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零、前言
一、STP有哪些能够优化的地方？
二、RSTP优化了上面的哪些问题？
三、STP与RSTP有哪些异同？
四、RSTP如何做到比STP更快收敛的？
五、RSTP又是如何应对链路故障？
六、结尾

零、前言

上次说到STP的收敛时间，不知各位还记得吗？重新回忆一下蛤，快的话30秒，慢的话52秒。怎么想30秒的延迟都实在太久了，咱们有办法能够让网络快速稳定下来吗？今天咱们就聊聊，RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）怎么就让网络恢复稳定得快 “亿” 点！！！

一、STP有哪些能够优化的地方？

咱们慢慢来聊啊，先仔细想想，STP都有哪些能改进的地方，然后咱们再看看RSTP都改进了啥东西：

STP划分了5种状态，但对于用户来说，其实只有三种状态：接口关闭，接口不可发数据，接口可收发数据。实际上没必要划分这么多状态。
STP算法依赖于定时器，拓扑发生变化的时候需要等待定时器的结束。
根桥主动发出配置BPDU，而对于非根桥的设备只是处理配置BPDU，从而传到整个STP网络中，这效率实在太低了，拓扑变化时需要将TCN（Topology Change Notification，拓扑变化通知）报文传到根桥才能处理下一步。
对于直接连接用户终端设备（例如：个人电脑）的接口完全不用参与拓扑计算，毕竟终端设备接入就是直连，不会形成环路。

二、RSTP优化了上面的哪些问题？

答案：全解决了！！！

RSTP将STP的5种状态减少到了3种：转发（Forwarding）、学习（Learning）、丢弃（Discarding）。
当拓扑发生变化时，不再需要将拓扑变化通知（TCN）报文传到根桥，而是交换机连续三次没接收到上游（当前节点的上一个节点）交换机发送的RST BPDU，重新与上游链路进行选举，然后通过P/A协商后，再根据情况切换接口状态。
上游交换机都会按照Hello Timer规定的时间间隔发送BPDU，这个过程都是设备自主进行的。
管理员可以手动配置边缘端口（PortFast），这个端口比较特别，不接受BPDU，不参与RSTP计算，但是可以快速从Discarding状态切换到Forwarding状态，但假如边缘端口接收到BPDU就会变成普通STP端口（比如终端用户自己接入一个交换机进来），从而引起网络震荡。
同时还增加了两种接口状态：Alternate端口与Backup端口

角色描述

Backup Backup端口作为指定端口的备份，提供了另外一种从根桥到非根桥的备份链路。

Alternate Alternate端口作为根端口的备份端口，提供了从指定桥到根桥的另一条备份路径。


角色	描述
Backup	Backup端口作为指定端口的备份，提供了另外一种从根桥到非根桥的备份链路。
Alternate	Alternate端口作为根端口的备份端口，提供了从指定桥到根桥的另一条备份路径。

三、STP与RSTP有哪些异同？

先看端口状态，废话不多说，直接上图表比较：

STP接口状态 RSTP接口状态接口在拓扑中的角色

Forwarding Forwarding 包括根接口、指定接口

Learning Learning 包括根接口、指定接口

Listening Discarding 包括根接口、指定接口

Blocking Discarding 包括Alternate接口、Backup接口

Disabled Discarding 包括Disable接口

STP接口状态	RSTP接口状态	接口在拓扑中的角色
Forwarding	Forwarding	包括根接口、指定接口
Learning	Learning	包括根接口、指定接口
Listening	Discarding	包括根接口、指定接口
Blocking	Discarding	包括Alternate接口、Backup接口
Disabled	Discarding	包括Disable接口

所以说RSTP站在用户的角度，将STP中间的侦听、学习时间缩短了：

Discarding状态：端口既不转发用户流量，也不学习MAC地址
Learning状态：端口不转发用户流量，但学习MAC地址
Forwarding状态：端口转发用户流量，也学习MAC地址

然后咱们再来看看BPDU报文，还记得之前STP第一篇文章说的STP配置BPDU报文格式吗？咱们来回忆一下：

其中Flags字段仅仅包括两个字段：TCA（拓扑变化确认，Topology Change Acknowledgment）、TC（拓扑变化，Topology Change）

先看看下面这个图，单单看这两个报文是不是感觉一摸一样？其实就是RSTP借鉴STP的BPDU报文格式，只不过BPDU Type（BPDU报文类型）不一样，除此之外最关键的区分点在于RSTP将Flags字段包含了更多信息。

在RST BPDU的Flags中定义了TCA（拓扑变化确认）、Agreement（同意）、Forwarding（转发）、Learning（学习）、Port Role（端口角色，例如指定端口、根端口等）、Proposal（协商）、TC（拓扑变化）

这里的协商（Peoposal）和同意（Agreement）（P/A机制）我们会在后面RSTP收敛过程中聊到，这两个字段就是使得RSTP快速收敛的“法宝”

四、RSTP如何做到比STP更快收敛的？

从“根源”下手，咱们来看看RSTP的收敛过程：

每台交换机启动后，都认为自己是“根桥”，并且发送RST BPDU。这个时候所有端口都是指定端口，且都处于Discarding（丢弃）状态。
交换机相互发送Proposal置位为1的RST BPDU，接收到对端的RST BPDU的更优的交换机会丢弃次优交换机发过来的RST BPDU，并且回复Proposal置位为1的本地RST BPDU。
左下角的交换机收到更好的RST BPDU，就停止发送自己的RST BPDU，并执行同步。（除Alternate端口与边缘端口之外，所有下游指定端口都变为Discarding状态）
阻塞完所有非边缘端口之后，会回应给上游交换机Agreement置为1的RST BPDU。
根桥接收到下游发送的Agreement置为1的RST BPDU报文时，上游交换机会立马将指定端口从Discarding（丢弃）状态切换到Forwarding（转发）状态，然后P/A协商继续向下传播。

也就是说，当链路上的P/A协商结束时，这条链路就能进入到转发状态了，比STP的两个Forwarding Delay不知道要快多少去了。

五、RSTP又是如何应对链路故障？

其实挺直接的，以前还需要一层层往上通知“大哥”，然后让“大哥”说怎么办，现在不用了，还记得上面说的设备自主进行上游RST BPDU接收吗？RSTP就借助这条特性，将网络拓扑得变化感知得更加迅速。

上游交换机都会按照Hello Timer规定的时间间隔发送BPDU，这个过程都是设备自主进行的。

当规定的连续3次Hello Timer时间间隔过去了还没接收到上游发下来的RST BPDU，就确定了本端口与对端口通信失败，然后重新进行RSTP计算。并且根据情况切换另外的端口状态（从Alternate Port切换到Root Port，并立即进入Forwarding状态），然后发送TC（Topology Change）置为1的报文，从而通知上游清除除了接收TC报文之外的端口的MAC地址表，再重新学习MAC地址。这一趟“操作”下来就能快速应对拓扑变化。

对了，别忘了咱们之前还说过有一种配置的端口叫做边缘端口（PortFast）吧？这个端口有点意思，不接受BPDU，也不参与计算，从Discarding状态直接切换到Forwarding状态，也就是说即使网络震荡了也和它没关系，该转发流量还是照常转发流量，是不是听起来感觉RSTP针对“快”的研究还是很下功夫的。

六、结尾

收敛快是快了，但现在来看，交换机要阻塞一个端口来生成一个树形结构，从而防止环路，但另外一个端口一直没用上，这么感觉也挺浪费的，毕竟设备贵，还不好好利用，插个口还用不上，所以在解决速度之后，又开始研究怎么才能把那些阻塞的端口也用上了，于是诞生了后面要聊的MSTP（多生成树协议，Multiple Spanning Tree Protocol ）。不过在MSTP之前还有个小插曲，咱们先来聊聊另外一个技术：VLAN（虚拟局域网，Virtual Local Area Network），“虚拟”两字听起来是不是感觉头大了？可别被名字吓到，没别的，就聊聊而已。

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