RSTP：快速收敛的生成树技术

一、STP回顾与不足

1. STP的核心机制

   • 根桥选举：通过比较BID（Bridge ID，优先级+MAC地址），最小者胜出。

   • 端口角色：根端口（RP）、指定端口（DP）、阻塞端口（Alternate）。

   • 状态切换：需经历Blocking→Listening→Learning→Forwarding，耗时至少30秒（2×Forward Delay）。

2. STP的缺陷

   • 收敛慢：端口状态切换延迟高，拓扑变化时易引发临时环路。

   • 资源浪费：所有VLAN共享一棵生成树，无法负载均衡。

   • TCN机制不灵活：主机频繁上下线会触发大量TCN BPDU，影响稳定性。

二、RSTP的核心改进

1. 端口状态简化

   STP状态	RSTP状态	功能描述
   Disabled	Discarding	不参与生成树计算
   Blocking	Discarding	阻塞流量，不学习MAC
   Listening	Discarding	参与计算，但不转发数据（可以发送配置BPDU）
   Learning	Learning	学习MAC，但不转发数据
   Forwarding	Forwarding	正常转发数据

2. 新增端口角色

   • Backup端口：为同一交换机的冗余端口（用于共享介质场景）。

   • Aternate端口：根端口的备份，提供冗余路径

   • 边缘端口：直接连接终端，跳过延迟直接进入Forwarding状态。注意：Alternate端口针对的是其他交换机的指定端口，Backup端口针对的是同一交换机的指定端口

3. BPDU优化

   • 主动发送：交换机自行周期发送RST BPDU（无需依赖根桥），Hello Time=2秒。

   • 快速老化：BPDU超时时间为3×Hello Time（6秒）。

   • 阻塞状态的端口可以立即的对收到的低优先级的RST BPDU做出回应

三、RSTP快速收敛原理

1. 边缘端口机制

   • 连接终端的端口无需延迟，立即转发。

   • 若收到BPDU则转为普通端口参与生成树计算，避免环路风险。

2. P/A（Proposal/Agreement）机制（阻塞端口->指定端口）

   • 适用场景：点到点链路（如交换机直连）且只能是点到点不能一对多。

   • P/A机制收敛过程（没有处于监听状态的指定端口快速变为转发状态）：

     1. 指定端口发送Proposal（提议）。

     2. 下游交换机同步拓扑后回复Agreement（确认）。

     3. 指定端口立即进入Forwarding状态。原理SWA初始为根网桥，SWB网桥ID比SWC优先级更高，SWD E0/1为阻塞端口。现SWD变为根网桥，E0/1端口由Alternate端口变为指定端口，触发P/A机制向SWC的E0/1接口发送一个P BPDU，SWC从E0/1(指定端口->根端口，转发状态不变，不触发P/A机制)接口收到之后立马阻塞E0/2接口，随机应答一个Agreement BPDU给SWD，SWD的E0/1接口立马变为转发接口；SWC的E0/2端口由于为了应答SWD由指定的端口变为了阻塞端口，但是应答完之后，又得从阻塞端口变为指定端口，触发P/A机制，向SWA的E0/1端口发送P BPDU；回到SWD,SWD从E0/2端口发送配置BPDU给SWB，SWB知道了SWD是根网桥(两端口虽然发生了变化，但是转发状态不变，不触发P/A机制)，随机给SWA发送SRT BPDU，接收E0/2(指定端口->根端口，转发状态不变，不触发P/A机制)，SWA收到之后，将E0/1阻塞(指定端口->Alternate端口)，此时从SWC发来的P BPDU无法收到，且无法给SWC回复一个A BPDU，所以SWC的E0/2接口不能直接变为转发状态，但是这个接口不通信不影响交换机之间的通信。

3. 拓扑变化处理

   • 触发条件：仅非边缘端口进入Forwarding状态时触发。

   • 响应动作：

     • 在两倍Hello时间内向所有其它指定端口和根端口发送TC置位 BPDU报文。

     • 清除除接收到TC报文的端口之外的所有指定端口和根端口学习 的MAC地址）。

四、RSTP与STP兼容性

1. 混合网络中的行为

   • RSTP端口连续收到3次STP BPDU时，回退为STP模式（丧失快速收敛能力）。

   • 建议：将STP设备置于网络边缘。

五、典型配置案例

1. 基础配置（华为交换机）

• # 启用RSTP并设置优先级
  [SWA] stp enable
  [SWA] stp mode rstp
  [SWA] stp priority 4096  # 指定根桥优先级

• 配置边缘端口

• [SWC] interface Ethernet 0/1
  [SWC-Ethernet0/1] stp edged-port enable  # 边缘端口

• 强制指定点到点链路

1. [SWA] interface Ethernet 0/10
   [SWA-Ethernet0/10] stp point-to-point force=true  # 启用P/A机制

六、总结对比

关键改进点：RSTP通过状态简化、主动BPDU、P/A握手和边缘端口，显著提升收敛速度，同时保持与STP的兼容性。