理解快速生成树协议（802.1w）

介绍

在802.1d 生成树（STP）标准设计时，认为网络失效后能够在1分钟左右恢复，这样的性能是足够的。随着三层交换引入局域网环境，桥接开始与路由解决方案竞争，后者的开放最短路由协议（OSPF）和增强的内部网关路由协议（EIGRP）能在更短的时间提供备选的路径。
思科引入了Uplink Fast、Backbone Fast和Port Fast等功能来增强原始的802.1D标准以缩短桥接网络的收敛时间，但这些机制的不足之处在于它们是私有的，并且需要额外的配置。
快速生成树协议（RSTP；IEEE802.1w）可以看作是802.1D标准的发展而不是革命。802.1D的术语基本上保持相同，大部分参数也没有改变，这样熟悉802.1D的用户就能够快速的配置新协议。在大多数情况下，不经任何配置RSTP的性能优于思科的私有扩展。802.1w能够基于端口退回802.1D以便与早期的桥设备互通，但这会失去它所引入的好处。
新版的802.1D标准，IEEE802.1D-2004，合并了IEEE802.1t-2001 和IEEE802.1w标准。
本文提供了RSTP对先前的802.1D标准增强的内容。

Catalyst 交换机对RSTP的支持

下表总结了Catalyst交换机对RSTP的支持和所需软件的最低版本。

[align=center]Catalyst Platform[/align]	[align=center]MST w/ RSTP[/align]	[align=center]RPVST+ (PVRST+)[/align]
Catalyst 2900 XL / 3500 XL	Not available.	Not available.
Catalyst 2940	12.1(20)EA2	12.1(20)EA2
Catalyst 2950/2955/3550	12.1(9)EA1	12.1(13)EA1
Catalyst 2970/3750	12.1(14)EA1	12.1(14)EA1
Catalyst 3560	12.1(19)EA1	12.1(19)EA1
Catalyst 3750 Metro	12.1(14)AX	12.1(14)AX
Catalyst 2948G-L3/4908G-L3	Not available.	Not available.
Catalyst 4000/2948G/2980G (CatOS)	7.1	7.5
Catalyst 4000/4500 (IOS)	12.1(12c)EW	12.1(19)EW
Catalyst 5000/5500	Not available.	Not available.
Catalyst 6000/6500	7.1	7.5
Catalyst 6000/6500 (IOS)	12.1(11b)EX, 12.1(13)E, 12.2(14)SX	12.1(13)E
Catalyst 8500	Not available.	Not available.

新的端口状态和端口角色

802.1D定义了四个不同的端口状态：
l Listening,
l Learning,
l Blocking
l Forwarding
参见下面的表格以获得更多信息。
这些端口的状态，无论对于阻塞或转发流量，还是它在活动拓扑中的角色（Root端口，Desgnated端口等）来说，都是混杂的。比如，从操作的观点来看，Blocking和Listening状态的端口没有区别，它们都丢弃帧，也不学习MAC地址。真正的不同在于生成树给予它们的角色。我们可以安全的确定，Listening状态是Designated端口或Root端口在转变成Forwarding状态的过程中。不幸的是，一旦成为Forwarding状态，我们无法从端口状态推断该端口是Root还是Designated角色。这一点说明这个基于状态的术语的失败。RSTP通过分离端口的角色和状态来陈述这个主题。

端口状态（Port State）

RSTP中只留下了三个端口状态，它们对应着三个可能的操作状态。802.1D中的Disabled, Blocking 和Listening状态在802.1w中合并为同一个Discarding状态。

[align=center]STP (802.1D) 端口状态 [/align]	[align=center]RSTP (802.1w)端口状态[/align]	[align=center]端口包括在活动拓扑中?[/align]	[align=center]端口学习MAC地址?[/align]
Disabled	Discarding	No	No
Blocking	Discarding	No	No
Listening	Discarding	Yes	No
Learning	Learning	Yes	Yes
Forwarding	Forwarding	Yes	Yes

端口角色（Port Roles）

现在，角色成为赋予端口的一个变量。root端口和Designated端口这两种角色仍然保留，然而Blocking端口角色被分成了Backup和Alternate角色。生成树算法（STA）根据桥协议数据单元（BPDUs）决定端口角色。简单起见，关于BPDU需要记住，总有一个方法可以用来比较它们并决定哪一个是最优的，这是基于存于BPDU中的变量来得到的，偶尔也存在接收它们的端口上。考虑到这种情况，以下的段落用实践的方式来解释端口角色。
Root端口角色
在桥设备上接收最优BPDU的端口是Root端口。它是按照术语路径开销（path cost）来计算的距离根网桥最近的端口。生成树算法（STA）在整个桥接网络中选择一个根桥，根网桥发送的BPDU比其他桥设备更有用。根网桥是在桥接网络中唯一没有Root端口的设备，所有其他的网桥都至少在一个端口上接收BPDU。
[align=center][/align]
Designated 端口角色
如果一个端口在向它所连接的网段上发送最优BPDU，该端口就是一个Designated端口。802.1D桥设备把不同的段（segments），比如以太网段，连接在一起来产生一个桥接域。在一给定的段中，只能有一条通往根桥的路径。如果有两条的话，网络中就会有桥接环路。连在同一段的所有桥设备侦听每个BPDU，并一致同意发送最好BPDU的网桥作为该段的指定网桥，该网桥的相应端口就是Desinated端口。
[align=center][/align]
Alternate和Backup端口角色
有两个端口角色对应于802.1D的Blocking状态。阻塞的端口被定义为非Designated和Root的端口。阻塞的端口接收到的BPDU优于其发送的BPDU。记住，一个端口绝对需要接收BPUD以便保持阻塞。为此，RSTP引入了两个角色。
这种区别其实在802.1D中已经做了区分，这也正是思科UplinkFast功能的本质。基本原理在于Alternate端口提供了一个到根网桥的备选路径，因此如果Root端口失效可以替代Root端口。当然，Backup端口提供了到达同段网络的备选路径，但不能保证到根网桥的备用连接。因此，它不包括在Uplink的组中。
同样，RSTP用和802.1D同样的标准来计算生成树最终的拓扑，网桥和端口优先级的使用也没有丝毫改变，在思科的实现中，Discarding状态被称作Blocking，CatOS release 7.1及其后版本仍然显示Listening和Learning状态，这就比IEEE标准提供了更多的有关端口的信息。然而，这新功能会使协议定义的端口角色和它当前状态存在不一致的情况。比如，现在一个端口同时既是Designated又是Blocking是完全合法的，然而，这种情况只发生在很短的时间内，只是表示该端口正在向Designated forwarding状态转变。

快速转变为Forwarding状态

快速转变是802.1w引入的最重要的功能。先前的STA（快速生成树算法）在把一个端口转变成Forwarding状态前，只是被动的等待网络收敛。要想获得较快的收敛只能调整保守的默认参数（Forward Delay和Max_age定时器），并往往造成网络的稳定性问题。新的快速STP能够主动的确定端口能够安全的转变成Forwarding状态，而无需依赖任何定时器。现在，在RSTP兼容的设备中有了一个真正的反馈机制。为了在端口上获得快速收敛，协议依靠两个新的变量：边缘端口（edge port）和链路类型（link type）。

边缘端口

边缘端口的概念思科生成树用户早已熟知，因为它和PortFast功能紧密相关。在网络中，所有和终端用户直连的端口不会产生环路。因此，边缘端口可以直接转变为Forwarding状态，而略去Listening和Learning阶段。当链路断开或连上时，边缘端口和使能了PortFast的端口都不会引起拓扑改变。与PortFast不同，边缘端口一旦收到一个BPDU，它就会立即失去边缘端口的属性而称为一个正常的生成树端口。从这一点来看，边缘端口有一个用户配置值和一个操作值。思科在实现中保留了PortFast关键字用于边缘端口的配置，这使用户易于转变到RSTP。

链路类型

RSTP只能在边缘端口和点对点链路上实现快速的转换为Forwarding状态。链路类型是从端口的双工模式（duplex mode）自动获取的。默认时，操作在全双工模式的端口被认为是点对点的，而操作在半双工模式的端口被认为是共享端口。这自动设置的链路类型能被显式的配置所覆盖。在当今的交换网络中，大多数的链路都是工作在全双工模式，RSTP会认为它们是点对点链路。因此，它们可以快速的转换为Forwarding状态。