Na internete nájdete množstvo materiálov o protokole RSTP. V tomto článku navrhujem porovnať protokol RSTP s proprietárnym protokolom z – Rozšírená redundancia zvonenia.
Podrobnosti o implementácii RSTP
Prehľad
Čas konvergencie – 1-10 s
Možné topológie - akýkoľvek
Všeobecne sa verí, že RSTP umožňuje iba pripojenie prepínačov do kruhu:
Ale RSTP vám umožňuje pripojiť prepínače ľubovoľným spôsobom. Napríklad RSTP môže spracovať túto topológiu.
princíp fungovania
RSTP redukuje akúkoľvek topológiu na strom. Jeden z prepínačov sa stáva centrom topológie – koreňovým prepínačom. Koreňový prepínač prenáša najviac údajov cez seba.
Princíp fungovania RSTP je nasledujúci:
- napájanie sa dodáva do spínačov;
- je vybraný koreňový prepínač;
- zostávajúce prepínače určujú najrýchlejšiu cestu ku koreňovému prepínaču;
- zostávajúce kanály sú zablokované a stanú sa záložnými.
Výber koreňového prepínača
Prepínače s RSTP si vymieňajú BPDU pakety. BPDU je servisný paket, ktorý obsahuje informácie RSTP. BPDU sa dodáva v dvoch typoch:
- Konfigurácia BPDU.
- Upozornenie na zmenu topológie.
Konfigurácia BPDU sa používa na zostavenie topológie. Posiela ho iba koreňový prepínač. Konfigurácia BPDU obsahuje:
- ID odosielateľa (Bridge ID);
- ID koreňového mosta;
- identifikátor portu, z ktorého bol tento paket odoslaný (Port ID);
- náklady na cestu ku koreňovému prepínaču (Root Path Cost).
Každý prepínač môže odoslať oznámenie o zmene topológie. Odosielajú sa pri zmene topológie.
Po zapnutí sa všetky prepínače považujú za koreňové. Začnú vysielať pakety BPDU. Akonáhle prepínač prijme BPDU s nižším Bridge ID, než je jeho vlastné, už sa nepovažuje za koreňový prepínač.
Bridge ID pozostáva z dvoch hodnôt - MAC adresa a Bridge Priority. Nemôžeme zmeniť MAC adresu. Predvolená priorita mosta je 32768. Ak nezmeníte prioritu mosta, prepínač s najnižšou adresou MAC sa stane koreňovým prepínačom. Prepínač s najnižšou MAC adresou je najstarší a nemusí byť najvýkonnejší. Odporúča sa, aby ste manuálne definovali koreňový prepínač vašej topológie. Ak to chcete urobiť, musíte nakonfigurovať malú prioritu mosta (napríklad 0) na koreňovom prepínači. Záložný koreňový prepínač môžete definovať aj tak, že mu pridelíte o niečo vyššiu prioritu mosta (napríklad 4096).
Výber cesty ku koreňovému prepínaču
Koreňový prepínač posiela pakety BPDU na všetky aktívne porty. BPDU má pole Cena cesty. Cena cesty označuje cenu cesty. Čím vyššia je cena cesty, tým dlhšie trvá prenos paketu. Keď BPDU prechádza cez port, do poľa Cena cesty sa pripočíta cena. Pridané číslo sa nazýva Náklady na port.
Pridáva určitú hodnotu k cene cesty, keď BPDU prechádza cez port. Hodnota, ktorá sa pridáva, sa nazýva cena portu a možno ju určiť manuálne alebo automaticky. Náklady na port možno určiť manuálne alebo automaticky.
Keď má ne-rootový prepínač niekoľko alternatívnych ciest ku koreňu, vyberie si tú najrýchlejšiu. Porovnáva náklady na cestu týchto ciest. Port, z ktorého BPDU prišiel s najnižšou cenou cesty, sa stáva koreňovým portom.
Náklady na porty, ktoré sa prideľujú automaticky, si môžete pozrieť v tabuľke:
Port Baud Rate
Náklady na prístav
10 Mbps
2 000 000
100 Mbps
200 000
1 Gb / s
20 000
10 Gb / s
2 000
Portové roly a stavy
Porty prepínača majú niekoľko stavov a rolí portov.
Stavy portov (pre STP):
- Zakázané – neaktívne.
- Blokovanie – počúva BPDU, ale nevysiela. Neprenáša dáta.
- Počúvanie – počúva a vysiela BPDU. Neprenáša dáta.
- Učenie – počúva a prenáša BPDU. Pripraví sa na prenos dát – vyplní tabuľku MAC adries.
- Preposielanie – preposiela dáta, počúva a prenáša BPDU.
Čas konvergencie STP je 30-50 sekúnd. Po zapnutí prepínača prechádzajú všetky porty všetkými stavmi. Port zostáva v každom stave niekoľko sekúnd. Tento princíp fungovania je dôvodom, prečo má STP taký dlhý čas konvergencie. RSTP má menej stavov portov.
Stavy portov (pre RSTP):
- Vyraďovanie – neaktívne.
- Discarding – počúva BPDU, ale nevysiela. Neprenáša dáta.
- Discarding – počúva a prenáša BPDU. Neprenáša dáta.
- Učenie – počúva a prenáša BPDU. Pripraví sa na prenos dát – vyplní tabuľku MAC adries.
- Preposielanie – preposiela dáta, počúva a prenáša BPDU.
- V RSTP sa stavy Vypnuté, Blokovanie a Počúvanie zlúčia do jedného – Vyraďuje sa.
Úlohy prístavu:
- Koreňový port – port, cez ktorý sa prenášajú dáta. Slúži ako najrýchlejšia cesta ku koreňovému prepínaču.
- Určený port – port, cez ktorý sa prenášajú dáta. Definované pre každý segment LAN.
- Alternatívny port – port, cez ktorý sa neprenášajú dáta. Je to alternatívna cesta ku koreňovému prepínaču.
- Záložný port – port, cez ktorý sa neprenášajú dáta. Je to záložná cesta pre segment, kde je už pripojený jeden port s povoleným RSTP. Záložný port sa používa, ak sú dva kanály prepínača pripojené k jednému segmentu (čítaciemu rozbočovaču).
- Vypnutý port – RSTP je na tomto porte vypnutý.
Výber koreňového portu je popísaný vyššie. Ako sa vyberá určený port?
Najprv si definujme, čo je segment LAN. Segment LAN je kolízna doména. Pre prepínač alebo smerovač tvorí každý port samostatnú kolíznu doménu. LAN segment je kanál medzi prepínačmi alebo smerovačmi. Ak hovoríme o rozbočovači, potom má rozbočovač všetky svoje porty v rovnakej kolíznej doméne.
Na segment je priradený iba jeden určený port.
V prípade segmentov, kde už existujú Root Ports, je všetko jasné. Druhý port v segmente sa stane určeným portom.
Zostávajú však záložné kanály, kde bude jeden určený port a jeden alternatívny port. Ako sa budú vyberať? Určený port bude port s najnižšou cenou cesty ku koreňovému prepínaču. Ak sú náklady na cestu rovnaké, potom bude určený port port, ktorý sa nachádza na prepínači s najnižším ID mosta. Ak sú a Bridge ID rovnaké, potom sa určený port stane portom s najnižším číslom. Druhý port bude Alternatívny.
Je tu ešte jeden bod: kedy je k portu priradená rola zálohovania? Ako už bolo napísané vyššie, záložný port sa používa iba vtedy, keď sú dva kanály prepínača pripojené k rovnakému segmentu, teda k rozbočovaču. V tomto prípade je určený port vybraný presne podľa rovnakých kritérií:
- Najnižšie náklady na cestu ku koreňovému prepínaču.
- ID najmenšieho mosta.
- ID najmenšieho portu.
Maximálny počet zariadení v sieti
Norma IEEE 802.1D nemá prísne požiadavky na počet zariadení v sieti LAN s RSTP. Norma ale odporúča použiť v jednej vetve najviac 7 prepínačov (nie viac ako 7 skokov), t.j. nie viac ako 15 v kruhu. Po prekročení tejto hodnoty sa čas konvergencie siete začne zvyšovať.
Podrobnosti o implementácii ERR.
Prehľad
Čas konvergencie
ERR čas konvergencie je 15 ms. S maximálnym počtom prepínačov v kruhu a prítomnosťou párovania zvonení – 18 ms.
Možné topológie
ERR neumožňuje voľne kombinovať zariadenia ako RSTP. ERR má jasné topológie, ktoré možno použiť:
- Prsteň
- Duplicitný prsteň
- Spárujte až tri prstene
Prsteň
Keď ERR spojí všetky prepínače do jedného kruhu, tak na každom prepínači je potrebné nakonfigurovať porty, ktoré sa budú podieľať na budovaní kruhu.
Dvojitý prsteň
Vypínače je možné spojiť do dvojitého krúžku, čo výrazne zvyšuje spoľahlivosť krúžku.
Obmedzenia dvojitého krúžku:
- Duálny kruh nemožno použiť na prepojenie prepínačov s inými kruhmi. Na to musíte použiť prstencovú spojku.
- Dvojitý krúžok nemožno použiť ako párovací krúžok.
Párovanie krúžkov
Pri párovaní nemôže byť v sieti viac ako 200 zariadení.
Párovanie krúžkov zahŕňa spojenie zostávajúcich krúžkov do iného krúžku.
Ak je krúžok pripojený k krúžku rozhrania cez jeden prepínač, potom sa to nazýva párovanie zvoní cez jeden spínač. Ak sú dva prepínače z lokálneho kruhu pripojené k kruhu rozhrania, bude to tak párovanie cez dva prepínače.
Pri párovaní cez jeden prepínač na zariadení sa využívajú oba porty. Čas konvergencie v tomto prípade bude približne 15-17 ms. Pri takomto párovaní bude prepínač párovania bodom zlyhania, pretože Po strate tohto prepínača sa stratí celý prsteň naraz. Párovanie cez dva prepínače tomu zabráni.
Je možné spárovať duplicitné prstene.
Ovládanie cesty
Funkcia Path Control umožňuje konfigurovať porty, cez ktoré sa budú dáta prenášať v bežnej prevádzke. Ak kanál zlyhá a sieť je prebudovaná na záložnú topológiu, potom po obnovení kanála bude sieť prebudovaná späť na špecifikovanú topológiu.
Táto funkcia vám umožňuje ušetriť na záložnom kábli. Okrem toho bude vždy známa topológia použitá na riešenie problémov.
Hlavná topológia sa prepne na záložnú topológiu za 15 ms. Prepnutie späť po obnovení siete bude trvať asi 30 ms.
obmedzenia:
- Nemožno použiť v spojení s duálnym krúžkom.
- Táto funkcia musí byť povolená na všetkých prepínačoch v sieti.
- Jeden z prepínačov je nakonfigurovaný ako hlavný riadiaci systém Path.
- Automatický prechod na hlavnú topológiu po obnovení nastáva štandardne po 1 sekunde (tento parameter je možné zmeniť pomocou SNMP v rozsahu od 0 s do 99 s).
princíp fungovania
Princíp fungovania ERR
Zoberme si napríklad šesť prepínačov – 1-6. Vypínače sú spojené do krúžku. Každý prepínač používa dva porty na pripojenie k ringu a ukladá ich stavy. Prepína dopredné stavy portov medzi sebou. Zariadenia používajú tieto údaje na nastavenie počiatočného stavu portov.
Porty majú iba dve úlohy - upchatý и presmerovanie.
Prepínač s najvyššou MAC adresou blokuje svoj port. Všetky ostatné porty v kruhu prenášajú dáta.
Ak blokovaný port prestane fungovať, nasledujúci port s najvyššou MAC adresou sa stane zablokovaným.
Po spustení začnú prepínače odosielať dátové jednotky R-PDU (Ring Protocol Data Units). R-PDU sa prenáša pomocou multicastu. R-PDU je servisná správa, rovnako ako BPDU v RSTP. R-PDU obsahuje stavy portu prepínača a jeho MAC adresu.
Algoritmus akcií v prípade zlyhania kanála
Keď spojenie zlyhá, prepínače pošlú R-PDU, aby upozornili, že stav portov sa zmenil.
Algoritmus akcií pri obnove kanála
Keď sa neúspešné prepojenie dostane do režimu online, prepínače pošlú R-PDU, aby upozornili porty na zmenu stavu.
Prepínač s najvyššou MAC adresou sa stáva novým koreňovým prepínačom.
Zlyhaný kanál sa stane záložným.
Po obnovení zostane jeden z kanálových portov zablokovaný a druhý sa prenesie do stavu presmerovania. Zablokovaný port sa stane portom s najvyššou rýchlosťou. Ak sú rýchlosti rovnaké, port prepínača s najvyššou MAC adresou sa zablokuje. Tento princíp umožňuje zablokovať port, ktorý prejde z zablokovaného stavu do stavu preposielania maximálnou rýchlosťou.
Maximálny počet zariadení v sieti
Maximálny počet prepínačov v kruhu ERR je 200.
Interakcia medzi ERR a RSTP
RSTP možno použiť v kombinácii s ERR. Krúžok RSTP a krúžok ERR sa však musia pretínať iba cez jeden prepínač.
Zhrnutie
ERR je skvelé na organizovanie typických topológií. Napríklad prsteň alebo duplikovaný prsteň.
Takéto topológie sa často používajú na redundanciu v priemyselných zariadeniach.
Navyše s pomocou ERR môže byť druhá topológia implementovaná menej spoľahlivo, ale nákladovo efektívnejšie. To je možné vykonať pomocou duplicitného krúžku.
Ale nie vždy je možné použiť ERR. Existujú celkom exotické schémy. S jedným z našich zákazníkov sme testovali nasledujúcu topológiu.
V tomto prípade nie je možné uplatniť ERR. Pre túto schému sme použili RSTP. Zákazník mal prísnu požiadavku na čas konvergencie – menej ako 3 s. Na dosiahnutie tohto času bolo potrebné jasne definovať koreňové prepínače (primárne a záložné), ako aj náklady na porty v manuálnom režime.
Výsledkom je, že ERR má výraznú výhodu z hľadiska času konvergencie, ale neposkytuje flexibilitu, ktorú poskytuje RSTP.
Zdroj: hab.com