Protocolos · RSTP
Como já foi abordado, o STP é considerado muito lento, especialmente para rede atuais e que exigem alta disponibilidade. Um protocolo mais rápido, portanto, precisou ser desenvolvido e, para satisfazer essa demanda, em 1982 foi introduzido pela primeira vez o Rapid Spanning Tree (IEEE 802.1w). No ano de 2004, o RSTP foi incorporado pela IEEE no padrão 802.1D, com identificação 802.1D-2004.
O RSTP não é um protocolo totalmente novo, mas sim uma evolução do STP que preserva conceitos básicos, como por exemplo a maneira que o algoritmo Spanning Tree elege uma bridge raiz. Incorpora, no entanto, novas características:
- Novo estado e novas funções das portas;
- Conceito de tipo de segmento;
- Sistema de proposta e de acordo veiculado pelas BPDUs, fazendo com que a transição para o estado de encaminhamento dispense um temporizador, utilizado no STP (IEEE 802.1D).
Cada porta pode assumir um dos seguintes estados:
- Descarte: a porta pode enviar e receber BPDU, porém não pode encaminhar pacotes, impedindo assim a formação de loops. Esse estado substitui os estados do STP de bloqueio, de desativação e de escuta, e ocorre numa topologia estável em uso ou numa topologia em processo de sincronização de alterações;
- Aprendizagem: a porta pode enviar e receber BPDU, porém não encaminha pacotes. Assim como o estado de mesmo nome no STP, essa porta pode aprender endereços MAC. Ocorre numa topologia estável em uso ou numa topologia em processo de sincronização de alterações;
- Encaminhamento: a porta pode enviar e receber BPDU e encaminha pacotes. Ocorre apenas em uma topologia estável em uso.
Além dos estados, cada porta das bridges possui uma função associada:
Extraída de [10]
- Porta raiz: porta no estado de encaminhamento de mesma funcionalidade da porta homônima no STP;
- Porta designada: porta no estado de encaminhamento de mesma funcionalidade da porta homônima no STP;
- Porta alternativa: porta que leva a outro caminho (redundante) para a bridge raiz e, por isso, tal porta assume o estado de descarte durante uma topologia estável em uso. No caso da porta raiz falhar, a porta alternativa se torna imediatamente a porta raiz, sem esperar a rede convergir;
- Porta de backup: porta adicional (redundante) no estado de descarte durante uma topologia estável em uso. No caso da porta designada falhar, a porta de backup se torna imediatamente a porta designada (para o respectivo segmento), sem esperar a rede convergir.
Uma porta de um dispositivo bridge no RSTP pertence a um dos seguintes tipos:
Extraída de [10]
- Porta de extremidade (Edge Port): porta conectada a uma estação final (computador, impressora, entre outros), ou seja, não está ligada à outra bridge e, portanto, não recebe BPDU. Quando habilitada, tal porta realiza a transição imediata para o estado de encaminhamento, enquanto no STP (IEEE 802.1D) há um longo tempo despendido com os estados de escuta e de aprendizagem.
- Portas de não-extremidade: conceito contrário ao de porta de extremidade. Uma porta de não-extremidade está ligada a um tipo de segmento ponto-a-ponto ou compartilhado.
- Segmento ponto-a-ponto: segmento que conecta uma bridge a uma única outra bridge. A porta, na qual o segmento está ligado, opera no modo full-duplex, isto é, pode transmitir dados simultaneamente entre um dispositivo de envio e um dispositivo de recebimento;
- Segmento compartilhado: segmento que conecta a porta de uma bridge a várias bridges, ou conecta uma bridge a um hub, dispositivo compartilhado associado a várias bridges. A porta, na qual o segmento está ligado, opera no modo half-duplex, isto é, pode transmitir dados somente em uma direção de cada vez entre uma dispositivo de envio e uma dispositivo de recebimento.
Definir o tipo de segmento é importante, pois, no caso da porta designada, a transição imediata para o estado de encaminhamento somente acontece se o tipo de segmento for ponto-a-ponto. Nas demais funções de porta, raramente elas dependem do tipo do segmento.
Outra novidade com relação ao STP (IEEE 802.1D) é o processo de proposta e acordo, o qual tem por objetivo colocar as portas designadas e raiz, DP e RP, para o estado de encaminhamento no menor tempo possível, através de trocas de BPDUs.
No STP quando uma porta é eleita DP ocorre um atraso significativo antes de acontecer a transição dessa porta para o estado de encaminhamento. O RSTP acelera o processo do novo cálculo após uma mudança de topologia, já que ele converge segmento a segmento, não dependendo do temporizador expirar para a transição das portas. A transição imediata para o estado de encaminhamento pode ocorrer apenas em segmentos ponto-a-ponto e portas de extremidade.
Extraída de [10]
Supondo que um novo segmento seja adicionado à rede, o processo de proposta e acordo funciona da seguinte forma:
- Quando o novo segmento é conectado entre duas portas de duas bridges diferentes, é iniciado o processo de proposta e acordo entre essas duas portas, as quais ficam no estado de descarte até que a sincronização seja concluída;
- Uma das portas envia à outra porta uma proposta, por meio de uma mensagem BPDU através do novo segmento;
- Se a proposta recebida por uma das portas tiver um custo menor de caminho (pular a etapa 4):
- A bridge que contém tal porta bloqueia todas as suas outras portas de não-extremidade, durante o período de sincronização. É então iniciado o período de sincronização;
- A porta que recebeu a proposta envia à outra porta um acordo, por meio de uma mensagem BPDU através do novo segmento;
- As funções são definidas para as portas envolvidas (designada ou raiz), as quais passam do estado de descarte para o estado de encaminhamento. A sincronização entre as duas bridges é encerrada;
- Se a proposta recebida por uma das portas tiver um custo maior de caminho:
- A porta que recebeu a proposta passa a ser designada no estado de descarte, e o bridge que contém essa porta bloqueia todas as suas outras portas de não-extremidade;
- A porta que recebeu a proposta envia à outra porta um acordo, por meio de uma mensagem BPDU através do novo segmento;
- A porta que enviou a proposta passa a ser alternativa no estado de descarte. As portas da bridge que receberam a proposta, passam a ter uma função definida (designada ou raiz) e assumem o estado de encaminhamento;
- As etapas anteriores são repetidas; entretanto, a bridge que recebeu a proposta passa a ser aquela que enviará a proposta, de uma para uma porta de outra bridge, utilizando o segmento entre essas portas;
- O processo de proposta e acordo é concluído quando as etapas anteriores envolverem todas as bridges da rede.