RSTP快速生成树协议之（一）STP协议的不足
STP协议的不足
STP协议虽然能够解决环路问题，但是由于网络拓扑收敛较慢，影响了用户通信质量，而且如果网络中的拓扑结构频繁变化，网络也会随之频繁失去连通性，从而导致用户通信频繁中断，这也是用户无法忍受的。
由于STP的不足，IEEE于2001年发布的802.1w标准定义了RSTP。RSTP在STP基础上进行了诸多改进优化，使得协议更加清晰、规范，同时也实现了二层网络拓扑的快速收敛。那STP协议具体存在哪些不足呢？RSTP协议是如何在STP协议的基础上进行优化的呢？本节笔记主要着重讲述STP协议中都带来了哪些不足。
注：下面的拓扑图中，如无特意标注，DP代表指定端口，RP代表根端口，BP代表阻塞端口（Block Port）或备份端口（Backup Port）。由于BP可能有两种释义，所以会在下文中特地注明是哪种端口。
问题一：设备运行STP初始化环境收敛时间长
STP从初始状态到完全收敛至少需经过30s。
在前面的随笔中介绍的STP协议介绍时也有提到，STP算法是采用被动等待计时器超时的方式来判断已收集全网所有的BPDU，进而再进行计算。
①在STP运行的初始时间点，交换机之间会相互发送，监听BPDU，并计算生成树，其中端口状态会先从Discarding到Listening。
②STP为避免临时环路，必须等待足够长的时间（即确保BPDU能同步发送至全网各节点）确保全网的端口状态全部确定，才能进入转发。此时端口状态从Listening到Learning，大约需要15秒的时间。
③在STP进入转发前还需根据收到的用户流量构建MAC地址表，仍需等待计时器超时才能进入转发。此时端口状态从Learning到Forwarding，大约需要15秒的时间。
所以端口要从阻塞到转发，从Discarding到Forwarding，是需要总共经历30秒的时间，才能完成收敛。
问题二：交换机有BP端口，RP端口down的场景
直连链路down掉，其BP端口切换成RP端口并进入转发状态至少需要经过30秒。
当SWC检测到其与根桥失去连接，根端口（RP）down的时候，它会将自己的阻塞端口（BP）重新选举为根端口。为确保拓扑变化信息已经扩散到全网，且所有设备都已完成拓扑更新，故SWC的新的根端口还需等待计时器超时后才能进入转发。
SWC要将阻塞端口变成新的根端口，从开始的blocking（阻塞）状态，并经过2个Forward Delay时间（30秒）才进入转发状态。
问题三：交换机无BP端口，RP端口down的场景
SWB与SWA的直连链路down掉，则SWC的BP端口切换成DP端口并进入转发状态大约需要50秒。
由上图，SWB检测到其与根桥连接的根端口（RP）失效，其运作方式如下：
①SWB会以自己为根桥开始向SWC的阻塞端口（Blocked Port）发送配置BPDU。
②SWC还可以通过根端口（RP）收到根桥的BPDU ，而阻塞端口（BP）收到BPDU则不会作处理，因为此时SWB发来的BPDU是次优的（SWB的优先级比SWA低）。在STP中，交换机除指定端口外的其他端口收到次优BPDU都不会做处理。
③一开始没有发生故障时，SWC的阻塞端口（BP）会定期收到关于根桥的BPDU，而等待了BPDU的老化时间（Max Age），端口缓存的BPDU超时后（大约需要20秒的时间）后，这个阻塞端口（BP）才会开始重新进行收敛。
④重新进行收敛，端口还要等待并经过2个Forward Delay时间（30秒）才进入转发状态。
综上所述，从产生故障到拓扑收敛，总共至少需要50秒的时间。
问题四：运行STP的交换机连接用户终端的场景
交换机连接终端的链路进入转发需要经过30s。
STP中，连接终端的链路也要进行生成树计算，且链路进入转发需等待2个Forward Delay时间（30秒）。而事实上，只要保证该端口下连接的是终端设备就不会出现环路，即没有必要进行STP计算和等待计时器超时
问题五：STP的拓扑变更机制
在之前的STP笔记中也有提到，当局域网中某台交换机突然感应到拓扑发生了更改，会想上游交换机发送TCN BPDU报文，当时给出的例子只有三台交换机，那么如果是多台交换机的情况下，STP协议又是怎么应对的呢？
拓扑变更处理过程：
①在网络拓扑发生变化后，下游设备会不间断地向上游设备发送TCN BPDU报文。
②上游设备收到下游设备发来的TCN BPDU报文后，只有指定端口处理TCN BPDU报文。其它端口也有可能收到TCN BPDU报文，但不会处理。
③上游设备会把配置BPDU报文中的Flags的TCA位设置1，然后发送给下游设备，告知下游设备停止发送TCN BPDU报文。
④上游设备复制一份TCN BPDU报文，向根桥方向发送。
⑤重复上述步骤，直到根桥收到TCN BPDU报文。
⑥根桥把配置BPDU报文中的Flags的TC位置1后发送，通知下游设备直接删除桥MAC地址表项。
可以看出，当发生拓扑变更时，STP需要逐层将TCN BPDU发送到根桥，并向下游回复TCA消息，最后再由根桥向下发送TC消息，通知设备删除MAC地址表项，在交换网络设备数量不断增大的今天，STP的机制愈显复杂，致使效率低下。
以上就是STP具有的问题，那么下一节将会继续讨论RSTP协议相对于STP协议来说，其用了什么方法来解决现有的问题，以及都作出了哪些改进。
