Rstp протокол что это простым языком
Применение протокола RSTP на энергообъектах
Повреждение канала связи или сетевых устройств Ethernet может приводить к отказу функционирования систем РЗА. Для исключения последнего при проектировании локальных сетей обмена данными целесообразно использование протоколов резервирования, которые позволяют компенсировать указанный недостаток и повысить надежность сети обмена данными.
Одновременно с необходимостью обеспечивать надёжность обмена данными предъявляются требования ко времени восстановления связи между устройствами после возникновения отказа одного из используемых каналов связи или коммутаторов (мостов). Указанное восстановление связи зависит от быстродействия выполнения функций на конкретном энергообъекте.
RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol – «быстрый» протокол связующего дерева) – широко используемая в системах промышленной автоматизации ускоренная версия протокола резервирования STP. Протокол RSTP, описанный в спецификации комитета IEEE 802.1W, по своему принципу действия преобразует сеть произвольной топологии в древовидную топологию [1, 2].
При использовании данного протокола можно увеличить число резервных каналов связи между устройствами, без него – это невозможно [2, 3], поскольку два или несколько активных маршрутов между мостами сети будут способствовать возникновению broadcast-шторма, т.е. процесса бесконечной передачи пакетов данных по сети. При этом локальная сеть оказывается заблокированной и обмен данными между ИЭУ становится невозможным. Применение протокола RSTP позволяет логически блокировать резервные каналы связи до момента повреждения в сети.
Принцип работы протокола RSTP
Первый шаг к построению активной конфигурации сети, использующей протокол резервирования RSTP, – определение «корневого» моста, от которого впоследствии будет строиться топология «связующего дерева». Для этого между мостами происходит обмен служебными сообщениями BPDU (Bridge Protocol Data Unit), структура которых показана на рис. 1. Значения полей служебного сообщения описаны в таблице 1.
Рис. 1. Структура служебного сообщения BPDU.
Таблица 1. Значения полей служебного сообщения BPDU.
Поле служебного сообщения
Содержание поля
Идентификатор протокола RSTP
Protocol Version ID
Версия протокола RSTP
Тип сообщения протокола RSTP (BPDU Type)
Признак, с помощью которого различаются сообщения протокола RSTP
Поле флагов протокола RSTP (Flags)
Идентификатор «корневого» моста Root ID
Длина корневого маршрута Root Path Cost
Идентификатор моста Bridge ID
Идентификатор порта Port ID
Возраст сообщения Message Age
Максимальный возраст сообщения Maximum Age
Период отправки сообщений
Время задержки перехода моста в новое состояние
Изначально каждый мост является «корневым» и выполняет функцию отправки служебных сообщений, в которых значения идентификаторов «корневого» моста Root ID и моста Bridge ID равны. Идентификатор Bridge ID указывает на мост – источник рассматриваемого служебного сообщения. Далее каждым из мостов производится анализ полученных служебных сообщений для определения моста, претендующего на звание «корневого».
В большей степени на это звание всегда претендует мост с меньшим значением идентификатора «корневого» моста Root ID. Если мост сети получает служебное сообщение со значением идентификатора «корневого» моста, меньшим его собственного, он перестаёт считать себя «корневым». При этом в формируемом им служебном сообщении осуществляется замена его собственного значения на значение идентификатора моста Root ID, претендующего на звание «корневого».
Как только процедура выбора завершается, в сети остаётся только один «корневой» мост. Все его порты являются назначенными и функционируют в режиме обучения. Одновременно с выбором «корневого» моста происходит назначение ролей портов «некорневых» мостов.
Порты мостов могут получать одну из пяти ролей:
Согласно протоколу RSTP-порты мостов могут работать в трёх режимах:
После назначения «корневого» моста формируется активная топология «связующего дерева» сети по процедуре «Предложение/Соглашение» (рис. 2). Её формирование начинается от «корневого» моста, передающего соседним с ним мостам служебные сообщения с установленным флагом «Предложение». Тогда эти мосты переводят свои порты (кроме «корневого») из режима обучения в режим изоляции, затем они передают «корневому» мосту служебные сообщения с установленным флагом «Соглашение». Только после этого «корневой» мост переводит свои назначенные порты в активный режим.
Рис. 2. Структурная схема процедуры «Предложение/Соглашение»
Далее аналогичный обмен «Предложение/Соглашение» происходит между следующей парой «некорневых» мостов. При этом broadcast-шторм в сети не появляется. «Волна» предложений и соглашений проходит по всей сети, оставляя после себя активную топологию, по которой осуществляется обмен данными между устройствами РЗА сети (рис. 3).
Рис. 3. Топология сети с поддержкой протокола резервирования RSTP
При дальнейшем функционировании сети основное назначение служебных сообщений, отправляемых только «корневым» мостом, – обнаружение изменений в активной топологии сети. Например, в случае повреждения канала связи или одного из мостов остальные деблокируют некоторые свои порты для восстановления связи с устройствами, которые присоединены к повреждённому мосту.
Этапы методики применения протокола RSTP
Определение резервируемого сегмента сети обмена данными
Параметр Bridge Max Age характеризует размер указанного сегмента – число мостов станционной шины, которые участвуют в обмене служебными сообщениями BPDU. Значение этого параметра соответствует максимальному количеству передач служебных сообщений между мостами (от «корневого» до самого удалённого) станционной шины. По умолчанию для каждого моста сети он принят равным 20 и может изменяться пользователем в диапазоне 6 – 40.
Рассмотрим случай, когда установленного значения параметра Bridge Max Age недостаточно для надёжного построения сети. Как показано ранее, структура каждого служебного сообщения включает в себя поле «Возраст сообщения» (Message Age). В исходном состоянии «корневой» мост отправляет служебные сообщения с нулевым значением поля «Возраст сообщения». По факту принятия служебного сообщения другим мостом сети значение указанного поля увеличивается на 1, т.е. передача осуществлена через один мост. При этом текущее значение поля «Возраст сообщения» сравнивается с параметром Bridge Max Age моста (рис. 4).
Рис. 4. Структурная схема передачи служебных сообщений
Если значение поля превышает параметр Bridge Max Age рассматриваемого моста, передача служебного сообщения далее не производится, тем самым ограничивается объём резервируемой сети. Например, при отказе действия «корневого» моста и самопроизвольном выборе нового возможна потеря обмена данными с некоторыми устройствами сети (рис. 5).
Рис. 5. Структурная схема отказа работоспособности «корневого» моста и
построения новой конфигурации сети
Задание параметра BridgeMaxAge коммутаторов
Чтобы избежать ограничения резервируемого объёма сети в нормальном режиме и, что более важно, при восстановлении сети после повреждения, необходимо правильно выбрать параметр Bridge Max Age мостов сети. Указанное можно сделать, используя способ определения наибольшего радиуса топологии сети, что и будет в конечном итоге соответствовать необходимому параметру Bridge Max Age мостов.
Наибольший радиус топологии сети Ethernet (R) – самый длинный маршрут, по которому передаются служебные сообщения от «корневого» моста. При расчёте радиуса обязательно следует учитывать вариант наиболее сложного повреждения в активной топологии сети. Начало отсчёта радиуса принимают от «корневого» моста до самого удалённого.
Рис. 6. Пример определения наибольшего радиуса сети произвольной топологии
Для схемы сети, представленной на рис. 6, наибольший радиус сети при выбранном «корневом» мосте составляет 7. Соответственно, параметр Bridge Max Age для мостов сети при конфигурировании должен также быть равен 7. Пример определения наибольшего радиуса для топологии сети «кольцо-кольцо» показан на рис. 7. Главное кольцо состоит из n и 2m коммутаторов, необходимых для соединения с m кольцами. Каждое кольцо состоит из r коммутаторов, тогда наибольший радиус вычисляется по формуле R = (n + 2m) + r.
Рис. 7. Пример определения наибольшего радиуса для многокольцевой топологии сети обмена данными
В рассматриваемом примере наибольший радиус при самом сложном повреждении сети составляет 11. Расчёт, аналогичный приведённому для рис. 7, также должен быть выполнен для случая, когда имеет место отказ «корневого» моста с переводом его функций на резервный.
Определение положения корневого и резервного мостов в топологии сети
В процессе настройки сети один мост рекомендуется назначить «корневым», присвоив ему наиболее низкий идентификатор. Резервным становится новый «корневой» мост (после повреждения старого), который назначается произвольно либо преднамеренно. В последнем случае идентификатор резервного моста должен быть больше идентификатора «корневого» моста, но меньше того же показателя остальных мостов.
Оптимальное решение – расположение «корневого» и резервного мостов в центре топологии сети. Идентификаторы остальных мостов должны назначаться на основании анализа топологии сети конкретного объекта. Произвольное расположение «корневого» и резервного мостов приводит к нарушению функций, выполняемых устройствами РЗА. Так, при повреждении «корневого» моста обмен данными между устройствами, составляющими часть сети, может не восстановиться.
Расчёт времени восстановления обмена данными после повреждения в сети
Этот расчёт последний, но не менее важный шаг в построении станционной шины. Если время восстановления не превышает требуемых значений, спроектированная сеть удовлетворяет требованиям стандарта МЭК 61850.
При проектировании станционной шины согласно указанному стандарту с использованием протокола RSTP важным аспектом является обеспечение не только максимального размера резервируемой сети, но и требуемого (в соответствии со стандартом) времени восстановления обмена данными между устройствами. При этом очевидно противоречие: c одной стороны, рост числа мостов, получающих служебные сообщения, позволяет увеличить размер резервируемой сети, тем самым повышая надёжность обмена данными; с другой стороны, этот же рост приводит к увеличению времени восстановления обмена данными между устройствами.
Расчётные случаи для нахождения времени восстановления обмена данными – повреждение канала связи или «некорневого» моста, повреждение «корневого» моста. Исходя из анализа топологии сети конкретного объекта, возможно создание обходных (резервных) каналов связи, которые позволяют снизить максимальное значение радиуса резервируемого сегмента сети обмена данными при сохранении необходимого числа коммутаторов Ethernet.
Вывод
Согласно изложенной методике применения протокола резервирования RSTP представляется целесообразным осуществлять проектирование сетей Ethernet, по которым происходит обмен данными между различными ИЭУ на энергообъектах, с учётом требований надёжности и быстродействия информационного обмена. Указанное в свою очередь обеспечивает правильность функционирования систем РЗА, их надёжность и быстродействие.
Список литературы
1. IEC 61850-90-4, Communication Networks and Systems in Substations. Part 90-4: Network Engineering Guidelines. Technical Report, 2010.
2. Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet. Спб: БХВ-Петербург, 2007.
3. Castelli M. J., LAN Switching first-step / Cisco Press, 2004.
4. Документация на устройства фирмы Siemens / SIPROTEC 4. Ethernet Module EN100 for IEC 61850 with electrical/optical 100 Mbit Interface.
Rstp протокол что это простым языком
Содержание
Сравнение с STP
По сравнению с STP уменьшилось время построения топологии, а также время восстановления работоспособности сети.
Принцип работы
Принцип работы в общих чертах похож на STP: выбирается корневой коммутатор (англ. root switch ), к которому, каждый из участвующих в построении дерева коммутатор, ищет кратчайший маршрут (с учётом пропускной способности канала) через соседние коммутаторы (или напрямую). Линии, не попавшие в маршрут, переводятся в режим ожидания и не используются для передачи данных пока работают основные линии. В случае выхода из строя основных линий, ожидающие линии используются для построения альтернативной топологии, после чего одна из линий становится активной, а остальные продолжают находиться в режиме ожидания.
Состояния порта (англ. Port States )
Роли порта (англ. Port Roles )
Типы связи (англ. Link Types )
Edge Port
Edge Port — подключенный к конечному устройству порт на котором отсутствует возможность создания петлевой структуры. Особенностями данного порта являются:
Для активации данного режима порта на оборудовании Cisco используется комманда spanning-tree portfast
Источники
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «RSTP» в других словарях:
RSTP — or Rstp can refer to: *Rapid Spanning Tree Protocol, an enhancement to Spanning Tree Protocol *Rstp, the abbreviation for the orchid genus Restrepia … Wikipedia
RSTP — Das Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) ist ein Netzprotokoll, um redundante Pfade in lokalen Netzen zu deaktivieren, bzw. im Bedarfsfall (Ausfall einer Verbindung) wieder zu aktivieren. Es ist eine Weiterentwicklung des Spanning Tree Protocol… … Deutsch Wikipedia
RSTP — Rapid Spanning Tree Protocol (Computing » Networking) … Abbreviations dictionary
Spanning Tree Protocol — Internet protocol suite Application layer BGP DHCP DNS FTP HTTP … Wikipedia
Spanning tree protocol — The Spanning Tree Protocol is an OSI layer 2 protocol that ensures a loop free topology for any bridged LAN. It is based on an algorithm invented by Radia Perlman while working for Digital Equipment Corporationcite… … Wikipedia
Spanning tree protocol — Détermination d un spanning tree Le Spanning Tree Protocol (aussi appelé STP) est un protocole réseau de niveau 2 permettant de déterminer une topologie réseau sans boucle (appelée arbre) dans les LAN avec ponts. Il est défini dans la norme IEEE… … Wikipédia en Français
Rapid Spanning Tree Protocol — Saltar a navegación, búsqueda Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) es un protocolo de red de la segunda capa OSI, (nivel de enlace de datos), que gestiona enlaces redundantes. Especificado en IEEE 802.1w, es una evolución del Spanning tree… … Wikipedia Español
STP — Не следует путать с Straight through processing. англ. Spanning Tree Protocol (STP) (протокол остовного дерева) сетевой протокол. Основной задачей STP является устранение петель в топологии произвольной сети … Википедия
Metro Ethernet — A Metro Ethernet is a computer network that covers a metropolitan area and that is based on the Ethernet standard. It is commonly used as a metropolitan access network to connect subscribers and businesses to a larger service network or the… … Wikipedia
MSTP — STP (Spanning Tree Protocol) Familie: Inter Switch Kommunikation Einsatzgebiet: Management von logischen Ethernet Verbindungen STP im Protokollstapel: Netzzugang STP Ethernet Standards: IEEE Normen 802.1d, 802.1w, 802.1s, 802.1Q … Deutsch Wikipedia
Команды настройки протоколов связующего дерева STP, RSTP, MSTP
Протокол Spanning Tree Protocol (STP)
Конфигурация связующего дерева строится коммутаторами автоматически с использованием обмена служебными кадрами, называемыми Bridge Protocol Data Units (BPDU). Существует три типа кадров BPDU:
Для построения устойчивой активной топологии с помощью протокола STP необходимо с каждым коммутатором сети ассоциировать уникальный идентификатор моста ( Bridge ID ), с каждым портом коммутатора ассоциировать стоимость пути ( Path Cost ) и идентификатор порта (Port ID ).
В процессе построения топологии сети каждый порт коммутатора проходит несколько стадий: Blocking (» Блокировка «), Listening («Прослушивание»), Learning («Обучение»), Forwarding («Продвижение»), Disable («Отключен»).
Протокол Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)
Администратор сети может вручную включать или выключать статусы Edge и P2P либо устанавливать их работу в автоматическом режиме, выполнив соответствующие настройки порта коммутатора.
Протокол Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)
Протокол MSTP делит коммутируемую сеть на регионы MST (Multiple Spanning Tree (MST) Region), каждый из которых может содержать множество копий связующих деревьев (Multiple Spanning Tree Instance, MSTI) с независимой друг от друга топологией.
Протокол MSTP определяет следующие типы связующих деревьев:
Вычисления в MSTP
Роли портов
Счетчик переходов MSTP
При вычислении активной топологии связующего дерева IST и MSTI не используют значения полей Max Age и Message Age конфигурационного BPDU для отбрасывания устаревших сообщений. Вместо этого используется механизм счетчика переходов ( Hop count ).
Пользователь может установить значение счетчика переходов от 1 до 20. Значение по умолчанию — 20.
В данной лабораторной работе рассматривается работа протоколов связующего дерева и их настройка на коммутаторах.
Цель: Понять функционирование протоколов связующего дерева и изучить их настройку на коммутаторах D-Link.
| DES-3200-28 | 2 шт. |
| Рабочая станция | 4 шт. |
| Кабель Ethernet | 8 шт. |
| Консольный кабель | 2 шт. |
Перед выполнением задания необходимо сбросить настройки коммутаторов к заводским настройкам по умолчанию командой
Настройка протокола RSTP (IEEE 802.1w)
Примечание. Не соединяйте кабелем Ethernet порты коммутатора с образованием петли во время настройки.
Настройка DES-3200-28_A
Настройте IP-адрес интерфейса управления коммутатора
Включите протокол связующего дерева на коммутаторе
Проверьте текущую конфигурацию протокола связующего дерева
Протокол RSTP используется по умолчанию после активизации протокола связующего дерева. Если нет, включите его
Установите на коммутаторе наименьшее значение приоритета, чтобы он мог быть выбран корневым мостом (приоритет по умолчанию = 32768 )
Назначьте порты 5-24 граничными портами
Активизируйте протокол связующего дерева на портах
Урок 21. Описание и настройка протоколов RSTP, Rapid PVST
Краткая теория о RSTP/Rapid PVST
Принцип работы RSTP
При включении коммутатора все его порты проходят через следующие состояния:
Выбор корневого коммутатора, корневых и назначенных портов аналогичен STP. Вернемся к первому рисунку и посмотрим, что произойдет при обрыве кабеля между коммутаторами A и В
На коммутаторе В запускается таймер Max age и по его истечении все магистральные порты переводятся в состояние игнорирования. Таблицы МАС адресов обнуляются.
Так как порт Fa 3 коммутатора С уже не получает BPDU от коммутатора А, то он по истечении Max Age переводится в состояние пересылки. Теперь коммутатор В через коммутатор С получает Hello пакеты от корневого коммутатора А. Порт Fa 2 переводится в состояние пересылки.
Точно также, как и с PVST+, Cisco разработала собственный протокол на базе RSTP, но с учетом работы с несколькими VLAN. Называется этот протокол Rapid PVST.
Настройка протоколов STP/RSTP
Технологии STP не требуют специальных настроек со стороны администратора, так как все прекрасно работает сразу после включения питания. Поэтому рассмотрим лишь базовые настройки, которые могут быть полезны.
Выбор протокола в коммутаторе (STP или RSTP):
Switch(config)# spanning-tree mode pvst | rapid-pvst
Установка коммутатора в качестве корневого:
Switch(config)# spanning-tree vlan номер_vlan root primary
Установка приоритета коммутатора:
Switch(config)# spanning-tree vlan номер_vlan priority значение от 0 до 61440
Установки стоимости интерфейса
Switch(config-if)# spanning-tree vlan номер_vlan cost значение
Для просмотра настроек и работы STP полезны будут следующие команды
Switch# show spanning-tree
Switch# show spanning-tree root
Switch# show spanning-tree summary
Дополнения к протоколу STP (EhterChannel, PortFast)
Компания Cisco внесла некоторые дополнения в работу STP.
EtherChannel – используется для балансировки нагрузки, если между 2-мя коммутаторами имеются 2 и более параллельных связей.
Для балансировки нагрузки может быть использована одна из 2-х технологий:
LACP (Link Aggregation Control Protocol) и PAgP (Port Aggregation Protocol). PAgP разработка Cisco. Либо можно включить статически балансировку.
Порты Fa 1 и Fa 2 на каждом коммутаторе объединяем в один логический канал и включаем постоянную балансировку:
На обоих концах должны быть одинаковые настройки EtherChannel.
PAgP поддерживает 2 режима: auto (пассивный режим) и desirable (активный режим). В пассивном режиме порт ожидает указаний от противоположного порта и при получении указаний переходит в режим балансировки нагрузки. В противном случае балансировка не включается.
Балансировка включается при следующих условиях: