Você pode encontrar muitos materiais sobre o protocolo RSTP na Internet. Neste artigo, proponho comparar o protocolo RSTP com o protocolo proprietário da – Redundância de anel estendida.
Detalhes de implementação RSTP
Visão global
Tempo de convergência – 1-10s
Topologias possíveis - qualquer
É amplamente aceito que o RSTP permite apenas que os switches sejam conectados em um anel:
Mas o RSTP permite conectar switches da maneira que desejar. Por exemplo, o RSTP pode lidar com esta topologia.
princípio de funcionamento
O RSTP reduz qualquer topologia a uma árvore. Um dos switches se torna o centro da topologia - o switch raiz. O switch raiz transporta a maior parte dos dados por si mesmo.
O princípio de funcionamento do RSTP é o seguinte:
- a energia é fornecida aos interruptores;
- o switch raiz está selecionado;
- os switches restantes determinam o caminho mais rápido para o switch raiz;
- os canais restantes são bloqueados e se tornam backup.
Selecionando o switch raiz
Switches com RSTP trocam pacotes BPDU. Um BPDU é um pacote de serviço que contém informações RSTP. BPDU vem em dois tipos:
- Configuração BPDU.
- Notificação de alteração de topologia.
A configuração BPDU é usada para construir a topologia. Somente o switch raiz o envia. A configuração BPDU contém:
- ID do remetente (ID da ponte);
- ID da ponte raiz;
- identificador da porta de onde este pacote foi enviado (Port ID);
- custo da rota até o switch raiz (Root Path Cost).
Qualquer switch pode enviar uma notificação de alteração de topologia. Eles são enviados quando a topologia muda.
Após serem ligados, todos os switches se consideram root. Eles começam a transmitir pacotes BPDU. Assim que um switch recebe um BPDU com um Bridge ID inferior ao seu, ele não se considera mais o switch raiz.
Bridge ID consiste em dois valores - endereço MAC e prioridade de ponte. Não podemos alterar o endereço MAC. A prioridade da ponte por padrão é 32768. Se você não alterar a prioridade da ponte, o switch com o endereço MAC mais baixo se tornará o switch raiz. O switch com o menor endereço MAC é o mais antigo e pode não ter o melhor desempenho. É recomendado que você defina manualmente o switch raiz da sua topologia. Para fazer isso, você precisa configurar uma pequena prioridade de ponte (por exemplo, 0) no switch raiz. Você também pode definir um switch raiz de backup atribuindo-lhe uma prioridade de ponte um pouco mais alta (por exemplo, 4096).
Selecionando o caminho para o switch raiz
O switch raiz envia pacotes BPDU para todas as portas ativas. O BPDU possui um campo Path Cost. Custo do caminho denota o custo do caminho. Quanto maior o custo do caminho, mais tempo leva para o pacote ser transmitido. Quando um BPDU passa por uma porta, um custo é adicionado ao campo Path Cost. O número adicionado é denominado Custo da Porta.
Adiciona um determinado valor ao Path Cost quando um BPDU passa por uma porta. O valor que agrega é chamado de custo portuário e pode ser determinado manualmente ou automaticamente. O custo portuário pode ser determinado manualmente ou automaticamente.
Quando um switch não-raiz possui vários caminhos alternativos para a raiz, ele escolhe o mais rápido. Ele compara o custo do caminho desses caminhos. A porta da qual o BPDU veio com o menor custo de caminho torna-se a porta raiz.
Os custos das portas atribuídas automaticamente podem ser visualizados na tabela:
Taxa de transmissão da porta
Custo portuário
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb / s
20 000
10 Gb / s
2 000
Funções e status da porta
As portas do switch têm vários status e funções de porta.
Status da porta (para STP):
- Desativado – inativo.
- Bloqueio – escuta o BPDU, mas não transmite. Não transmite dados.
- Escuta – escuta e transmite BPDU. Não transmite dados.
- Aprendizagem – escuta e transmite BPDU. Prepara para transferência de dados - preenche a tabela de endereços MAC.
- Encaminhamento – encaminha dados, escuta e transmite BPDU.
O tempo de convergência STP é de 30 a 50 segundos. Após ligar o switch, todas as portas passam por todos os status. A porta permanece em cada status por vários segundos. Este princípio de funcionamento é o motivo pelo qual STP tem um tempo de convergência tão longo. O RSTP tem menos estados de porta.
Status da porta (para RSTP):
- Descartando – inativo.
- Descartando – escuta o BPDU, mas não transmite. Não transmite dados.
- Descartando – escuta e transmite BPDU. Não transmite dados.
- Aprendizagem – escuta e transmite BPDU. Prepara para transferência de dados - preenche a tabela de endereços MAC.
- Encaminhamento – encaminha dados, escuta e transmite BPDU.
- No RSTP, os status Desativado, Bloqueio e Escuta são combinados em um – Descartando.
Funções portuárias:
- Porta raiz – a porta através da qual os dados são transmitidos. Ele serve como o caminho mais rápido para o switch raiz.
- Porta designada – a porta através da qual os dados são transmitidos. Definido para cada segmento LAN.
- Porta alternativa – porta através da qual os dados não são transmitidos. É um caminho alternativo para o switch raiz.
- Porta de backup – porta através da qual os dados não são transferidos. É um caminho de backup para um segmento onde uma porta habilitada para RSTP já está conectada. A porta de backup é usada se dois canais de switch estiverem conectados a um segmento (hub de leitura).
- Porta desabilitada – o RSTP está desabilitado nesta porta.
A escolha da porta raiz está descrita acima. Como a porta designada é selecionada?
Primeiro de tudo, vamos definir o que é um segmento LAN. O segmento LAN é um domínio de colisão. Para um switch ou roteador, cada porta forma um domínio de colisão separado. O segmento LAN é um canal entre switches ou roteadores. Se falarmos sobre o hub, então o hub possui todas as suas portas no mesmo domínio de colisão.
Apenas uma Porta Designada é atribuída por segmento.
No caso de segmentos onde já existem Root Ports, tudo fica claro. O segundo porto do segmento passa a ser o Porto Designado.
Mas ainda restam canais de backup, onde haverá uma Porta Designada e uma Porta Alternativa. Como eles serão selecionados? A Porta Designada será a porta com o menor custo de caminho para o switch raiz. Se os custos do caminho forem iguais, a porta designada será a porta localizada no switch com o ID de ponte mais baixo. Se e Bridge ID forem iguais, a Porta Designada se tornará a porta com o número mais baixo. A segunda porta será Alternativa.
Há um último ponto: quando a função Backup é atribuída a uma porta? Conforme já escrito acima, a porta Backup é utilizada apenas quando dois canais de switch estão conectados ao mesmo segmento, ou seja, ao hub. Neste caso, o Porto Designado é selecionado usando exatamente os mesmos critérios:
- Menor custo de caminho para o switch raiz.
- Menor ID da ponte.
- Menor ID de porta.
Número máximo de dispositivos na rede
O padrão IEEE 802.1D não possui requisitos rígidos para o número de dispositivos em uma LAN com RSTP. Mas o padrão recomenda o uso de não mais que 7 switches em uma ramificação (não mais que 7 saltos), ou seja, não mais que 15 em um ringue. Quando este valor é excedido, o tempo de convergência da rede começa a aumentar.
Detalhes de implementação do ERR.
Visão global
Tempo de convergência
O tempo de convergência ERR é de 15 ms. Com o número máximo de interruptores no anel e a presença de emparelhamento de anel – 18 ms.
Topologias possíveis
ERR não permite que dispositivos sejam combinados livremente como RSTP. ERR possui topologias claras que podem ser usadas:
- Anel
- Anel duplicado
- Emparelhe até três anéis
Anel
Quando o ERR combina todos os switches em um anel, então em cada switch é necessário configurar as portas que participarão da construção do anel.
Anel duplo
Os interruptores podem ser combinados em um anel duplo, o que aumenta significativamente a confiabilidade do anel.
Limitações de toque duplo:
- Um anel duplo não pode ser usado para fazer interface de switches com outros anéis. Para fazer isso, você precisa usar o acoplamento de anel.
- Um anel duplo não pode ser usado como anel de acoplamento.
Anéis de emparelhamento
Ao emparelhar, não pode haver mais de 200 dispositivos na rede.
O emparelhamento de anéis envolve combinar os anéis restantes em outro anel.
Se o anel estiver conectado ao anel de interface através de um switch, isso é chamado emparelhamento de anéis através de um switch. Se dois switches do anel local estiverem conectados ao anel de interface, então isso será emparelhamento através de dois interruptores.
Ao emparelhar através de um switch no dispositivo, ambas as portas são usadas. O tempo de convergência neste caso será de aproximadamente 15-17 ms. Com esse emparelhamento, a chave de emparelhamento será um ponto de falha, porque Tendo perdido esta opção, todo o anel é perdido de uma só vez. O emparelhamento através de dois switches evita isso.
É possível combinar anéis duplicados.
Controle de caminho
A função Path Control permite configurar as portas através das quais os dados serão transmitidos em operação normal. Se o canal falhar e a rede for reconstruída para a topologia de backup, depois que o canal for restaurado, a rede será reconstruída de volta para a topologia especificada.
Este recurso permite que você economize no cabo reserva. Além disso, a topologia utilizada para solução de problemas sempre será conhecida.
A topologia principal muda para a topologia de backup em 15 ms. Voltar quando a rede for restaurada levará cerca de 30 ms.
Restrições:
- Não pode ser usado em conjunto com o Dual Ring.
- O recurso deve estar habilitado em todos os switches da rede.
- Um dos switches está configurado como mestre Path Control.
- A transição automática para a topologia principal após a recuperação ocorre após 1 segundo por padrão (este parâmetro pode ser alterado usando SNMP na faixa de 0 s a 99 s).
princípio de funcionamento
Princípio operacional do ERR
Por exemplo, considere seis opções – 1-6. Os interruptores são combinados em um anel. Cada switch usa duas portas para se conectar ao anel e armazena seus status. Alterna os status das portas entre si. Os dispositivos usam esses dados para definir o estado inicial das portas.
As portas têm apenas duas funções - Bloqueado и Encaminhamento.
O switch com o endereço MAC mais alto bloqueia sua porta. Todas as outras portas do anel estão transmitindo dados.
Se uma porta bloqueada parar de funcionar, a próxima porta com o endereço MAC mais alto será bloqueada.
Depois de inicializados, os switches começam a enviar Ring Protocol Data Units (R-PDUs). R-PDU é transmitido usando multicast. R-PDU é uma mensagem de serviço, assim como BPDU em RSTP. A R-PDU contém os status das portas do switch e seu endereço MAC.
Algoritmo de ações em caso de falha do canal
Quando um link falha, os switches enviam R-PDUs para notificar que o status das portas foi alterado.
Algoritmo de ações ao restaurar um canal
Quando um link com falha fica online, os switches enviam R-PDUs para notificar as portas sobre uma mudança no status.
O switch com o endereço MAC mais alto se torna o novo switch raiz.
O canal com falha torna-se um canal de backup.
Após a restauração, uma das portas do canal permanece bloqueada e a segunda é transferida para o estado de encaminhamento. A porta bloqueada se torna a porta com a velocidade mais alta. Se as velocidades forem iguais, a porta do switch com o endereço MAC mais alto será bloqueada. Este princípio permite bloquear uma porta que passará do estado bloqueado para o estado de encaminhamento na velocidade máxima.
Número máximo de dispositivos na rede
O número máximo de switches em um anel ERR é 200.
Interação entre ERR e RSTP
RSTP pode ser usado em combinação com ERR. Mas o anel RSTP e o anel ERR devem cruzar apenas um switch.
Resumo
ERR é ótimo para organizar topologias típicas. Por exemplo, um anel ou um anel duplicado.
Tais topologias são frequentemente utilizadas para redundância em instalações industriais.
Além disso, com a ajuda do ERR, a segunda topologia pode ser implementada de forma menos confiável, mas mais econômica. Isso pode ser feito usando um anel duplicado.
Mas nem sempre é possível utilizar o ERR. Existem esquemas bastante exóticos. Testamos a seguinte topologia com um de nossos clientes.
Neste caso, o ERR não é possível aplicar. Para este esquema usamos RSTP. O cliente tinha um requisito estrito de tempo de convergência - menos de 3 s. Para atingir este tempo foi necessário definir claramente os switches raiz (primário e backup), bem como o custo das portas em modo manual.
Como resultado, o ERR tem uma vantagem notável em termos de tempo de convergência, mas não oferece a flexibilidade que o RSTP oferece.
Fonte: habr.com