Understand Rapid Spanning Tree Protocol (802.1w) (Inzicht in Rapid Spanning Tree Protocol (802.1w))

Inleiding

Dit document bevat informatie over de verbeteringen die door RSTP zijn toegevoegd aan de vorige 802.1D-standaard.

Achtergrond

De STP-standaard (Spanning Tree Protocol) 802.1D is ontwikkeld in een tijd waarin het herstel van connectiviteit binnen een minuut na uitval als toereikend werd beschouwd. Door de opkomst van Layer 3-switching in LAN-omgevingen concurreert bridging nu met gerouteerde oplossingen waarbij protocollen, zoals OSPF (Open Shortest Path First) en EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), in minder tijd een alternatief pad kunnen bieden.

Cisco heeft de oorspronkelijke 802.1D-specificatie verbeterd met functies zoals Uplink Fast, Backbone Fast en Port Fast om de convergentietijd van een netwerk met bruggen te verkorten. Het nadeel is dat deze mechanismen bedrijfseigen zijn en aanvullende configuratie vereisen.

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP; IEEE 802.1w) kan meer als een ontwikkeling van de 802.1D-standaard dan als een revolutie worden beschouwd. De 802.1D-terminologie is grotendeels ongewijzigd gebleven. De meeste parameters zijn ongewijzigd gelaten, zodat gebruikers die vertrouwd zijn met 802.1D het nieuwe protocol snel en gemakkelijk kunnen configureren. In de meeste gevallen presteert RSTP zonder enige aanvullende configuratie beter dan bedrijfseigen uitbreidingen van Cisco. 802.1w kan ook voor afzonderlijke poorten worden teruggezet naar 802.1D voor compatibiliteit met verouderde bruggen. Hierdoor vallen de geïntroduceerde voordelen wel weg.

De nieuwe editie van de 802.1D-standaard, IEEE 802.1D-2004, omvat IEEE 802.1t-2001- en IEEE 802.1w-standaarden.

Ondersteuning van RSTP in Catalyst-switches

In deze tabel wordt de ondersteuning van RSTP in reeksen Catalyst-switches weergegeven en wordt de minimaal vereiste software voor die ondersteuning aangegeven.

Nieuwe poortstatussen en poortrollen

De 802.1D is gedefinieerd in deze vijf verschillende poortstatussen:

• uitgeschakeld

• luisteren

• leren

• blokkeren

• doorsturen

Zie de tabel in de sectie Poortstatussen van dit document voor meer informatie over poortstatussen.

De toestand van de poort is gemengd, ongeacht of deze verkeer blokkeert of doorstuurt en de rol die deze speelt in de actieve topologie (root-poort, aangewezen poort, enzovoort). Vanuit operationeel oogpunt is er bijvoorbeeld geen verschil tussen een poort die blokkeert en een poort die luistert. Beide negeren frames en leren geen MAC-adressen. Het echte verschil zit in de rol die de spanning tree aan de poort toewijst. U kunt ervan uitgaan dat een luisterende poort een aangewezen poort of een root-poort is die op weg is naar de doorstuurstatus. Helaas is er, eenmaal in de doorstuurstatus, geen manier om uit de poortstatus af te leiden of de poort een root-poort of aangewezen poort is. Dit toont het falen van deze op status gebaseerde terminologie aan. RSTP ontkoppelt de rol en de status van een poort om dit probleem op te lossen.

Poortstatussen

Er zijn nog maar drie poortstatussen over in RSTP die overeenkomen met de drie mogelijke operationele statussen. De 802.1D-statussen Uitgeschakeld, Blokkeren en Luisteren zijn samengevoegd tot de unieke 802.1w-status Verwijderen.

Poortrollen

De poortrol is nu een variabele die aan een bepaalde poort wordt toegewezen. De root-poort en aangewezen poortrollen blijven bestaan terwijl de poortrol Blokkeren is opgesplitst in de poortrollen Back-up en Alternatief. Het STA (Spanning Tree Algorithm) bepaalt de rol van een poort op basis van BPDU's (Bridge Protocol Data Units). Wat u vooral moet weten over een BPDU is dat er altijd een methode is om er twee te vergelijken en te beslissen of de ene nuttiger is dan de andere. Dit wordt gebaseerd op de opgeslagen waarde in de BPDU en soms op de poort waarop ze worden ontvangen. Deze sectie biedt praktische informatie over poortrollen.

Root-poortrollen

• De poort die de beste BPDU op een brug ontvangt, is de root-poort. Dit is de poort die qua padkosten het dichtst bij de root-brug ligt. Het STA kiest één root-brug in het hele netwerk met bruggen (per VLAN). De root-brug verzendt BPDU's die nuttiger zijn dan de BPDU's die door andere bruggen worden verzonden. De root-brug is de enige brug in het netwerk die geen root-poort heeft. Alle andere bruggen ontvangen BPDU's op ten minste één poort.

  

Rol van aangewezen poort

• Een poort wordt aangewezen als deze de beste BPDU kan verzenden op het segment waarop deze is aangesloten. 802.1D-bruggen verbinden verschillende segmenten, zoals Ethernet-segmenten, om een overbrugd domein te maken. Elk segment kan slechts één pad naar de root-brug bevatten. Als er twee paden zijn, bestaat er een overbruggingslus in het netwerk. Alle bruggen die met een bepaald segment zijn verbonden, luisteren naar de BPDU's van elk en komen overeen welke brug de beste BPDU als de aangewezen brug voor het segment verzendt. De poort op de brug die overeenkomt, is de aangewezen poort voor dat segment.

  

Alternatieve en back-up poortrollen

• Deze twee poortrollen komen overeen met de blokkeerstatus van 802.1D. Een geblokkeerde poort wordt gedefinieerd als niet de aangewezen poort of root-poort. Een geblokkeerde poort ontvangt een bruikbaardere BPDU dan deze op het betreffende segment verzendt. Een poort moet BPDU's ontvangen om geblokkeerd te blijven. RSTP introduceert deze twee rollen voor dit doel.

• Een alternatieve poort ontvangt bruikbaardere BPDU's van een andere brug en is een geblokkeerde poort. Dit wordt weergegeven in het volgende diagram:

  

• Een back-uppoort ontvangt bruikbaardere BPDU's van dezelfde brug waarmee deze is verbonden en is een geblokkeerde poort. Dit wordt weergegeven in het volgende diagram:

  

Dit onderscheid wordt intern al gemaakt in 802.1D. Dit is in feite hoe Cisco UplinkFast werkt. Een alternatieve poort biedt een alternatief pad naar de root-brug en kan dus de root-poort vervangen als deze niet werkt. Een back-uppoort biedt vanzelfsprekend redundante connectiviteit voor hetzelfde segment en kan geen alternatieve connectiviteit met de root-brug garanderen. Daarom is deze uitgesloten van de uplink-groep.

Het gevolg is dat RSTP de uiteindelijke topologie voor Spanning Tree berekent op basis van dezelfde criteria als 802.1D. Er is niets veranderd in de manier waarop de verschillende brug- en poortprioriteiten worden gebruikt. De naamblokkering wordt gebruikt voor de verwijderstatus in Cisco-implementaties. In CatOS-release 7.1 en hoger worden nog steeds de statussen luisteren en leren weergegeven. Op deze manier wordt nog meer informatie over een poort gegeven dan de IEEE-standaard vereist. Met de nieuwe functie is er nu echter een verschil tussen de rol die het protocol voor een poort bepaalt en de huidige status ervan. Een poort kan nu bijvoorbeeld tegelijkertijd aangewezen zijn en de blokkeerstatus hebben. Hoewel dit doorgaans gedurende slechts zeer korte perioden gebeurt, betekent dit alleen maar dat deze poort zich in een overgangsfase naar de aangewezen doorstuurstatus bevindt.

Nieuwe BPDU-indeling

Er zijn door RSTP enkele wijzigingen aangebracht in de BPDU-indeling. In 802.1D zijn slechts twee vlaggen gedefinieerd, namelijk TC (Topology Change) en TCA (TC Acknowledgment). RSTP gebruikt echter alle zes de bits van de resterende vlag-bytes om het volgende te doen:

• De rol en status coderen van de poort waar de BPDU vandaan komt

• Het mechanisme voor voorstellen en overeenkomen verwerken

Volledige weergave van Cisco BPDU-, IEEE BPDU- en BPDU-diagrammen

Zie voor een afbeelding met een hogere resolutie Cisco BPDU-, IEEE BPDU- en BPDU-diagrammen.

Opmerking: bit 0 (TC) is de minst significante bit.

Een andere belangrijke verandering is dat de RSTP-BPDU nu van type 2, versie 2 is. Het gevolg hiervan is dat verouderde bruggen deze nieuwe BPDU moeten afwijzen. Dankzij deze eigenschap kan een 802.1w-brug eenvoudig verouderde bruggen detecteren die hiermee zijn verbonden.

Verwerking van nieuwe BPDU’s

BPDU's worden elke ingestelde hello-periode verzonden

BPDU's worden na elke hello-periode verzonden en niet meer alleen doorgestuurd. Met 802.1D genereert een niet-root-brug alleen BPDU's wanneer deze er een ontvangt op de root-poort. In feite geeft een brug BPDU's meer door dan dat deze ze daadwerkelijk genereert. Dit is niet het geval met 802.1w. Een brug verzendt elke <hello-time> seconden (standaard 2) een BPDU met de huidige gegevens, zelfs als deze geen gegevens ontvangt van de root-brug.

Snellere veroudering van gegevens

Als op een bepaalde poort drie opeenvolgende keren geen hello's worden ontvangen, kunnen protocolgegevens onmiddellijk worden verouderd (of als max_age verloopt). Vanwege de eerder genoemde protocolwijziging worden BPDU's nu gebruikt als een keep-alive-mechanisme tussen bruggen. Een brug gaat ervan uit dat de connectiviteit met de direct naastgelegen root-brug of aangewezen brug verloren is gegaan als deze drie BPDU's op rij mist. Dankzij deze snelle veroudering van gegevens kunnen fouten snel worden gedetecteerd. Als een brug geen BPDU's ontvangt van een naastgelegen brug, is het zeker dat de verbinding met die brug is verbroken. Dit geldt niet voor de 802.1D, waar het probleem zich in dit geval overal op het pad naar de root kan hebben voorgedaan.

Opmerking: fouten worden nog sneller gedetecteerd in het geval van dat de fysieke link uitvalt.

Accepteert inferieure BPDU's

Dit concept vormt de basis van de BackboneFast-engine. De IEEE 802.1w-commissie heeft een soortgelijk mechanisme in RSTP opgenomen. Wanneer een brug lagere gegevens ontvangt van de aangewezen of root-brug, worden deze gegevens onmiddellijk geaccepteerd en vervangen deze de eerder opgeslagen gegevens.

Omdat Brug C nog steeds weet dat de root werkt, verzendt deze onmiddellijk een BPDU naar Brug B met informatie over de root-brug. Als gevolg hiervan verzendt brug B geen eigen BPDU's en accepteert het de poort die naar brug C leidt als de nieuwe root-poort.

Snelle overgang naar doorstuurstatus

Een snelle overgang is de belangrijkste verbetering in 802.1w. Het oude STA wachtte passief tot het netwerk convergeerde voordat voor een poort de doorstuurstatus werd ingeschakeld. Het bereiken van snellere convergentie was een kwestie van wijzigingen in de conservatieve standaardparameters (timers voor doorstuurvertraging en maximale veroudering), wat vaak ten koste ging van de stabiliteit van het netwerk. De nieuwe snelle STP kan actief bevestigen dat een poort veilig de doorstuurstatus kan krijgen zonder afhankelijk te zijn van een timerconfiguratie. Er is nu een echt feedbackmechanisme dat wordt uitgevoerd tussen RSTP-compliant bruggen. Voor een snelle convergentie op een poort is het protocol afhankelijk van twee nieuwe variabelen: edge-poorten en verbindingstype.

Edge-poorten

Met het concept van edge-poorten zijn Cisco Spanning Tree-gebruikers al bekend, aangezien dit in feite overeenkomt met de PortFast-functie. De poorten die rechtstreeks met eindstations zijn verbonden, kunnen geen overbruggingslussen in het netwerk maken. Daarom schakelt de edge-poort direct over naar de doorstuurstatus en worden de luister- en leerfasen overgeslagen. Edge-poorten of PortFast-poorten genereren geen topologiewijzigingen wanneer de link wordt in- of uitgeschakeld. Een edge-poort die een BPDU ontvangt, verliest onmiddellijk de status van edge-poort en wordt een normale Spanning Tree-poort. Op dit punt bestaat er een door de gebruiker geconfigureerde waarde en een operationele waarde voor de status van de edge-poort. In de Cisco-richtlijnen voor implementatie wordt gesteld dat het PortFast-sleutelwoord moet worden gebruikt voor de configuratie van de edge-poort. Dit maakt de overgang naar RSTP eenvoudiger.

Linktype

RSTP kan alleen een snelle overgang naar de doorstuurstatus bereiken op edge-poorten en op point-to-point-links. Het linktype wordt automatisch afgeleid van de duplexmodus van een poort. Een poort die in full-duplex werkt, wordt verondersteld point-to-point te zijn terwijl een half-duplex-poort standaard als een gedeelde poort wordt beschouwd. Deze automatische waarde van het linktype kan worden overschreven door een expliciete configuratie. In geschakelde netwerken werken de meeste verbindingen in full-duplexmodus en worden ze door RSTP behandeld als point-to-point-links. Hierdoor zijn dit kandidaten voor een snelle overgang naar de doorstuurstatus.

Convergentie met 802.1D

In dit diagram ziet u hoe 802.1D omgaat met een nieuwe link die wordt toegevoegd aan een netwerk met bruggen:

In dit scenario wordt een link tussen de root-brug en Brug A toegevoegd. Er bestaat al een indirecte verbinding tussen Brug A en de root-brug (via C–D in het diagram). De STA blokkeert een poort en schakelt de overbruggingslus uit. Eerst worden beide poorten op de link tussen de root en Brug A in de luisterstand gezet. Brug A kan de root nu rechtstreeks controleren. De BPDU's van Brug A worden onmiddellijk doorgegeven op de aangewezen poorten, in de richting van de leafs van de structuur. Op het moment dat Brug B en C deze nieuwe superieure gegevens van Brug A ontvangen, geven ze deze onmiddellijk door aan de leafs. Binnen een paar seconden ontvangt Brug D een BPDU van de root en wordt poort P1 onmiddellijk geblokkeerd.

Spanning Tree is zeer efficiënt in de manier waarop de nieuwe topologie van het netwerk wordt berekend. Het enige probleem is nu dat de doorstuurvertraging twee keer moet verstrijken voordat de link tussen de root en Brug A uiteindelijk de doorstuurstatus krijgt. Dit betekent een verstoring van 30 seconden van het verkeer (het volledige A-, B- en C-deel van het netwerk is geïsoleerd) omdat het 8021.D-algoritme geen feedbackmechanisme heeft om duidelijk door te geven dat het netwerk binnen enkele seconden convergeert.

Convergentie met 802.1w

U kunt nu zien hoe RSTP omgaat met een vergelijkbare situatie. De uiteindelijke topologie komt exact overeen met de topologie die wordt berekend door 802.1D (dus met één geblokkeerde poort op dezelfde plaats als voorheen). Alleen de gebruikte stappen om deze topologie te bereiken, zijn anders.

In het begin krijgen beide poorten op de link tussen Switch A en de root de aangewezen blokkeerstatus. Tot nu toe gedraagt alles zich als in een pure 802.1D-omgeving. In dit stadium vindt er echter een onderhandeling plaats tussen Switch A en de root. Zodra Switch A de BPDU van de root ontvangt, blokkeert deze de aangewezen niet-edge-poorten. Deze bewerking wordt synchronisatie genoemd. Zodra dit is gebeurd, autoriseert Brug A de root-brug expliciet om de poort van Brug A in de doorstuurstatus te zetten. In dit diagram wordt het resultaat van dit proces op het netwerk weergegeven. De link tussen Switch A en de root-brug is geblokkeerd en beide bruggen wisselen BPDU's uit.

Zodra Switch A de aangewezen niet-edge-poorten blokkeert, wordt de link tussen Switch A en de root in de doorstuurstatus gezet en ontstaat de volgende situatie:

Er kan nog steeds geen lus zijn. In plaats van vóór Switch A te blokkeren, blokkeert het netwerk nu na Switch A. De potentiële overbruggingslus wordt echter op een andere plaats doorgesneden. Deze wordt verplaatst naar een lagere locatie in de structuur, met de nieuwe BPDU's die via Switch A afkomstig zijn van de root. In dit stadium onderhandelen de nu geblokkeerde poorten op Switch A ook over een snelle overgang naar de doorstuurstatus met hun aangrenzende poorten op Switch B en Switch C, die beide een synchronisatiebewerking starten. Naast de root-poort in de richting van A heeft Switch B alleen aangewezen edge-poorten. Switch B heeft daarom geen poort om te blokkeren en Switch A te autoriseren om naar de doorstuurstatus te schakelen. Op dezelfde manier hoeft Switch C alleen de aangewezen poort naar D te blokkeren. De status die in dit diagram wordt weergegeven, is nu bereikt:

De uiteindelijke topologie komt nu exact overeen met de topologie in het 802.1D-voorbeeld, wat betekent dat poort P1 op D uiteindelijk de blokkeerstatus krijgt. Dit betekent dat de uiteindelijke netwerktopologie is bereikt, precies in de tijd die de nieuwe BPDU's nodig hebben om door de structuur te reizen. Bij deze snelle convergentie wordt geen timer gebruikt. Het enige nieuwe mechanisme dat door RSTP is geïntroduceerd, is de erkenning dat verzending via de nieuwe root-poort van een switch mogelijk is om de directe overgang naar de doorstuurstatus te autoriseren en zo de lange luister- en leerfasen van tweemaal de doorstuurvertraging te omzeilen. De beheerder hoeft alleen maar het volgende te onthouden om te profiteren van snelle convergentie:

• Deze onderhandeling tussen bruggen is alleen mogelijk wanneer bruggen zijn verbonden via point-to-point-links (dus full-duplex-links, tenzij er een expliciete poortconfiguratie bestaat).

• Edge-poorten spelen een nog belangrijkere rol nu PortFast is ingeschakeld op poorten in 802.1D. Als de netwerkbeheerder de edge-poorten op B bijvoorbeeld niet correct configureert, wordt de connectiviteit van deze poorten beïnvloed door de link tussen Switch A en de root die wordt geïnitialiseerd.

Sequentie van voorstellen en overeenkomen

Wanneer een poort door het STA wordt geselecteerd om een aangewezen poort te worden, wacht 802.1D nog steeds twee keer <forward delay> seconden (standaard 2x15) voordat wordt overgeschakeld naar de doorstuurstatus. In RSTP komt deze situatie overeen met een poort met een aangewezen rol, maar een blokkeerstatus. In deze diagrammen is te zien hoe snel de overgang stap voor stap wordt bereikt. Stel dat er een nieuwe link wordt gemaakt tussen de root en Switch A. Beide poorten op deze link krijgen een aangewezen blokkeerstatus totdat ze een BPDU van hun tegenhanger ontvangen.

Wanneer een aangewezen poort een verwijder- of leerstatus heeft (en alleen in dit geval), wordt de voorstel-bit ingesteld voor de BPDU's die deze poort verzendt. Dit is wat er gebeurt voor poort p0 van de root-brug, zoals wordt aangegeven in stap 1 van het voorgaande diagram. Omdat Switch A superieure gegevens ontvangt, weet deze onmiddellijk dat p1 de nieuwe root-poort is. Switch A start vervolgens een synchronisatie om te verifiëren of alle poorten zijn gesynchroniseerd met deze nieuwe gegevens. Een poort is gesynchroniseerd als aan een van deze criteria wordt voldaan:

• De poort heeft de blokkeerstatus, wat overeenkomt met de verwijderstatus in een stabiele topologie.

• De poort is een edge-poort.

We kunnen het effect van het synchronisatiemechanisme op verschillende soorten poorten illustreren aan de hand van het volgende voorbeeld: Switch A heeft een alternatieve poort p2, een aangewezen doorstuurpoort p3 en een edge-poort p4 op schakelaar A. Door p2 en p4 wordt al voldaan aan een van de criteria. Om gesynchroniseerd te zijn (zie stap 2 van het voorgaande diagram), hoeft Switch A alleen poort p3 te blokkeren en hieraan de verwijderstatus toe te wijzen. Nu alle poorten zijn gesynchroniseerd, kan Switch A de nu geselecteerde root-poort p1 deblokkeren en een overeenkomstbericht verzenden als antwoord op de root (zie stap 3). Dit bericht is een kopie van de BPDU voor het voorstel, waarbij in plaats van de voorstel-bit de overeenkomst-bit is ingesteld. Zo weet poort p0 precies bij welk voorstel de ontvangen overeenkomst hoort.

Zodra p0 die overeenkomst heeft ontvangen, kan voor deze poort onmiddellijk de doorstuurstatus worden ingeschakeld. Dit is stap 4 in de voorgaande afbeelding. Poort p3 wordt na de synchronisatie in een aangewezen verwijderstatus gelaten. In stap 4 bevindt die poort zich in exact dezelfde situatie als poort p0 in stap 1. Vervolgens doet deze poort een voorstel aan de naastgelegen poort en probeert dan snel over te schakelen naar de doorstuurstatus.

• Het mechanisme voor voorstellen/overeenkomen is erg snel, aangezien het niet afhankelijk is van timers. Deze golf van handshakes verspreidt zich snel naar de edge van het netwerk en herstelt de connectiviteit snel na een wijziging in de topologie.

• Als een aangewezen verwijderpoort geen overeenkomst ontvangt na verzending van een voorstel, wordt voor deze poort langzaam de doorstuurstatus ingeschakeld en valt deze terug op de traditionele 802.1D-sequentie van luisteren en leren. Dit kan gebeuren als de externe brug RSTP-BPDU's niet begrijpt of als de poort van de externe brug de blokkeerstatus heeft.

• Cisco heeft een verbetering in het synchronisatiemechanisme doorgevoerd waardoor een brug alleen voor de vorige root-poort de verwijderstatus kan instellen bij synchronisatie. Een gedetailleerde beschrijving van dit mechanisme valt buiten de reikwijdte van dit document. U kunt er echter rustig van uitgaan dat dit mechanisme in de meest gangbare gevallen van herconvergentie wordt aangeroepen. Het scenario dat wordt beschreven in de sectie Convergentie met 802.1w van dit document wordt uitermate efficiënt, aangezien alleen de poorten op het pad naar de laatste geblokkeerde poort tijdelijk worden verward.

UplinkFast

Een andere manier om onmiddellijk over te schakelen naar de doorstuurstatus in RSTP is vergelijkbaar met de bedrijfseigen Spanning Tree-uitbreiding van Cisco UplinkFast. Het komt erop neer dat de beste alternatieve poort direct in de doorstuurmodus kan worden gezet wanneer een brug de root-poort verliest (de verschijning van een nieuwe root-poort wordt ook afgehandeld door RSTP). Wanneer een alternatieve poort als de nieuwe root-poort wordt geselecteerd, wordt een topologiewijziging gegenereerd. Met het 802.1w-mechanisme voor topologiewijzigingen worden de juiste vermeldingen in de CAM-tabellen (Content Addressable Memory) van de upstream-brug gewist. Hierdoor wordt het proces voor het genereren van dummy multicasts van UplinkFast overbodig.

UplinkFast hoeft niet verder te worden geconfigureerd omdat het mechanisme nu standaard is opgenomen en automatisch is ingeschakeld in RSTP.

Nieuwe mechanismen voor topologiewijzigingen

Wanneer een 802.1D-brug een topologiewijziging detecteert, wordt een betrouwbaar mechanisme gebruikt om eerst de root-brug te informeren. Dit wordt weergegeven in het volgende diagram:

Zodra de root-brug op de hoogte is van een wijziging in de topologie van het netwerk, wordt de TC-vlag ingesteld voor de BPDU's die door de root-brug worden verzonden. Deze worden vervolgens doorgestuurd naar alle bruggen in het netwerk. Wanneer een brug een BPDU ontvangt waarvoor de TC-vlag is ingesteld, beperkt het de verouderingstijd van de overbruggingstabel tot seconden voor doorstuurvertraging. Op deze manier worden verouderde gegevens relatief snel verwijderd. Dit mechanisme voor topologiewijzigingen is grondig herzien in RSTP. De manier waarop een topologiewijziging wordt gedetecteerd en wordt doorgegeven door het netwerk ontwikkelt zich.

Detectie van topologiewijzigingen

In RSTP veroorzaken alleen niet-edge-poorten die de doorstuurstatus krijgen een topologiewijziging. Dit betekent dat een verlies van connectiviteit niet meer als een topologiewijziging wordt beschouwd, in tegenstelling tot in 802.1D (een poort waarvoor de blokkeerstatus wordt ingeschakeld, genereert dus niet meer een topologiewijziging). Wanneer een RSTP-brug een topologiewijziging detecteert, gebeurt het volgende:

• De TC While-timer wordt gestart met een waarde die gelijk is aan tweemaal de hello-periode voor alle aangewezen niet-edge-poorten en de bijbehorende root-poort, indien nodig.

• De MAC-adressen die aan al deze poorten zijn gekoppeld, worden gewist.

Opmerking: zolang de TC While-timer op een poort wordt uitgevoerd, is voor de BPDU's die via die poort worden verzonden de TC-bit ingesteld. BPDU's worden ook op de root-poort verzonden terwijl de timer actief is.

Verspreiding van topologiewijzigingen

Wanneer een brug een BPDU met ingestelde TC-bit van een naastgelegen brug ontvangt, gebeurt het volgende:

• De geleerde MAC-adressen worden gewist op alle poorten, met uitzondering van de poort die de topologiewijziging ontvangt.

• De brug start de TC While-timer en verzendt BPDU's met de ingestelde TC-bit op alle aangewezen poorten en root-poort (RSTP gebruikt niet langer de specifieke TCN-BPDU, tenzij een verouderde brug moet worden geïnformeerd).

Op deze manier wordt de TCN zeer snel binnen het hele netwerk verspreid. De verspreiding van topologiewijzingen is nu een proces van één stap. De initiator van de topologiewijziging verspreidt deze informatie over het hele netwerk terwijl dat in versie 802.1D alleen door de root-brug werd gedaan. Dit mechanisme is veel sneller dan het 802.1D-equivalent. Het is niet nodig om te wachten tot de root-brug is geïnformeerd die vervolgens de status van de topologiewijziging <max age plus forward delay> seconden lang vasthoudt voor het hele netwerk.

In slechts een paar seconden, of een klein veelvoud aan hello-perioden, worden de meeste vermeldingen in de CAM-tabellen van het hele netwerk (VLAN) gewist. Deze aanpak resulteert mogelijk tijdelijk in meer flooding, maar aan de andere kant worden mogelijk verouderde gegevens gewist die een snel connectiviteitsherstel verhinderen.

Compatibiliteit met 802.1D

RSTP is compatibel met oudere STP-protocollen. Het is echter belangrijk om er rekening mee te houden dat de inherente voordelen van snelle convergentie van 802.1w verloren gaan bij interactie met oudere bruggen.

Op elke poort wordt een variabele bijgehouden die het protocol definieert dat op het overeenkomstige segment moet worden uitgevoerd. Een vertragingstimer van drie seconden voor migratie wordt ook gestart wanneer de poort wordt geïnitialiseerd. Als deze timer loopt, wordt de huidige STP- of RSTP-modus die aan de poort is gekoppeld, vergrendeld. Zodra de migratievertraging is verstreken, past de poort zich aan de modus aan die overeenkomt met de volgende BPDU die de poort ontvangt. Als de poort de gebruiksmodus wijzigt als gevolg van een ontvangen BPDU, wordt de migratievertraging opnieuw gestart. Dit beperkt de mogelijke frequentie van moduswijzigingen.

Stel dat Brug A en Brug B in de voorgaande afbeelding beide RSTP uitvoeren en Switch A is aangewezen voor het segment. Er wordt een verouderde STP-brug C op deze link geïntroduceerd. Aangezien 802.1D-bruggen RSTP-BPDU's negeren en afwijzen, gelooft C dat er geen andere bruggen op het segment bestaan en begint deze met het verzenden van BPDU's in de lagere 802.1D-indeling. Switch A ontvangt deze BPDU's en na maximaal twee keer de hello-periode wordt de modus alleen op die poort in 802.1D gewijzigd. Het gevolg is dat C nu de BPDU's van Switch A begrijpt en A wordt geaccepteerd als de aangewezen brug voor dat segment.

Als in dit specifieke geval Brug C wordt verwijderd, wordt Brug A nog steeds in de STP-modus op die poort uitgevoerd, hoewel deze efficiënter in de RSTP-modus werkt met de unieke Brug B. A weet niet dat Brug C is verwijderd uit het segment. Voor dit specifieke (zeldzame) geval is tussenkomst van de gebruiker vereist om de protocoldetectie van de poort handmatig opnieuw te starten.

Wanneer een poort zich in de 802.1D-compatibiliteitsmodus bevindt, kan deze ook BPDU's voor meldingen van topologiewijzigingen (TCN's) en BPDU's met de TC- of TCA-bit verwerken.

Conclusie

In RSTP (IEEE 802.1w) zijn standaard de meeste van de bedrijfseigen verbeteringen van Cisco in Spanning Tree 802.1D, zoals BackboneFast, UplinkFast en PortFast, opgenomen. Met RSTP is een veel snellere convergentie in een correct geconfigureerd netwerk mogelijk, soms in de orde van grootte van een paar honderd milliseconden. Klassieke 802.1D-timers, zoals doorstuurvertraging en max_age, worden alleen gebruikt als back-up en zijn niet nodig als point-to-point-links en edge-poorten correct zijn geïdentificeerd en ingesteld door de beheerder. De timers zouden ook niet nodig moeten zijn als er geen interactie is met verouderde bruggen.

Gerelateerde informatie

• MST (802.1s)/RSTP (802.1w) on Catalyst Series Switches Running CatOS (MST (802.1s)/RSTP (802.1w) op Catalyst Series switches met CatOS)
• Understanding and Configuring the Cisco Uplink Fast Feature (De Cisco-functie Uplink Fast begrijpen en configureren)
• Tools and Resources (Tools en bronnen)
• Technische ondersteuning en documentatie – Cisco Systems