快速生成树协议

RSTP 是 STP 的更改进和更高级的版本，它是一种第 2 层协议，可防止具有冗余连接的本地网络中的桥接环路和广播风暴。快速生成树协议具有更快的收敛速度，并且还向后兼容 STP。为了确保无环路拓扑，快速生成树协议 (RSTP) 排除了一些连接，这些连接只允许任何两个设备之间的单个活动路径。所有这些禁用的连接都可以用作备用路径，以防活动连接失败。快速生成树协议的 IEEE 标准是 802.1w。

STP 和 RSTP 的相似之处：

在 STP 和 RSTP 中，桥 ID 最低的桥都被选为根桥。
STP 和 RSTP 中的 BPDU 在交换机之间转发。
根和指定端口的选举方式与 STP 中的选举方式相同，其功能也与 STP 相同。

RSTP的工作

RSTP 遵循一套严格的规则，交换机根据这些规则决定在没有任何冗余的情况下在网络上转发流量的最佳方式。当网络上启用 RSPT 时，生成树算法会自动决定生成树的配置。

生成树的最顶层网桥是 RSTP 中的根网桥，它负责将所有网络拓扑信息发送到网络中的其他交换机。这在发生硬件故障或发生其他一些拓扑变化时起着重要作用。因此，最有效的替代路径被建立起来，没有任何延迟。

RSTP 中的端口角色

RSTP中有四端口角色

根端口：选择路径开销最大的端口作为根端口。非根网桥只能有一个根端口。根端口将数据转发到网桥。
指定端口：它是一个非根端口，用作每个 LAN 网段的转发端口。
备份端口：它是到已连接另一个桥接端口的网段的备份路径。这些端口从其交换机接收 BPDU，但仍处于阻塞状态。
备用端口：它是一个备用端口，具有不太理想的路径成本。所有此类端口都处于阻塞状态。

RSTP 中的端口状态

快速生成树协议支持三种端口状态。

Discarding：在discarding状态下，端口不发送用户数据。
学习：在学习状态下，端口学习 MAC 地址，但不转发任何帧。
转发：在转发状态下，端口可以发送数据并且完全可以操作。

港口国的工作：

交换机端口一开始处于丢弃状态，丢弃端口不转发任何帧，也不学习MAC地址，同时监听BPDU。备份和备用端口仍然被丢弃。

在 RSTP 中，如果一个端口被选为根端口或指定端口，则直接从丢弃状态转换到学习状态。因此，RSTP 不需要监听状态。学习端口将 MAC 地址添加到内容可寻址内存表中；但是，它不能转发帧。

在下一阶段，学习端口转换为转发状态。转发端口功能齐全，即它可以学习 MAC 地址、发送和侦听 BPDU 以及转发帧。

RSTP 的好处：

防止网络环路。
防止冗余。
更快的收敛。
向后兼容 STP。
每台交换机都会生成 BPDU 并在 hello 时间间隔将它们发送出去。
交换机不需要人为的前向延迟计时器。

在 STP 中，BPDU 仅由根桥生成。如果非根网桥在其根端口上收到来自根网桥的 BPDU，它将将该 BPDU 向下传递给它的邻居。此收敛过程较慢，STP 依赖转发延迟计时器来确保无环路环境，这需要大量时间。

在 RSTP 中，交换机只是直接与其相邻的交换机握手，这允许在拓扑中快速同步。这使端口可以迅速从丢弃状态更改为转发状态，而无需延迟计时器。

RSTP 中的端口类型

RSTP 中共有三种端口

边缘：它是连接到主机的端口。
根：它是连接到另一个交换机的端口，它具有到根桥的最佳路径成本。
点对点：它是一个连接到另一个交换机的端口，它有可能成为一个段的指定端口。

RSTP 算法

RSTP 算法遵循一些一般步骤：

确定根桥：桥优先级最低的交换机被选为根桥。在平局的情况下，使用基于 MAC 地址的 tiebreaker 来决定根桥，即 MAC 地址最低的交换机被选为根桥。
所有根桥接口都处于转发状态：在转发状态下，所有端口都学习MAC地址，同时也发送和接收数据。
所有非根交换机都选择一个根端口：根据根成本，根端口是通往根桥的最佳路径。非根交换机中只有一个根端口。
选择指定端口：这些端口允许转发流量，它们是根据端口成本选择的。所有剩余的根桥端口都是指定端口。
其余端口处于阻塞状态：这些端口不向其他交换机传递任何数据，也不学习 MAC 地址。