É possível encontrar muitos materiais sobre o protocolo RSTP na internet. Neste artigo, proponho comparar o protocolo RSTP com o protocolo proprietário de – Redundância de Anel Estendida.
Detalhes da implementação do RSTP
Visão geral
Tempo de convergência – 1-10 s
Topologias possíveis – qualquer uma
É comum pensar que o RSTP permite conectar switches apenas em anéis:
Mas o RSTP permite conectar switches de maneira arbitrária. Por exemplo, com esta topologia, o RSTP funciona bem.
Princípio de funcionamento
O RSTP transforma qualquer topologia em uma árvore. Um dos switches se torna o centro da topologia – o switch raiz. O switch raiz passa a maior quantidade de dados.
O princípio de funcionamento do RSTP é o seguinte:
- eletrificação dos switches;
- seleção do switch raiz;
- os outros switches determinam o caminho mais rápido até o switch raiz;
- as conexões restantes são bloqueadas e se tornam reservas.
Seleção do switch raiz
Os switches com RSTP trocam pacotes BPDU. BPDU é um pacote de serviço que contém informações do RSTP. Existem dois tipos de BPDU:
- Configuration BPDU.
- Topology Change Notification.
Configuration BPDU é usada para construir a topologia. É enviada apenas pelo switch raiz. O Configuration BPDU contém:
- identificador do remetente (Bridge ID);
- identificador do switch raiz (Root Bridge ID);
- identificador da porta de onde este pacote foi enviado (Port ID);
- custo do caminho até o switch raiz (Root Path Cost).
Topology Change Notification pode ser enviado por qualquer switch. Eles são enviados em caso de alteração da topologia.
Após a ligação, todos os switches se consideram raízes. Eles começam a transmitir pacotes BPDU. Assim que um switch recebe um BPDU com um Bridge ID menor que o seu próprio, ele deixa de se considerar raiz.
O Bridge ID consiste em dois valores – endereço MAC e Bridge Priority. O endereço MAC não pode ser alterado. O Bridge Priority, por padrão, é 32768. Se não mudar o Bridge Priority, o switch raiz será aquele com o menor endereço MAC. O switch com o menor endereço MAC é o mais antigo e, possivelmente, não o mais eficiente. Recomenda-se definir manualmente o switch raiz da topologia. Para isso, é necessário configurar um Bridge Priority baixo (por exemplo, 0) no switch raiz. Também é possível designar um switch raiz de reserva, atribuindo-lhe um Bridge Priority um pouco maior (por exemplo, 4096).
Escolha do caminho até o switch raiz
O switch raiz envia pacotes BPDU para todas as portas ativas. O BPDU tem um campo chamado custo do caminho. O custo do caminho representa o custo da rota. Quanto maior o custo do caminho, mais tempo leva para o pacote ser transmitido. Quando o BPDU passa por uma porta, o custo é adicionado ao campo custo do caminho. O número adicionado é chamado de custo da porta.
Um determinado valor é adicionado ao custo do caminho quando o BPDU passa por alguma porta. Esse valor, que é adicionado, é chamado de custo da porta (Port Cost) e pode ser configurado manualmente ou automaticamente. O custo da porta pode ser definido tanto manual quanto automaticamente.
Quando um switch não raiz tem várias rotas alternativas até o raiz, ele escolhe a mais rápida. Ele compara os custos dos caminhos. A porta pela qual o BPDU chegou com o menor custo do caminho se torna a porta raiz (Root Port).
Os custos das portas atribuídos automaticamente podem ser vistos na tabela:
Taxa de transferência da porta
Custo da porta
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb/s
20 000
10 Gb/s
2 000
Funções e estados das portas
As portas do switch têm vários estados e funções.
Estados das portas (para STP):
- Desativado – inativo.
- Bloqueando – escuta BPDU, mas não transmite. Não transmite dados.
- Ouvindo – escuta e transmite BPDU. Não transmite dados.
- Aprendendo – escuta e transmite BPDU. Preparando-se para transmitir dados — preenchendo a tabela de endereços MAC.
- Transmitindo – transmite dados, escuta e transmite BPDU.
O tempo de convergência do STP é de 30 a 50 segundos. Após a ativação do switch, todas as portas passam por todos os estados. Em cada estado, a porta permanece por alguns segundos. Devido a esse princípio de funcionamento, o STP tem um tempo de convergência longo. O RSTP tem menos estados de portas.
Estados das portas (para RSTP):
- Descartando – inativo.
- Descartando – escuta BPDU, mas não transmite. Não transmite dados.
- Descartando – escuta e transmite BPDU. Não transmite dados.
- Aprendendo – escuta e transmite BPDU. Preparando-se para transmitir dados — preenchendo a tabela de endereços MAC.
- Transmitindo – transmite dados, escuta e transmite BPDU.
- No RSTP, os estados Desativado, Bloqueando e Ouvindo foram combinados em um só – Descartando.
Funções das portas:
- Porta raiz – a porta pela qual os dados são transmitidos. Ela serve como o caminho mais rápido para o switch raiz.
- Porta designada – a porta pela qual os dados são transmitidos. Determinada para cada segmento de LAN.
- Porta alternativa – a porta pela qual os dados não são transmitidos. Ela é um caminho alternativo para o switch raiz.
- Porta de Backup – a porta pela qual os dados não são transmitidos. É um caminho de reserva para um segmento que já tem uma porta conectada com suporte a RSTP. A porta de Backup é usada quando dois canais de um switch estão conectados a um mesmo segmento (ou seja, a um hub).
- Porta Desativada – RSTP está desligado nesta porta.
A escolha da Porta Raiz foi descrita acima. Como a Porta Designada é escolhida?
Primeiro, vamos definir o que é um segmento LAN. Um segmento LAN é um domínio de colisão. o domínio. Para um switch ou roteador, cada porta forma um domínio de colisão separado. Um segmento LAN é um canal entre switches ou roteadores. Em relação a um hub, todas as portas de um hub estão em um único domínio de colisão.
Apenas uma Porta Designada é atribuída a um segmento.
No caso de segmentos que já têm Portas Raiz, tudo é claro. A segunda porta do segmento torna-se a Porta Designada.
Mas permanecem os canais de reserva, onde haverá uma Porta Designada e uma Porta Alternativa. Como elas serão selecionadas? A Porta Designada será a porta com o menor Custo de Caminho até o switch raiz. Se os Custos de Caminho forem iguais, a Porta Designada será a porta no switch com o menor ID de Ponte. Se o ID de Ponte também for igual, a Porta Designada será a porta com o menor número. A segunda porta será a Alternativa.
Ficou uma última questão: quando uma porta recebe o papel de Backup? Como já foi mencionado acima, a porta de Backup é usada apenas quando dois canais de um switch estão conectados a um mesmo segmento, ou seja, a um hub. Nesse caso, a Porta Designada é escolhida de acordo com os mesmos critérios:
- Menor Custo de Caminho até o switch raiz.
- Menor ID de Ponte.
- Menor ID de Porta.
Número máximo de dispositivos na rede
O padrão IEEE 802.1D não impõe requisitos rigorosos quanto ao número de dispositivos em uma LAN com RSTP. No entanto, o padrão recomenda o uso de no máximo 7 switches em um único ramo (não mais que 7 saltos), ou seja, não mais que 15 em um anel. Quando esse número é excedido, o tempo de convergência da rede começa a aumentar.
Detalhes da implementação do ERR.
Visão geral
Tempo de convergência
O tempo de convergência do ERR é de 15 ms. Com o número máximo de switches em um anel e com a interconexão dos anéis – 18 ms.
Topologias possíveis
O ERR não permite uma união livre de dispositivos como o RSTP. O ERR possui topologias bem definidas que podem ser utilizadas:
- Anel
- Anel Duplicado
- Interconexão de até três anéis
Anel
Quando os switches são unidos em um anel único no ERR, é necessário configurar as portas em cada switch que participarão na construção do anel.
Anel Duplo
Os switches podem ser agrupados em um anel duplo, o que aumenta significativamente a confiabilidade do anel.
Restrições do Anel Duplo:
- O anel duplo não pode ser usado para conectar switches a outros anéis. Para isso, é necessário utilizar o Coupling de Anel.
- O anel duplo não pode ser utilizado para o anel de acoplamento.
Acoplamento de Anéis
Ao acoplar, pode haver no máximo 200 dispositivos na rede.
O acoplamento de anéis implica unir outros anéis em um único anel.
Se um anel estiver conectado ao anel de acoplamento através de um único switch, isso é chamado de acoplamento de anéis através de um único switch. Se dois switches do anel local estão conectados ao anel de acoplamento, isso será acoplamento através de dois switches.
Ao acoplar através de um único switch, ambos os ports são utilizados no dispositivo. O tempo de convergência neste caso será de aproximadamente 15-17 ms. Com este acoplamento, o switch de acoplamento será um ponto de falha, pois perder esse switch resulta na perda de todo o anel. O acoplamento através de dois switches permite evitar isso.
É possível acoplar anéis duplicados.
Controle de Caminho
A função Controle de Caminho permite configurar as portas pelas quais os dados serão transmitidos em operação normal. Se o canal falhar e a rede se reestruturar para uma topologia de reserva, após a recuperação do canal, a rede se reestruturará de volta para a topologia atribuída.
Essa função ajuda a economizar no cabo de reserva. Além disso, sempre será conhecida a topologia utilizada para resolução de problemas.
A topologia principal muda para a de reserva em 15 ms. O retorno à topologia original após a recuperação da rede levará cerca de 30 ms.
Restrições:
- Não pode ser usado em conjunto com o Anel Duplo.
- A função deve ser habilitada em todos os switches da rede.
- Um dos switches é configurado como mestre do Controle de Caminho.
- A transição automática para a topologia principal após a recuperação é realizada após 1 segundo por padrão (este parâmetro pode ser alterado via SNMP entre 0 s e 99 s).
Princípio de funcionamento
Princípio de funcionamento do ERR
Como exemplo, consideremos seis switches – 1-6. Os switches estão interligados em um anel. Cada switch utiliza duas portas para se conectar ao anel e armazena seus status. Os switches transmitem os status das portas uns para os outros. Esses dados são utilizados pelos dispositivos para determinar o estado inicial das portas.
As portas têm apenas dois papéis – Bloqueado e Encaminhamento.
O switch com o maior endereço MAC bloqueia sua porta. Todas as outras portas no anel transmitem dados.
Se a porta Bloqueada parar de funcionar, a próxima porta com o maior endereço MAC se torna Bloqueada.
Após a inicialização, os switches começam a enviar a Unidade de Dados do Protocolo de Anel (R-PDU). O R-PDU é transmitido por meio de multicast. O R-PDU é uma mensagem de serviço, assim como o BPDU no RSTP. O R-PDU contém os status das portas do switch e seu endereço MAC.
Algoritmo de ações em caso de falha de canal
Quando um canal falha, os switches enviam R-PDU para notificar sobre a mudança no status das portas.
Algoritmo de ações em caso de recuperação de canal
Quando o canal que falhou é reativado, os switches enviam R-PDU para notificar sobre a mudança no status das portas.
O switch com o maior endereço MAC se torna o novo switch raiz.
O canal que falhou se torna de reserva.
Após a recuperação, uma das portas do canal permanece bloqueada, enquanto a outra é colocada em estado de encaminhamento. A porta bloqueada é a que tem a maior velocidade. Se as velocidades forem iguais, então a porta a ser bloqueada será a do switch com o maior endereço MAC. Esse princípio permite bloquear a porta que mudará do estado bloqueado para o estado de encaminhamento com a maior velocidade.
Número máximo de dispositivos na rede
O número máximo de switches em um anel ERR é 200.
Interação entre ERR e RSTP
O RSTP pode ser usado em conjunto com o ERR. Mas o anel RSTP e o anel ERR devem se cruzar apenas através de um switch.
Resumo
O ERR é ideal para a organização de topologias padrão. Por exemplo, um anel ou um anel duplicado.
Essas topologias são frequentemente usadas para redundância em instalações industriais.
Além disso, com o ERR, a segunda topologia pode ser implementada de forma menos confiável, mas mais econômica. Isso pode ser feito usando um anel duplicado.
No entanto, nem sempre é possível aplicar o ERR. Existem esquemas bastante exóticos. Com um de nossos clientes, testamos a seguinte topologia.
Neste caso, não é possível aplicar o ERR. Para esse esquema, utilizamos o RSTP. O cliente tinha uma exigência rigorosa de tempo de convergência – menos de 3 s. Para alcançar esse tempo, era necessário definir claramente os switches raiz (primário e de backup), bem como os custos das portas manualmente.
Como resultado, o ERR tem uma vantagem significativa em tempo de convergência, mas não oferece a mesma flexibilidade que o RSTP.
Fonte: habr.com
