Rapid spanning tree protocol (802.1w)

Rapid spanning tree protocol (802.1w) je vylepšením protokolu Spanning tree protocol (802.1D), ktorý zabraňuje vzniku slučiek v Ethernet sieťach. Protokol pracuje na druhej vrstve OSI modelu.

V počiatkoch rozvoja sietí boli používané zariadenia (opakovače), ktoré šírili údaje všetkým stanicami bez toho, aby zistili, ktorej stanici tieto informácie patria. Keďže týmto spôsobom sa prenosové médium zahlcovalo zbytočnými informáciami a tým znižovala šírka prenosového pásma, museli byť zavedené zariadenia (prepínače), ktoré by boli schopné zaslať informáciu konkrétnej stanici. Pri zavedení týchto prvkov vznikol ďalší problém – zapojenie fyzických prvkov siete do jedného okruhu (slučky). Tento problém však dnes už rieši niekoľko algoritmov. Najpoužívanejším je Rapid spanning tree protocol definovaný štandardom IEEE 802.1w.

Rapid Spannig Tree protocol sa snaží vytvoriť topológiu, v ktorej nebudú vznikať slučky. Daná topológia pozostáva z Root prepínača, Designated prepínačov, liniek, koncových zariadení a aj ďalších sietí. Prepínače v siete komunikujú pomocou BPDU - správ.

Z matematického hľadiska v teórii grafov predstavuje topológia Spannig Tree kostru súvislého grafu.

Algoritmus RSTP:

1) Vyhľadanie Root prepínača

Root prepínač je prepínač s najnižším identifikátorom.

Indetifikátor:

2) Označenie rolí portov

• Root port – je port prepínača, z ktorého vedie najlepšia cesta k Root prepínaču.            V prípade, že na prepínači existujú rovnaké porty, odkiaľ vedie najkratšia cesta, vyberie sa port, ktorý prijíma správy od prepínača s nižším identifikátorom. Ak aj v pri tomto porovnaní existuje viac zhodných portov, vyberie sa port, ktorý prijíma správy od portu s lepším indentifikátorom.

• Designated port – je port na linke, z ktorého vedie najlepšia cesta k Root prepínaču. Je to port presne na opačnej strane linky, kde je Root port. V prípade, že existujú porty s rovnakými hodnotami vyberia sa port podľa postupu ako pri Root porte.

• Alternate port – je to blokovaný port, avšak v prípade stratenia spojenia k Root prepínaču môže sa stať aj Root portom. Je to port, ktorý môže vytvoriť alternatívnu cestu k Roo prepínaču.

• Backup port – je tiež blokovaný port. Tento port prijíma BPDU z toho istého prepínača ako je on sám. Je to port, ktorý vytvára záložnú cestu.

Alternate a Backup porty sú vlastne blokované porty, to znamená, že neprepínajú správy.

Najlepšia cesta je cesta s najnižším súčtom path cost všetkých liniek.

Path cost 

4) Stavy portov

Pri hľadaní výslednej bezslučkovej topológii definuje štandard RSTP na rozdiel od STP len nasledovné stavy portov:

• Discarding (zamietajúci) – v tomto stave port prijíma BPDU, ale neodosiela a neučí sa MAC adresy
• Learning (učiaci sa) - v tomto stave port prijíma a aj odosiela BPDU, učí sa MAC adresy, ale neprepína údaje
• Forwarding (prepínajúci) - v tomto stave port už aj prepína údaje

5) Mechanizmus Návrh/Odpoveď

V STP trval prechod do Forwarding (prepínajúci) stavu, keď bude schopný prepínač prepínať údaje až 2x15 sekúnd (Forward delay), RSTP je to menej vďaka mechanizmu “Návrh/Odpoveď”. Jeden prepínač pošle svoje BPDU (návrh) a druhý mu môže odpovedať buď lepšími parametrami BPDU alebo bude súhlasiť a nastaví príslušný príznak v BPDU

BPDU (Bridge Protocol Data Units) 

Prepínače spolu komunikujú správami - BPDU. Každá správa obsahuje:

• Protocol Identifier (Identifikátor protokolu) je zakódovaný v prvých dvoch bajtoch,
  jeho hodnota je 0000 0000 0000 0000.
• Protocol Version Identifier (Verzia protokolu) je zakódovaná v jednom bajte, jeho
  hodnota je 0000 0000.
• BPDU Type (Typ BPDU) je zakódovaný v jednom bajte, ak sa jedná o konfiguračnú
  BPDU jeho hodnota je 0000 0000, ak o TCN, tak je to 1000 0000.
• Flags (Príznaky) - STP využíva len 2 príznaky a to: Topology Change (TC)
  a Topology Change Acknowledgment (TCA)
• Root Identifier (Identifikátor Root prepínača) je zakódovaný v ôsmich bajtoch.
  Obsahuje identifikátor prepínača, o ktorom si myslí vysielajúci prepínač, že je Root
  prepínač.
• Root Path Cost (Hodnota cesty k Root prepínaču) je zakódovaná v štyroch bajtoch.
  Cena cesty od vysielajúceho prepínača k prepínaču určeného parametrom Identifikátor Root prepínača. Tento parameter sa používa, aby prijímajúci prepínač mohol spomedzi týchto všetkých prijatých parametrov určiť najvýhodnejšiu cestu k Root prepínaču.
• Bridge Identifier (Identifikátor prepínača), ktorý posiela dané BPDU je zakódovaný
  v ôsmich bajtoch. Jednoznačne identifikuje vysielajúci prepínač.
• Port Identifier (Identifikátor portu) je zakódovaný v dvoch bajtoch. Jednoznačne
  identifikuje port, z ktorého sa dané BPDU vyslalo.
• Message Age (Vek správy) je zakódovaný v dvoch bajtoch.. Tento parameter sa
  využíva na zneplatnenie starých informácií.
• Max Age (Maximálna doba) je zakódovaná v dvoch bajtoch. Hodnota časovača
  používaná všetkými prepínačmi v sieti. Hodnota je nastavovaná Root prepínačom.
• Hello Time (Čas pozdravu) je zakódovaný v dvoch bajtoch. Časový interval medzi
  dvomi vygenerovanými BPDU na Root prepínači.
• Forwad delay (Oneskorenie pri preposielaní) je zakódovaný v dvoch bajtoch.
  Používa sa ako skrátený čas platnosti záznamu v MAC tabuľke počas oznamovania
  zmeny topológie

Tu si môžete stiahnuť aplikáciu, ktorá vizulizuje vlastnosti RSTP:

rstp-pedagogicka_pomocka.swf 

Aplikácia je vytvorená vo Flashi, takže si ju môžete vyskúšať v každom  prehliadači.

Zdroj: http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.1D-2004.pdf