STP RSTP

STP,RSTP及MSTP一開始設計就是要防止Level 2 switch網路造成迴圈(Loop)和實現鏈路冗餘(redundancy)。

網路造成迴圈(Loop)

當網路發生Loop時,透過STP演算法適當地將其它界面Broke掉。如下圖 會將左邊switch Fa0/2 Block

鏈路冗餘(redundancy)

假若網路線路發生斷掉或其中網路介面壞掉等問題時，會自動再透過STP演算法將壞掉界面Broke,
原本被Broke 掉介面會再度被打開,這樣就有利於形成網路線路的備援機制。
下圖左邊switch Fa0/1壞掉(紅色),透過STP演算法會將左方switch fa0/2界面打開

STP

STP(Spanning Tree Protocol)定義在IEEE 802.1D標準中，STP主要利用在Level 2 Bridge 或Switch 網路設備連接成網路時,避免網路迴圈(LOOP)的情形發生。STP是用STP演算法將網路迴圈結構以樹狀型式呈現,造成兩個節點之間只有一個唯一路徑,這唯一路徑就是轉送目的MAC address 的路徑。

Bridge Port 狀態圖

STP在進行演算法其間,會依照下圖的模式進行switch Port角色的選擇。

Root Port(根阜)—>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
Designated Port(委任阜)—>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
Block Port—>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)

另外，STP演算法在運算其間，forward delay time(轉送時間)約為15秒。整個STP要達成收斂時間約為30~50秒；即是Listening →(15秒)Learning–>(15秒)Forwarding。因此STP通常最快也需要30 秒才能收斂完成,對於網路服務無法忍受中斷30秒以上來說,STP收斂過慢就是一個嚴重缺點。

(資料來源:MOOCS計算機網路概論)

RSTP

為要解決STP收斂過慢問題，IEEE在2001年制定IEEE 802.1w的RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)標準，透過減少Bridge Port Status 轉換時間及新增Alternate port及Backup Port兩種角色來減少收斂時間。通常約1秒內即可收斂。

Root Port(根阜) —>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
Designated Port(委任阜) —>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
Disabled Port —>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)
Alternate port —>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)
Backup Port —>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)

Alternate port及Backup Port

Alternate port

參考下圖所示，當Bridge B失效時，Bridge A的Alternate port就會接管該區域的委任阜角色
(Designated Port),以提供Root Bridge 另一個替代路徑。

(資料來源:routemyworld-Alternate Port vs Backup Port)

Backup Port

參考下圖所示，當同一個Bridge B 的委任阜(Designated Port)失效時,備份阜(Backup Port)
就馬上接管原本Designated Port角色。備份阜的Port id 會比委任阜來的大

(資料來源:routemyworld-Alternate Port vs Backup Port)

RSTP Port Status vs STP Port Status

如下表所示,RSTP只有三種 Port Status,disable,Learning及Forwarding。傳統的STP(802.1d) port Status,disable,Blocking及Listening都統一由RSTP(802.1w)取代成disable。 (此表資料來源:百度-RSTP)

STP Port Status	RSTP Port Status	Port 是否為Active狀態	Port 是否學習來源Mac Address
disable	disable	NO	NO
Blocking	disable	NO	NO
Listening	disable	YES	NO
Learning	Learning	YES	YES
Forwarding	Forwarding	YES	YES

RSTP Port Costs及Dell Force 10 相關指令

(此表資料來源: Dell Taiwan Networking Partner Training Book-A)

Link Speed	Default Cost STP	Default Cost RSTP
100M	19	200000
1G	4	20000
10G	2	2000
100M LAG	18	180000
1G LAG	3	18000
10G LAG	1	1800

(此表資料來源: Dell Taiwan Networking Partner Training Book-A)

Task	Command Syntax	Command Mode
Default Port Cost:如上表所示	spanning-tree rstp cost cost	INTERFACE
改變Port Cost Range:0-65535	spanning-tree rstp cost cost	INTERFACE
改變port介面的優先權,Default為128	Spanning-tree rstp priority priority-value	INTERFACE
改變Port Cost Range:0-25	Spanning-tree rstp priority priority-value	INTERFACE

MSTP

當網路規模較很大需要Switch特別多時，使用RSTP還是會導致較長收斂時間，若是將網路架構用VLAN方式切割成多個VLAN,或需是可以解決的方法，但實際上RSTP及STP無法跨越不同VLAN來運作，因為以RSTP及STP觀點來看，雖然切割成不同VLAN,不同Vlan之間還是共用一樣的Spanning Tree。

參考資料

Spanning Tree Protocol
STP、RSTP、MSTP
Cisco and Force10 – STP Spanning Tree Interoperability
Dell Taiwan Networking Partner Training Book-A