V sieti je možné nájsť mnoho materiálov týkajúcich sa protokolu RSTP. V rámci tohto článku navrhujem porovnať protokol RSTP s proprietárnym protokolom od – Extended Ring Redundancy.
Podrobnosti implementácie RSTP
Základné informácie
Čas zhodnotenia – 1-10 s
Možné topológie – akákoľvek
Rozšírený názor je, že RSTP umožňuje spájať prepínače len do krúhu:
Ale RSTP umožňuje spájať prepínače akýmkoľvek spôsobom. Napríklad, s takouto topológiou si RSTP poradí.
Princíp činnosti
RSTP redukuje akúkoľvek topológiu na strom. Jeden z prepínačov sa stáva centrom topológie – koreňovým prepínačom. Koreňový prepínač prepúšťa najväčšie množstvo dát.
Princíp činnosti RSTP je nasledovný:
- napájanie sa poskytuje prepínačom;
- vyberie sa koreňový prepínač;
- ostatné prepínače určujú najrýchlejšiu cestu k koreňovému prepínaču;
- ostatné kanály sú zablokované a stávajú sa záložnými.
Výber koreňového prepínača
Prepínače s RSTP si vymieňajú BPDU pakety. BPDU je servisný paket, ktorý obsahuje informácie RSTP. BPDU je dvoch typov:
- Configuration BPDU.
- Topology Change Notification.
Configuration BPDU sa používa na vytváranie topológie. Posiela ho iba koreňový prepínač. Configuration BPDU obsahuje:
- identifikátor odosielateľa (Bridge ID);
- identifikátor koreňového prepínača (Root Bridge ID);
- identifikátor portu, z ktorého bol tento paket odoslaný (Port ID);
- náklady na trasu k koreňovému prepínaču (Root Path Cost).
Topology Change Notification môže poslať akýkoľvek prepínač. Posielajú sa v prípade zmeny topológie.
Po zapnutí si všetky prepínače myslia, že sú koreňové. Začnú prenášať pakety BPDU. Akonáhle prepínač prijme BPDU s menším Bridge ID, ako je jeho vlastný, prestane sa považovať za koreňový.
ID mostu sa skladá z dvoch hodnôt – MAC adresy a Bridge Priority. MAC adresu nemôžeme zmeniť. Bridge Priority je predvolene nastavené na 32768. Ak nezmeníme Bridge Priority, root switch sa stane prepínačom s najnižšou MAC adresou. Prepínač s najnižšou MAC adresou je najstarší a možno aj menej výkonný. Odporúča sa manuálne určiť root switch topológie. Na tento účel je potrebné na root switchi nastaviť malé Bridge Priority (napríklad 0). Takisto je možné určiť záložný root switch priradením trochu vyššieho Bridge Priority (napríklad 4096).
Výber cesty k root switchu
Root switch rozosiela na všetky aktívne porty pakety BPDU. BPDU má pole Path Cost. Path Cost označuje náklady na cestu. Čím vyššie sú náklady na cestu, tým dlhšie sa cez ňu prenáša paket. Keď BPDU prejde cez port, do poľa Path Cost sa pridávajú náklady. Pridané číslo sa nazýva Port Cost.
K Path Cost sa pridáva určitá hodnota pri prechode BPDU cez niektorý port. Táto pridaná hodnota sa nazýva Port Cost a môže byť určená ako ručne, tak aj automaticky. Port Cost môže byť určený ako ručne, tak aj automaticky.
Keď non-root switch má niekoľko alternatívnych ciest k root switchu, vyberie si najrýchlejšiu. Porovnáva Path Cost týchto ciest. Ten port, z ktorého prišiel BPDU s najnižším Path Cost, sa stáva root portom.
Náklady na porty, ktoré sú priradené automaticky, si môžete pozrieť v tabuľke:
Rýchlosť prenosu dát portu
Náklady na port
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb/s
20 000
10 Gb/s
2 000
Roly a stavy portov
Porty prepínača majú niekoľko stavov a rolí portov.
Stavy portov (pre STP):
- Disabled – neaktívny.
- Blocking – počúva BPDU, ale-neprenašajú. Údaje neprenáša.
- Listening – počúva a prenáša BPDU. Údaje neprenáša.
- Learning – počúva a prenáša BPDU. Pripravuje sa na prenos údajov — plní tabuľku MAC adries.
- Forwarding – prenáša údaje, počúva a prenáša BPDU.
Čas convergence STP – 30-50 sekúnd. Po zapnutí prepínača všetky porty prechádzajú všetkými stavmi. V každom stave port zotrváva niekoľko sekúnd. Z tohto dôvodu má STP tak dlhý čas convergence. RSTP má menej stavov portov.
Stavy portov (pre RSTP):
- Discarding – neaktívny.
- Discarding – počúva BPDU, ale neprenáša. Údaje neprenáša.
- Discarding – počúva a prenáša BPDU. Údaje neprenáša.
- Learning – počúva a prenáša BPDU. Pripravuje sa na prenos údajov — plní tabuľku MAC adries.
- Forwarding – prenáša údaje, počúva a prenáša BPDU.
- V RSTP sú stavy Disabled, Blocking a Listening zlúčené do jedného – Discarding.
Roly portov:
- Root port – port, cez ktorý sa prenášajú údaje. Je to najrýchlejšia cesta k root switchu.
- Designated port – port, cez ktorý sa prenášajú údaje. Je určený pre každý segment LAN.
- Alternate port – port, cez ktorý sa údaje neprenášajú. Je to alternatívna cesta k root switchu.
- Backup port – port, cez ktorý sa údaje neprenášajú. Je to záložná cesta pre segment, kde je už pripojený jeden port s podporou RSTP. Backup port sa používa, ak sú dva kanály switcha pripojené k jednému segmentu (teda hubu).
- Disabled port – na tomto porte je RSTP vypnuté.
Voľba Root Port je popísaná vyššie. Akým spôsobom sa vyberá Designated port?
Predovšetkým si definujme, čo je segment LAN. Segment LAN je kolízny domény. Pre switch alebo router vytvára každý port samostatnú kolíznu doménu. Segment LAN je kanál medzi switchmi alebo routre. Ak hovoríme o huboch, všetky porty hubu sú v jednej kolíznej doméne.
Na jeden segment je určený iba jeden Designated Port.
V prípade segmentov, kde už existujú Root Porty, je to jasné. Druhý port segmentu sa stáva Designated Port.
Ale zostávajú záložné kanály, kde bude jeden Designated Port a jeden Alternate Port. Ako sa budú vyberať? Designated Port sa stane portom s najnižším Path Cost k root switchu. Ak sú Path Costs rovnaké, Designated Port bude ten port, ktorý sa nachádza na switchi s najnižším Bridge ID. Ak sú aj Bridge ID rovnaké, Designated Port sa stáva portom s najnižším číslom. Druhý port bude Alternate.
Zostal posledný okamih: kedy je portu priradená úloha Backup? Ako už bolo uvedené vyššie, Backup port sa používa iba v prípade, že sú dva kanály switcha pripojené k jednému segmentu, teda k hubu. V tomto prípade sa Designated Port vyberá presne podľa tých istých kritérií:
- Najnižší Path Cost k root switchu.
- Najnižšie Bridge ID.
- Najnižšie Port ID.
Maximálny počet zariadení v sieti
Štandard IEEE 802.1D neudáva prísne požiadavky na počet zariadení v LAN s RSTP. Avšak štandard odporúča používať najviac 7 prepínačov v jednom ramene (nie viac ako 7 skokov), teda najviac 15 v kruhu. Pri prekročení tejto hodnoty sa začína zvyšovať doba konvergencie siete.
Podrobnosti o implementácii ERR.
Základné informácie
Čas zhodnotenia
Doba konvergencie ERR je 15 ms. Pri maximálnom počte prepínačov v kruhu a prítomnosti prepojenia kruhov – 18 ms.
Možné topológie
ERR neumožňuje voľné spájanie zariadení ako RSTP. ERR má jasné topológie, ktoré je možné použiť:
- Kruh
- Duplicovaný kruh
- Prepojenie až troch kruhov
Kruh
Keď sú všetky prepínače v ERR spojené do jedného kruhu, je potrebné na každom prepínači nastaviť porty, ktoré sa zúčastnia na vytvorení kruhu.
Dvojitý kruh
Prepínače môžu byť spojené do dvojitého kruhu, čo výrazne zvyšuje spoľahlivosť kruhu.
Obmedzenia dvojitého kruhu:
- Dvojitý kruh nemôže byť použitý na prepojenie prepínačov s inými kruhmi. Na to je potrebné použiť Ring Coupling.
- Dvojitý kruh nemôže byť použitý pre kruh prepojenia.
Prepojenie kruhov
Pri prepojení môže byť v sieti maximálne 200 zariadení.
Prepojenie kruhov predpokladá spájanie ostatných kruhov do ešte jedného kruhu.
Ak je kruh pripojený k kruhu prepojenia cez jeden prepínač, nazýva sa to prepojenie kruhov cez jeden prepínač. Ak sú k kruhu prepojenia pripojené dva prepínače z lokálneho kruhu, bude to prepojenie cez dva prepínače.
Pri prepojení cez jeden prepínač sú aktívne oba porty na zariadení. Doba konvergencie v tomto prípade bude približne 15-17 ms. Pri takomto prepojení bude prepínač prepojenia bodom zlyhania, pretože stratou tohto prepínača okamžite zanikne celý kruh. Prepojenie cez dva prepínače toto riziko eliminuje.
Je možné prepojovať duplicované kruhy.
Path Control
Funkcia Path Control umožňuje nastaviť porty, cez ktoré budú dáta prenášané v normálnom prevádzkovom režime. Ak kanál zlyhá a sieť sa prestaví na zálohovú topológiu, po obnovení kanála sa sieť prestaví späť na zadanú topológiu.
Táto funkcia umožňuje ušetriť na náhradnom káble. Navyše, vždy bude známa používaná topológia pre troubleshooting.
Hlavná topológia prepína na náhradnú za 15 ms. Obnovenie späť pri obnovení siete bude trvať približne 30 ms.
Obmedzenia:
- Nemôže byť použitý spolu s Dual Ring.
- Funkcia musí byť zapnutá na všetkých prepínačoch v sieti.
- Jeden z prepínačov je nastavený ako hlavný Path Control.
- Automatický prechod na hlavnú topológiu po obnovení sa uskutočňuje po 1 sekunde ako predvolené (túto hodnotu je možné zmeniť pomocou SNMP v rozmedzí 0-99 sekúnd).
Princíp činnosti
Princíp činnosti ERR
Pre príklad zvážime šesť prepínačov – 1-6. Prepínače sú spojené do kruhu. Každý prepínač využíva dva porty na pripojenie k kruhu a uchováva ich stavy. Prepínače si navzájom posielajú stavy portov. Tieto údaje zariadenia používajú na nastavenie počiatočného stavu portov.
Porty majú iba dve úlohy – Blocked a Forwarding.
Prepínač s najvyššou MAC adresou zablokuje svoj port. Všetky ostatné porty v kruhu prenášajú dáta.
Ak zablokovaný port prestane fungovať, ďalší port s najvyššou MAC adresou sa stáva zablokovaným.
Po štarte prepínače začnú posielať Ring Protocol Data Unit (R-PDU). R-PDU sa prenáša pomocou multicastu. R-PDU je servisná správa, rovnako ako BPDU v RSTP. R-PDU obsahuje stavy portov prepínača a jeho MAC adresu.
Algoritmus činnosti pri poruche kanála
Keď kanál zlyhá, prepínače posielajú R-PDU na oznámenie o zmene stavu portov.
Algoritmus činnosti pri obnovení kanála
Keď sa poruchový kanál uvedie do prevádzky, prepínače posielajú R-PDU na oznámenie o zmene stavu portov.
Prepínač s najvyššou MAC adresou sa stáva novým koreňovým prepínačom.
Poruchový kanál sa stáva náhradným.
Po obnovení zostane jeden z portov kanála zablokovaný, zatiaľ čo druhý prejde do stavu forwarding. Zablokovaným portom sa stáva port s najvyššou rýchlosťou. Ak sú rýchlosti rovnaké, zablokovaný sa stane port prepínača s najvyššou MAC adresou. Tento princíp umožňuje zablokovať port, ktorý prejde zo stavu blocked do stavu forwarding s maximálnou rýchlosťou.
Maximálny počet zariadení v sieti
Maximálny počet prepínačov v ERR kruhu je – 200.
Interakcie ERR a RSTP
RSTP je možné použiť v kombinácii s ERR. Ale kruh RSTP a kruh ERR by sa mali prelínať iba cez jeden prepínač.
Zhrnutie
ERR je vynikajúci pre organizáciu štandardných topológií. Napríklad kruh alebo duplikovaný kruh.
Podobné topológie sa často používajú na rezerváciu v priemyselných objektoch.
Navyše, pomocou ERR je možné realizovať druhú topológiu menej spoľahlivo, ale za nižšiu cenu. To možno dosiahnuť pomocou duplikovaného kruhu.
Ale ERR nie je vždy možné použiť. Existujú dostatočne exotické schémy. S jedným z našich zákazníkov sme testovali nasledujúcu topológiu.
V tomto prípade nie je možné použiť ERR. Pre túto schému sme použili RSTP. Zákazník mal prísne požiadavky na čas konvergencie – menej ako 3 sekundy. Aby sme dosiahli tento čas, bolo potrebné presne určiť koreňové prepínače (hlavný a záložný) a tiež náklady na porty v manuálnom režime.
Ako výsledok, ERR výrazne vyhráva v čase konvergencie, ale nedáva takú flexibilitu, akú poskytuje RSTP.
Zdroj: habr.com
