RSTP
RSTP协议产生的背景
为了解决STP协议收敛慢的问题
RSTP概述
快速生成树协议(Rapid Spanning Tree Protocol)，在STP协议的基础上实现了快速收敛，并且增加了在边缘端口的概念以及保护功能
RSTP的端口角色
RSTP定义了两种新的端口角色：备份端口（Backup Port）和预备端口（Alternate Port）
Backup端口：指定端口的备份
Altermate Port(边缘端口)：根端口的备份
边缘端口的特点：
1.边缘端口一般与用户终端设备直接相连
2.边缘端口不参与RSTP运算，但会往外发送BPDU
3.边缘端口会直接从Disabled状态转换成Forwarding,会节省30s的缺省时间
4.边缘端口的启动或关闭不会出发拓扑变化
5.边缘端口接受的TC置为的配置BPDU报文不会将MAC地址的老化时间变成15s
6.一旦边缘端口收到配置BPDU，就丧失了边缘端口的属性,成为普通的STP端口，并重新进行生成树计算，从而引起网络动荡
RSTP端口状态的重新划分
直接节省了Blocking转换Listening状态所需的20s
RSTP的配置
配置实现：
stp enable //全局开启STP
stp mode rstp //配置STP模式为RSTP
stp root primary //配置SWA为根桥
stp bpdu-protection //全局开启BPDU防护，配合边缘端口一起使用
stp edged-port enable //配置端口为边缘端口
RSTP快速收敛机制
P/A协商
针对启动STP服务需要运行30s的问题,RSTP采用了P/A（Proposal/Agreement）协商机制
特点：由于有来回确认机制和同步变量机制，故不再依靠计时器来保障无环路
P/A协商过程
1.SW1向SW2发送一个P置位的BPDU包
2.同步变量(阻塞除边缘端口以外的其他端口，防止出现环路)
3.SW2向SW1发送A置位的BPDU包
4.SW1收到SW2发来的A置为的BPDU包，端口即转化为Forwarding状态(秒级)
RSTP报文抓包示例
STP的不足与RSTP的优化
STP–>问题一：STP从初始状态到完全收敛至少需要经过30s
RSTP–>RSTP对STP的优化：利用确认机制和同步变量机制，无需依靠计时器来保障无环
STP–>问题二：当交换机由BP,RP端口，RP端口down后,BP端口切换成RP端口并进入转发状态至少需要经过30sRSTP–>RSTP对STP的优化：AP端口会在RP端口down后，快速切换成RP端口，从而进入转发态
STP–>问题三：当交换机无BP端口,RP端口down掉时,BP端口会接收到认为自己是根桥的SWB的次等BPDU(20s),超时后,BP端口会重新进行收敛，等待从监听到转发状态(30s),此过程，经历了50s
RSTP–>RSTP对STP的优化：接受到次等BPDU后，会立即发送本地最优的BPDU给对端，节省掉至少30-50s
STP–>问题四：交换机连接终端的链路进入转发需要经过30-50s
RSTP–>RSTP对STP的优化：边缘端口不会参加STP的计算和等待计时器的超时等问题，直接进入转发，节省掉30-50s
STP–>问题五：网络拓扑发生变化时,变更交换机先根桥发送TC置位的BPDU报文，再由根桥向全网发送TC报文，机制复杂
RSTP–>RSTP对STP的优化：网络拓扑发生变化时,变更交换机直接向全网发生TC置位的BPDU报文，而不是先通知根桥，再由根桥向全网发送TC报文
STP–>问题六：网络拓扑发生变化时,MAC地址表重新更新，最先意识到链路故障的交换机会向根桥发送TC，然后根桥发TA给交换机,同时发送TC给其他所有的交换机，至少需要35+15s==
RSTP–>RSTP对STP的优化：网络拓扑发生变化时,感知到链路故障的交换机会直接删除掉有关故障的接口信息，然后向全网发送TC报文，其他交换机收到TC后，只删除掉故障学习的MAC地址**
思考：当黑客在边缘端口接入一台运行生成树的交换机时，如何进行防御？
应用场景：防止有人伪造RST BPDU恶意攻击交换设备，当边缘端口接收到该报文时，会自动设置为非边缘端口，并重新进行生成树计算，引起网络震荡。
预防方法：给边缘端口配置BPDU保护，当端口收到BPDU报文，端口就会立即关闭
BPDU保护实现原理：配置BPDU保护功能后，如果边缘端口收到BPDU报文，边缘端口将会被立即关闭。
思考：当黑客机接入一台优先级最高的交换机时，会夺取并成为根桥，那如何进行防御呢？
应用场景：由于维护人员的错误配置或网络中的恶意攻击，网络中合法根桥有可能会收到优先级更高的RST BPDU，使得合法根桥失去根地位，从而引起网络拓扑结构的错误变动。
根保护实现原理：一旦启用Root保护功能的指定端口收到优先级更高的RST BPDU时，端口状态将进入Discarding状态，不再转发报文。在经过一段时间，如果端口一直没有再收到优先级较高的RST BPDU，端口会自动恢复到正常的Forwarding状态。
Root保护功能只能在指定端口上配置生效。
思考：黑客在边缘端口接入一台计算机不断伪造和发送TC-BPDU，会导致交换机设备在短时间内收到很多TC-BPDU报文，频繁的删除操作会给设备带来很大的负担，给网络的稳定带来隐患，那么如何防御呢？
TC-BPDU攻击保护原理：
启用防TC-BPDU报文攻击功能后，在单位时间内，RSTP进程处理TC类型BPDU报文的次数可配置（缺省的单位时间是2秒，缺省的处理次数是3次）。如果在单位时间内，RSTP进程在收到TC类型BPDU报文数量大于配置的阈值，那么RSTP进程只会处理阈值指定的次数；对于其他超出阈值的TC类型BPDU报文，定时器到期后，RSTP进程只对其统一处理一次。这样可以避免频繁的删除MAC地址表项，从而达到保护交换机的目的。
MSTP
基本概念及功能：MSTP又称“多实例生成树协议”，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。
MSTP产生的技术背景
RSTP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。但由于局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，因此被阻塞后链路将不承载任何流量，无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，从而造成带宽浪费。
为了弥补STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1s标准定义了MSTP。MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现多VLAN数据的负载均衡。
RSTP的不足，与MSRT的优化
RSTP–>问题一：如果连接SWB，SWC的链路发送故障时，SWC下的 LAN B 就会失联，造成部分Vlan路径不通的问题如图所示，网络中有SWA、SWB、SWC三台交换机。配置VLAN2通过两条上行链路，配置VLAN3只通过一条上行链路。
为了解决VLAN2的环路问题，需要运行生成树。在运行单个生成树的情况下，假设SWC与SWB相连的端口成为预备端口（Discarding状态），那么VLAN3的路径就会被断开，无法上行到SWB。
RSTP–>问题二：无法实现流量分担为了实现流量分担，需要配置两条上行链路为Trunk链路，允许通过所有VLAN；SWA和SWB之间的链路也配置为Trunk链路，允许通过所有VLAN。将VLAN2的三层接口配置在SWA上，将VLAN3的三层接口配置在SWB上。
我们希望VLAN2和VLAN3分别使用不同的链路上行到相应的三层接口，但是如果连接到SWB的端口成为预备端口（Alternate Port）并处于Discarding状态，则VLAN2和VLAN3的数据都只能通过一条上行链路上行到SWA，这样就不能实现流量分担。
RSTP–>问题三：次优二层路径如图所示，SWC与SWA和SWB相连的链路配置为Trunk链路，允许通过所有VLAN；SWA与SWB之间的链路也配置为Trunk链路，允许通过所有VLAN。
运行单个生成树之后，环路被断开，VLAN2和VLAN3都直接上行到SWA。
在SWA上配置VLAN2的三层接口，在SWB上配置VLAN3的三层接口，那么，VLAN3到达三层接口的路径就是次优的(最优的处于备份态)。
MSTP–>MSTP的优化：把多个生成树相同的vlan，放到统一的一个实例中管理维护
MSTP的实现配置
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配置思路：
配置MST域并创建多实例，实现流量的负载分担。
在MST域内，配置各实例的根桥与备份根桥。
修改各实例中某端口的路径开销值，实现将该端口阻塞。
与终端设备相连的端口配置成为边缘端口，加快收敛。 -
数据准备：
域名为RG1。
实例为MSTI1和MSTI2。
实例MSTI1的根桥为SWA，备份根桥为SWB；实例MSTI2的根桥为SWB，备份根桥为SWA。
实例MSTI1和实例MSTI2的阻塞口的路径开销值修改为200000。
VLAN号是1～20。
PC1所属VLAN为10，PC2所属VLAN为20。