200 urządzeń.
Łączenie pierścieni polega na połączeniu pozostałych pierścieni w jeszcze jeden pierścień.
Jeżeli pierścień łączy się z pierścieniem wspomagającym przez jeden przełącznik, nazywa się to łączenie pierścieni przez jeden przełącznik. Jeśli do pierścienia wspomagającego podłączone są dwa przełączniki z lokalnego pierścienia, będzie to łączenie przez dwa przełączniki.
Podczas łączenia przez jeden przełącznik oba porty w urządzeniu są używane. Czas konwergencji w tym przypadku wynosi około 15-17 ms. Przy takim łączeniu przełącznik wspomagający będzie punktem awarii, ponieważ utrata tego przełącznika prowadzi do utraty całego pierścienia. Łączenie przez dwa przełączniki pozwala uniknąć tej sytuacji.
Można łączyć duplikowane pierścienie.
Kontrola Ścieżki
Funkcja Kontroli Ścieżki pozwala na skonfigurowanie portów, przez które będą przesyłane dane w normalnym trybie pracy. Jeśli kanał ulegnie awarii i sieć przestawi się na rezerwową topologię, to po przywróceniu kanału sieć wróci do ustalonej topologii.
Funkcja ta pozwala na oszczędności w zakresie kabla rezerwowego. Co więcej, zawsze będziesz znał używaną topologię do diagnostyki.
Główna topologia przełącza się na rezerwową w ciągu 15 ms. Odwrócenie przełączenia po przywróceniu sieci zajmie około 30 ms.
Ograniczenia:
- Nie może być używana razem z Podwójnym Pierścieniem.
- Funkcja musi być włączona na wszystkich przełącznikach w sieci.
- Jeden z przełączników jest konfigurowany jako główny Kontroli Ścieżki.
- Automatyczne przełączenie na główną topologię po przywróceniu następuje po 1 sekundzie domyślnie (można zmienić ten parametr za pomocą SNMP w zakresie od 0 s do 99 s).
Zasada działania
Zasada działania ERR
Jako przykład rozważmy sześć przełączników – 1-6. Przełączniki są połączone w pierścień. Każdy przełącznik wykorzystuje dwa porty do połączenia z pierścieniem i przechowuje statusy tych portów. Przełączniki przesyłają statusy portów między sobą. Te dane urządzenia wykorzystują do ustalania początkowego stanu portów.
Porty mają zaledwie dwie role – Zablokowany i Przekazywanie.
Przełącznik z najwyższym adresem MAC blokuje port. Wszystkie pozostałe porty w pierścieniu przesyłają dane.
Jeśli zablokowany port przestaje działać, następny port z najwyższym adresem MAC staje się zablokowany.
Po uruchomieniu przełączniki zaczynają wysyłać Ring Protocol Data Unit (R-PDU). R-PDU jest przesyłane poprzez multicast. R-PDU to komunikat serwisowy, podobnie jak BPDU w RSTP. R-PDU zawiera statusy portów przełącznika oraz jego adres MAC.
Algorytm działania przy awarii kanału
Gdy kanał ulega awarii, przełączniki wysyłają R-PDU, aby powiadomić o zmianie statusu portów.
Algorytm działania przy przywracaniu kanału
Gdy awaryjny kanał jest przywracany do pracy, przełączniki wysyłają R-PDU, aby powiadomić o zmianie statusu portów.
Przełącznik z najwyższym adresem MAC staje się nowym przełącznikiem głównym.
Awaryjny kanał staje się rezerwowym.
Po przywróceniu jeden z portów kanału pozostaje zablokowany, a drugi przechodzi w stan przekazywania. Zablokowanym portem staje się port o najwyższej prędkości. Jeśli prędkości są równe, zablokowany będzie port przełącznika z najwyższym adresem MAC. Ta zasada pozwala zablokować port, który przejdzie z stanu zablokowanego do stanu przekazywania z maksymalną prędkością.
Maksymalna liczba urządzeń w sieci
Maksymalna liczba przełączników w ERR pierścieniu wynosi 200.
Interakcja ERR i RSTP
RSTP można stosować w połączeniu z ERR. Jednak pierścień RSTP i pierścień ERR muszą się krzyżować tylko przez jeden przełącznik.
Podsumowanie
ERR doskonale nadaje się do organizacji standardowych topologii. Na przykład pierścień lub pierścień podwójny.
Takie topologie są często stosowane do rezerwacji w obiektach przemysłowych.
Co więcej, przy pomocy ERR drugą topologię można zrealizować w sposób mniej niezawodny, ale bardziej budżetowy. Można to zrobić za pomocą podwójnego pierścienia.
Jednak nie zawsze można zastosować ERR. Zdarzają się wystarczająco egzotyczne schematy. Z jednym z naszych klientów testowaliśmy następującą topologię.
W tym przypadku zastosowanie ERR nie jest możliwe. W tej konfiguracji użyliśmy RSTP. Klient miał surowe wymagania dotyczące czasu zbiegu – poniżej 3 s. Aby osiągnąć ten czas, konieczne było precyzyjne określenie głównych przełączników (podstawowego i zapasowego), a także kosztów portów w trybie ręcznym.
W rezultacie ERR znacznie przewyższa RSTP pod względem czasu zbiegu, ale nie zapewnia takiej elastyczności, jaką oferuje RSTP.
Źródło: habr.com
