W Internecie można znaleźć wiele materiałów na temat protokołu RSTP. W tym artykule proponuję porównać protokół RSTP z protokołem zastrzeżonym firmy – Rozszerzona redundancja pierścieniowa.
Szczegóły implementacji RSTP
Ogólne infomracje
Czas konwergencji – 1-10 sek
Możliwe topologie - każdy
Powszechnie uważa się, że protokół RSTP umożliwia jedynie połączenie przełączników w pierścień:
Ale RSTP pozwala łączyć przełączniki w dowolny sposób. Na przykład RSTP może obsłużyć tę topologię.
Zasada działania
RSTP redukuje dowolną topologię do drzewa. Jeden z przełączników staje się centrum topologii – przełącznik główny. Przełącznik główny przenosi przez siebie najwięcej danych.
Zasada działania RSTP jest następująca:
- zasilanie jest dostarczane do przełączników;
- wybrano przełącznik główny;
- pozostałe przełączniki wyznaczają najszybszą ścieżkę do przełącznika głównego;
- pozostałe kanały są blokowane i stają się rezerwowe.
Wybór przełącznika głównego
Przełączniki z protokołem RSTP wymieniają pakiety BPDU. BPDU to pakiet usług zawierający informacje RSTP. BPDU występuje w dwóch typach:
- Konfiguracja BPDU.
- Powiadomienie o zmianie topologii.
Konfiguracja BPDU służy do budowy topologii. Wysyła go tylko przełącznik główny. Konfiguracja BPDU zawiera:
- identyfikator nadawcy (ID mostu);
- Identyfikator mostu głównego;
- identyfikator portu, z którego wysłano ten pakiet (Port ID);
- koszt trasy do przełącznika głównego (koszt ścieżki głównej).
Każdy przełącznik może wysłać powiadomienie o zmianie topologii. Są wysyłane w przypadku zmiany topologii.
Po włączeniu wszystkie przełączniki uważają się za przełączniki główne. Rozpoczynają transmisję pakietów BPDU. Gdy tylko przełącznik odbierze jednostkę BPDU z identyfikatorem mostu niższym niż jego własny, nie uważa się już za przełącznik główny.
Identyfikator mostu składa się z dwóch wartości – adresu MAC i priorytetu mostu. Nie możemy zmienić adresu MAC. Domyślny priorytet mostu to 32768. Jeśli priorytet mostu nie zostanie zmieniony, przełącznik z najniższym adresem MAC stanie się przełącznikiem głównym. Przełącznik z najmniejszym adresem MAC jest najstarszy i może nie być najskuteczniejszy. Zaleca się ręczne zdefiniowanie przełącznika głównego topologii. Aby to zrobić, musisz skonfigurować mały priorytet mostu (na przykład 0) na przełączniku głównym. Można także zdefiniować zapasowy przełącznik główny, nadając mu nieco wyższy priorytet mostu (na przykład 4096).
Wybór ścieżki do przełącznika głównego
Przełącznik główny wysyła pakiety BPDU do wszystkich aktywnych portów. Jednostka BPDU zawiera pole Koszt ścieżki. Koszt ścieżki oznacza koszt ścieżki. Im wyższy koszt ścieżki, tym dłużej trwa transmisja pakietu. Kiedy jednostka BPDU przechodzi przez port, w polu Koszt ścieżki dodawany jest koszt. Dodana liczba nazywa się kosztem portu.
Dodaje pewną wartość do kosztu ścieżki, gdy jednostka BPDU przechodzi przez port. Wartość, która dodaje, nazywana jest kosztem portu i może być określona ręcznie lub automatycznie. Koszt portu można określić ręcznie lub automatycznie.
Jeśli przełącznik inny niż root ma kilka alternatywnych ścieżek do katalogu głównego, wybiera najszybszą. Porównuje koszt ścieżki tych ścieżek. Port, z którego jednostka BPDU pochodzi z najniższym kosztem ścieżki, staje się portem głównym.
Koszty portów przypisanych automatycznie można zobaczyć w tabeli:
Szybkość transmisji 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 portów.
Statusy portów (dla STP):
- Wyłączone – nieaktywne.
- Blokowanie – nasłuchuje BPDU, ale nie transmituje. Nie przesyła danych.
- Słuchanie – słucha i transmituje BPDU. Nie przesyła danych.
- Uczenie się – słucha i transmituje BPDU. Przygotowuje do transmisji danych - wypełnia tabelę adresów MAC.
- Forwarding – przekazuje dane, nasłuchuje i przesyła BPDU.
Czas konwergencji STP wynosi 30-50 sekund. Po włączeniu przełącznika wszystkie porty przechodzą przez wszystkie stany. Port pozostaje w każdym stanie przez kilka sekund. Ta zasada działania jest powodem, dla którego STP ma tak długi czas zbieżności. RSTP ma mniej stanów portów.
Statusy portów (dla RSTP):
- Odrzucanie – nieaktywne.
- Discarding – nasłuchuje BPDU, ale nie transmituje. Nie przesyła danych.
- Discarding – nasłuchuje i transmituje BPDU. Nie przesyła danych.
- Uczenie się – słucha i transmituje BPDU. Przygotowuje do transmisji danych - wypełnia tabelę adresów MAC.
- Forwarding – przekazuje dane, nasłuchuje i przesyła BPDU.
- W RSTP statusy Wyłączony, Blokowanie i Słuchanie są łączone w jeden – Odrzucanie.
Role portów:
- Port główny – port, przez który przesyłane są dane. Służy jako najszybsza ścieżka do przełącznika głównego.
- Wyznaczony port – port, przez który przesyłane są dane. Zdefiniowane dla każdego segmentu sieci LAN.
- Port alternatywny – port, przez który nie są przesyłane dane. Jest to alternatywna ścieżka do przełącznika głównego.
- Port zapasowy – port, przez który nie są przesyłane dane. Jest to ścieżka zapasowa dla segmentu, do którego podłączony jest już jeden port obsługujący protokół RSTP. Port zapasowy jest używany, jeśli do jednego segmentu (koncentratora odczytu) podłączone są dwa kanały przełącznika.
- Wyłączony port – protokół RSTP jest wyłączony na tym porcie.
Wybór portu głównego opisano powyżej. W jaki sposób wybierany jest wyznaczony port?
Przede wszystkim zdefiniujmy, czym jest segment sieci LAN. Segment sieci LAN jest domeną kolizyjną. W przypadku przełącznika lub routera każdy port tworzy odrębną domenę kolizyjną. Segment LAN to kanał pomiędzy przełącznikami lub routerami. Jeśli mówimy o koncentratorze, wówczas wszystkie porty koncentratora znajdują się w tej samej domenie kolizyjnej.
Do segmentu przypisany jest tylko jeden wyznaczony port.
W przypadku segmentów, w których znajdują się już Root Porty, wszystko jest jasne. Drugi port w segmencie staje się portem wyznaczonym.
Pozostaną jednak kanały zapasowe, w których będzie jeden Port Wyznaczony i jeden Port Alternatywny. Jak zostaną wybrani? Wyznaczony port będzie portem o najniższym koszcie ścieżki do przełącznika głównego. Jeśli koszty ścieżki są równe, wyznaczony port będzie portem znajdującym się na przełączniku o najniższym identyfikatorze mostu. Jeśli i Bridge ID są równe, wówczas Wyznaczony Port staje się portem o najniższym numerze. Drugi port będzie alternatywny.
Pozostaje jeszcze ostatnia kwestia: kiedy do portu przypisana jest rola Backup? Jak już napisano powyżej, port Backup jest używany tylko wtedy, gdy dwa kanały przełącznika są podłączone do tego samego segmentu, czyli do koncentratora. W tym przypadku Wyznaczony Port jest wybierany na podstawie dokładnie tych samych kryteriów:
- Najniższy koszt ścieżki do przełącznika głównego.
- Najmniejszy identyfikator mostu.
- Najmniejszy identyfikator portu.
Maksymalna liczba urządzeń w sieci
Standard IEEE 802.1D nie ma ścisłych wymagań dotyczących liczby urządzeń w sieci LAN z RSTP. Jednak norma zaleca stosowanie nie więcej niż 7 przełączników w jednej gałęzi (nie więcej niż 7 przeskoków), tj. nie więcej niż 15 w ringu. Po przekroczeniu tej wartości czas zbieżności sieci zaczyna się wydłużać.
Szczegóły implementacji ERR.
Ogólne infomracje
Czas konwergencji
Czas zbieżności ERR wynosi 15 ms. Przy maksymalnej liczbie przełączeń w pierścieniu i obecności parowania pierścieni – 18 ms.
Możliwe topologie
ERR nie pozwala na dowolne łączenie urządzeń jako RSTP. ERR ma jasne topologie, które można zastosować:
- Pierścień
- Duplikat pierścionka
- Sparuj maksymalnie trzy pierścienie
Pierścień
Kiedy ERR łączy wszystkie przełączniki w jeden pierścień, wówczas na każdym przełączniku należy skonfigurować porty, które będą uczestniczyć w budowaniu pierścienia.
Podwójny pierścień
Przełączniki można łączyć w podwójny pierścień, co znacznie zwiększa niezawodność pierścienia.
Ograniczenia dotyczące podwójnego pierścienia:
- Podwójnego pierścienia nie można używać do łączenia przełączników z innymi pierścieniami. Aby to zrobić, musisz użyć sprzęgła pierścieniowego.
- Pierścienia podwójnego nie można używać jako pierścienia współpracującego.
Parowanie pierścieni
Podczas parowania w sieci może znajdować się nie więcej niż 200 urządzeń.
Parowanie pierścieni polega na łączeniu pozostałych pierścieni w inny pierścień.
Jeśli pierścień jest podłączony do pierścienia interfejsu za pomocą jednego przełącznika, nazywa się to parowanie pierścieni za pomocą jednego przełącznika. Jeśli dwa przełączniki z pierścienia lokalnego zostaną podłączone do pierścienia interfejsu, to tak będzie parowanie za pomocą dwóch przełączników.
Podczas parowania za pomocą jednego przełącznika na urządzeniu używane są oba porty. Czas zbieżności w tym przypadku będzie wynosić około 15-17 ms. Przy takim parowaniu przełącznik parowania będzie punktem awarii, ponieważ Po utracie tego przełącznika cały pierścień zostaje natychmiast utracony. Parowanie za pomocą dwóch przełączników pozwala uniknąć tego.
Istnieje możliwość dopasowania duplikatów pierścionków.
Kontrola ścieżki
Funkcja Path Control pozwala skonfigurować porty, przez które dane będą przesyłane podczas normalnej pracy. Jeżeli kanał ulegnie awarii i sieć zostanie odbudowana do topologii zapasowej, to po przywróceniu kanału sieć zostanie odbudowana do określonej topologii.
Ta funkcja pozwala zaoszczędzić na kablu zapasowym. Co więcej, topologia używana do rozwiązywania problemów będzie zawsze znana.
Topologia główna przełącza się na topologię rezerwową w ciągu 15 ms. Ponowne przełączenie po przywróceniu sieci zajmie około 30 ms.
Ograniczenia:
- Nie można używać w połączeniu z podwójnym pierścieniem.
- Ta funkcja musi być włączona na wszystkich przełącznikach w sieci.
- Jeden z przełączników jest skonfigurowany jako master Path Control.
- Automatyczne przejście do topologii głównej po powrocie następuje domyślnie po 1 sekundzie (parametr ten można zmienić za pomocą protokołu SNMP w zakresie od 0 s do 99 s).
Zasada działania
Zasada działania ERR
Rozważmy na przykład sześć przełączników – 1-6. Przełączniki są połączone w pierścień. Każdy przełącznik wykorzystuje dwa porty do połączenia z pierścieniem i przechowuje ich statusy. Przełącza między sobą statusy portów. Urządzenia wykorzystują te dane do ustawienia stanu początkowego portów.
Porty pełnią tylko dwie role - Zablokowany и Przekierowanie.
Przełącznik z najwyższym adresem MAC blokuje swój port. Wszystkie pozostałe porty w pierścieniu przesyłają dane.
Jeśli zablokowany port przestanie działać, następny port z najwyższym adresem MAC zostanie zablokowany.
Po uruchomieniu przełączniki rozpoczynają wysyłanie jednostek danych protokołu pierścieniowego (R-PDU). R-PDU jest przesyłane przy użyciu multiemisji. R-PDU jest komunikatem serwisowym, podobnie jak BPDU w RSTP. R-PDU zawiera statusy portów przełącznika i jego adres MAC.
Algorytm postępowania w przypadku awarii kanału
W przypadku awarii łącza przełączniki wysyłają jednostki R-PDU w celu powiadomienia o zmianie stanu portów.
Algorytm działań podczas przywracania kanału
Kiedy uszkodzone łącze staje się online, przełączniki wysyłają R-PDU, aby powiadomić porty o zmianie statusu.
Przełącznik z najwyższym adresem MAC staje się nowym przełącznikiem głównym.
Kanał, który uległ awarii, staje się kanałem zapasowym.
Po przywróceniu jeden z portów kanału pozostaje zablokowany, a drugi przechodzi w stan przekazywania. Zablokowany port staje się portem o najwyższej prędkości. Jeśli prędkości są równe, port przełącznika z najwyższym adresem MAC zostanie zablokowany. Zasada ta pozwala na zablokowanie portu, który z maksymalną prędkością przejdzie ze stanu zablokowanego do stanu przekierowania.
Maksymalna liczba urządzeń w sieci
Maksymalna liczba przełączników w pierścieniu ERR wynosi 200.
Interakcja pomiędzy ERR i RSTP
RSTP może być używany w połączeniu z ERR. Ale pierścień RSTP i pierścień ERR mogą przecinać się tylko przez jeden przełącznik.
Streszczenie
ERR doskonale nadaje się do organizowania typowych topologii. Na przykład pierścionek lub zduplikowany pierścionek.
Takie topologie są często stosowane w celu zapewnienia redundancji w obiektach przemysłowych.
Co więcej, za pomocą ERR drugą topologię można wdrożyć mniej niezawodnie, ale bardziej opłacalnie. Można to zrobić za pomocą duplikatu pierścienia.
Ale nie zawsze można użyć ERR. Istnieją dość egzotyczne schematy. Przetestowaliśmy następującą topologię z jednym z naszych klientów.
W takim przypadku ERR nie ma możliwości zastosowania. W tym schemacie użyliśmy protokołu RSTP. Klient miał rygorystyczne wymagania dotyczące czasu zbieżności - poniżej 3 s. Aby osiągnąć ten czas, konieczne było jasne określenie przełączników głównych (podstawowego i zapasowego), a także kosztu portów w trybie ręcznym.
W rezultacie ERR ma zauważalną przewagę pod względem czasu zbieżności, ale nie zapewnia elastyczności, jaką zapewnia RSTP.
Źródło: www.habr.com