RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) Nedir?

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol – Hızlı Yayılan Ağaç Protokolü), ağ için akıllı bir yardımcı gibidir. Loops (Döngüleri) durdurur ve eski STP’den daha hızlı çalışır. Bu protokol, cihazların LAN’daki değişikliklere hızla uyum sağlamasını sağlar.

Her şeyin mevcut olduğundan ve sorunsuz çalıştığından emin olarak işlerin iyi yürümesini sağlar. Bu yüzden birçok uzman bunu kullanmayı seviyor. Bu makalede RSTP’nin ne olduğunu, mükemmel özelliklerini ve ağ oluşturmada nasıl çalıştığını inceleyeceğiz.

Standard Spanning Tree Protocol (Standart Yayılan Ağaç Protokolü), Cisco Switch’lerde (802.1D) ağ döngülerini önler. Bir bağlantı veya kablo sorunu varsa paketin hedefine ulaşması için en iyi rotayı belirler.

Rapid Spanning Tree Tanımı ve Özellikleri

Ağda RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) Tam Olarak Nedir ve Nasıl Çalışır?

Klasik veya Standart Spanning Tree Protokolü ağın sürekliliğini sağlaması için harcayacağı süre toplam 50 saniyedir. Klasik STP Port Durumları, Rapid ST Protokolü’nden farklıdır.

Ayrıca, Standart STP; Blocking, Listening, Learning ve Forwarding port durumlarına sahiptir. Kısacası, ağın sürekliliğini sağlamak için hızlı iletimde PortFast, UplinkFast ve BackboneFast özelliklerine sahiptir.

Orijinal STP protokolünü yapılandırırken Convergence (Yakınsama) işleminin hızlı yapılması için PortFast, UplinkFast ve BackboneFast özelliklerini de etkinleştiririz.

Bu özellikleri etkinleştirdikten sonra, ağ üzerinde meydana gelen bir indirect hatası sonucu STP Convergence süresi 30 saniye olacaktır.

Günümüz bilgisayar ağlarında ses ve video gibi yüksek trafiğin kesintisiz bir şekilde ağ üzerinde taşınması çok büyük öneme sahiptir.

Büyük bir ağ da Cisco Switch’ler üzerinde Orijinal STP Protokolü kullanışsızdır. Bunun yerine RSTP geliştirilmiştir. Bu protokolün en büyük avantajı ise bir markaya özgü olmamasıdır.

Rapid ST Protokolü (802.1W), Orijinal STP Protokolü’ne göre daha yüksek hızda yeniden yapılandırma (Convergence) sağlar. Standart STP (802.1D) protokolü ağı yeniden hesaplaması için maksimum 50 saniyeye ihtiyaç duyar. Ancak, bu protokol bu işlemi 1 saniyede yapar.

Rapid Spanning Tree – RSTP Port Durumları

RSTP protokolü PortFast, UplinkFast ve BackboneFast gibi özelliklerin hepsini kapsamaktadır. Ayrıca, mevcut bir ağ yapısı üzerinde çalışan ve standard STP protokolünü kullanan eski Switch’ler, RSTP destekli Switch’ler ile uyumluluk sağlar.

Bu protokol yeniden hesaplama süresini hızlandırmak için üç farklı port durumuna sahiptir.

1. Discarding Port Durumu

RSTP’nin Discarding port durumu STP’ye göre yeni bir port durumudur. Ayrıca, STP’deki Blocking ve Listening port durumlarını içerir.

2. Learning Port Durumu

Learning port durumu STP’deki gibi çalışır. Bu topolojide aktif bir role sahiptir ve hemen devreye girer. Ayrıca, ağ üzerindeki MAC adreslerini öğrenir.

3. Forwarding Port Durumu

Forwarding port durumu da yine topolojide aktif bir durumdadır ve MAC adreslerini öğrenir.

RSTP’nin Diğer Port Durumları

Yukarıdaki RSTP Port durumlarına ek olarak, iki yeni port durumu da eklenmiştir. Bu portların ana amacı STP Convergence sürecini hızlandırmaktır. Bunlar;

1. Alternate Port Durumu

Bir Switch üzerinde bir link hatası veya Root Bridge hedef yol mevcut olmadığında, Switch alternatif bir yol bulmak için STP Convergence işlemini başlatmadan hemen Alternate portu devreye alır. Kısacası Switch Alternate port durumunu B planı olarak değerlendirir.

2. Backup Port Durumu

RSTP’de bir Designated port hatalı olduğunda bir Backup port’u hemen Designated olarak devreye sokar. Alternate port durumu gibi bir Backup port durumu da aynı şekilde STP Convergence işlemi olmadan hemen devreye girer.

Ağıdaki görüntüyü incelediğinizde Backup Port (Yedek Port) mantığını daha iyi anlayabilirsiniz. Eğer IOU2 ve IOU3 arasındaki HUB aygıtını kaldırırsanız, IOU2 Ethernet3/3 ve Ethernet 0/2 arayüzleri Designated olarak ayarlanacaktır.

GNS3'te Üç Switch'li Bir Ağ Topolojisi

IOU1#show running-config | inc spanning-tree
spanning-tree mode rapid-pvst
spanning-tree extend system-id
IOU1#

IOU2#show running-config | inc spanning-tree
spanning-tree mode rapid-pvst
spanning-tree extend system-id
IOU2#

IOU3#show running-config | inc spanning-tree
spanning-tree mode rapid-pvst
spanning-tree extend system-id
IOU3#

Yukarıdaki topolojide IOU2 ve IOU3 Switch’ler üzerinde show spanning-tree komutunu uyguladığımızda aşağıdaki çıktıları kontrol edebilirsiniz…

IOU2#show spanning-tree 

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol rstp
  Root ID    Priority    32769
             Address     aabb.cc00.0100
             Cost        100
             Port        2 (Ethernet0/1)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     aabb.cc00.0200
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  300 sec

Interface           Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0               Desg FWD 100       128.1    Shr 
Et0/1               Root FWD 100       128.2    Shr 
Et0/2               Desg FWD 100       128.3    Shr 
Et0/3               Desg FWD 100       128.4    Shr 
Et1/0               Desg FWD 100       128.5    Shr 
Et1/1               Desg FWD 100       128.6    Shr 
Et1/2               Desg FWD 100       128.7    Shr 
Et1/3               Desg FWD 100       128.8    Shr 
Et2/0               Desg FWD 100       128.9    Shr 
Et2/1               Desg FWD 100       128.10   Shr 
Et2/2               Desg FWD 100       128.11   Shr 
Et2/3               Desg FWD 100       128.12   Shr 
Et3/0               Desg FWD 100       128.13   Shr 
Et3/1               Desg FWD 100       128.14   Shr 
Et3/2               Desg FWD 100       128.15   Shr 
Et3/3               Back BLK 100       128.16   Shr 
          
          
IOU2#

IOU3 Switch show spanning-tree komutu çıktısı;

IOU3#show spanning-tree 

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol rstp
  Root ID    Priority    32769
             Address     aabb.cc00.0100
             Cost        100
             Port        11 (Ethernet2/2)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     aabb.cc00.0300
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  300 sec

Interface           Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0               Desg FWD 100       128.1    Shr 
Et0/1               Desg FWD 100       128.2    Shr 
Et0/2               Desg FWD 100       128.3    Shr 
Et0/3               Altn BLK 100       128.4    Shr 
Et1/0               Desg FWD 100       128.5    Shr 
Et1/1               Desg FWD 100       128.6    Shr 
Et1/2               Desg FWD 100       128.7    Shr 
Et1/3               Desg FWD 100       128.8    Shr 
Et2/0               Desg FWD 100       128.9    Shr 
Et2/1               Desg FWD 100       128.10   Shr 
Et2/2               Root FWD 100       128.11   Shr 
Et2/3               Desg FWD 100       128.12   Shr 
Et3/0               Desg FWD 100       128.13   Shr 
Et3/1               Desg FWD 100       128.14   Shr 
Et3/2               Altn BLK 100       128.15   Shr 
Et3/3               Desg FWD 100       128.16   Shr 
          
          
IOU3#

Karşılaştırma

Rapid STP, eski versiyona göre daha hızlı bir protokoldür. Ancak, her iki protokolünde amacı ağ üzerindeki döngüleri önleyerek ağın sürekliliğini devam ettirmektir.

STP protokolünün yavaş olması Max Age Timer (20 Saniye) ve Forward Delay Timer (15 Saniye) sürelerinin olmasından kaynaklanır ve bu değerleri isterseniz değiştirebilirsiniz.

Cisco Switch’ler üzerinde BackboneFast yapılandırma işleminden sonra, Max Age Timer süresini atlayarak 20 saniye bir zaman kazanabiliriz. Klasik STP’nin ağı yeniden hesaplaması 50 saniyeden 30 saniyeye düşer.

Her ne kadar STP performansını arttırmak için bazı ayarları değiştirsek bile, bu versiyon 1 saniyeden daha az bir sürede yeniden hesaplama sürecini gerçekleştirecektir.

RSTP Protokolü Nasıl Çalışır?

Orijinal STP (802.1D) protokolünde BPDU paketleri yalnızca Root Bridge Switch (Kök Switch) tarafından gönderilir. RSTP BPDU paket alışverişinde ise, her Switch kendi BPDU paketlerini her iki saniyede bir (Hello Time) gönderir.

Yani bunu, OSPF veya EIGRP gibi Routing Protocol (Yönlendirme Protokolü) gibi düşünebilirsiniz. RSTP, orijinal STP’ye göre çok farklı bir mekanizma kullanır.

Ağ topolojisini hayatta tutmak için bir keepalive mekanizması kullanır.

Rapid Spanning Tree Protokolü kullanılan bir ağda bir link hatası sonucu bir topoloji değişikliği olmaz. Sonuçta, bu durum Klasik Spanning Tree Protokolü’nde bir topoloji değişikliği olarak düşünülür. Ve ayrıca tüm Switch’lerin MAC adreslerini güncellemek için Multicast Frames (Çoklu Çerçeve) gönderir.

Rapid Spanning Tree çalışma mantığı ise şöyledir:

RSTP etkinleştirilen Switch’ler üzerinde bir topoloji değişikliği meydana geldiğinde, Hello Time iki kez olan bir Topology Change Timer (TC Timer) başlatır. TC Timer tüm Edge olmayan Designated ve Root portlar için yapar. Not: Edge portu, son kullanıcı bilgisayarları veya yazıcı aygıtların bağlanıldığı porttur. (PortFast Yapılandırmasına göz atabilirsiniz.)
Bu portlar üzerinden öğrenilen tüm MAC adresleri temizler.
TC Timer aktif olur olmaz Edge (Kenar) olmayan ve Root portlardan gönderilecek BPDU paketinde Topology Change (Topoloji Değişikliği) Bit değeri ayarlar.
TC Bit değerli bir BPDU paketini alan komşu Switch, bu paketi aldığı arayüz hariç diğer tüm arayüzlerinin MAC adreslerini temizler.
Daha sonra komşu Switch kendisi bir Topoloji Değişikliği başlatır ve TC Bit değerini ayarlar. Son olarak tüm Designated ve Root portları üzerinden bu paketleri gönderir.

RSTP Hakkında Sık Sorulan Sorular

RSTP, klasik Spanning Tree’den neden bu kadar hızlı?

İki sihirli kelime: Alternate ve Backup. Klasik STP bir hata anında tüm topolojiyi baştan hesaplar. 50 saniye boyunca ağ donar kalır.

Bu hızlı protokol ise yedek yolları önceden belirler. Bir kablo koptuğunda Alternate port milisaniyeler içinde devreye girer. Bulmaca çözmekle vakit kaybetmez.

Üstelik her switch sürekli BPDU gönderir. OSPF gibi komşuluk kurar. Üç hello süresi içinde kesintiyi algılar. Dolayısıyla voice veya video trafiği hissetmez.

Bunun yanında port durumları da sadeleşti. Blocking ve Listening’in yerini Discarding aldı. Gereksiz geçişler ortadan kalktı. Sonuçta toparlanma bir saniyeden kısa sürer.

Alternate ve Backup portlar ağ kurtarmayı nasıl hızlandırıyor?

Alternate port, kök köprüye giden yedek yol olarak hazırda bekler. Ana link koptuğunda Switch hiçbir hesaplama yapmaz. Bu yedek yol anında Forwarding olur.

Backup port ise aynı segmentteki designated portun yedeğidir. Bir hub ortamında designated port arızalanırsa, backup hemen onun rolünü kapar. Yine sıfır bekleme süresi.

Böylece ağın toparlanması saniyenin altına iner. Klasik STP’nin aksine her iki port da aktif dinleme yapmaz. Sadece olay anında göreve başlar.

Örneğin bir switch üzerindeki ana fiber port kopsun. Alternate port hemen devralır. Kullanıcılar kopmayı hissetmez. Ayrıca yedeklilik adeta görünmez bir süper kahramandır.

Discarding port durumu tam olarak ne işe yarar?

Discarding port durumu eski STP’deki Blocking ve Listening’i tek çatıda toplar. Port, veri iletmez ama BPDU’ları dinlemeye devam eder.

Bu sayede ağda döngü oluşmaz ama switch topolojiyi izlemeye devam eder. İhtiyaç halinde Learning’e hızlıca geçiş yapabilir. Aslında beklemekten çok stratejik bir beklemedir.

Ayrıca bu durum, gereksiz yere iki durum arasında geçiş yapıp vakit kaybetmeyi önler. Zira her durum değişimi milisaniyeleri yer. Bu protokol zamanı altın gibi harcar.

Özetle switch, portu boş yere bloke etmez. Dinleyerek en hızlı geçişe hazırlanır. Ağ yöneticisinin müdahalesi gerekmez.

Yeni nesil spanning tree’de BPDU mekanizması nasıl değişti?

Klasik STP’de BPDU’ları sadece kök köprü üretir, diğerleri sadece iletirdi. Artık her switch kendi BPDU’sunu Hello süresinde gönderir. Bu bir keepalive gibi çalışır.

Komşu, üç Hello boyunca BPDU alamazsa bağlantının koptuğunu anlar. Topoloji değişikliği için kökün kararını beklemez. Kendi başına anında reaksiyon verir.

Bu nedenle bu mekanizma ağı aktif-pasif olmaktan çıkarır. Her switch aynı zamanda bir gözcü olur. Güvenli ve hızlı bir ağın temeli oluşur.

Ek olarak TC (Topology Change) süreci de daha zekidir. Switch sadece etkilenen portların MAC adreslerini temizler. Tüm ağa multicast çerçeve yağmaz. Verimlilik üst düzeydedir.

Ses ve video gibi gerçek zamanlı trafik için bu protokol neden şart?

Bir VoIP aramasında 50 saniyelik bir kesinti aramayı düşürür. Görüntülü toplantı donar. Klasik STP bu sürede ancak toparlanır.

Rapid versiyonu ise hat kesintisini hissettirmez. Yedek yol anında devreye girer. Kullanıcı bir anlık cızırtı bile duymaz.

Hatta ağda sık sık değişiklik oluyorsa, klasik STP sürekli yeniden hesaplar. Bu da paket kaybına yol açar. Bu hızlı protokol, sadece etkilenen portların MAC tablosunu temizler.

Dahası, Edge portlar (PortFast) sayesinde son kullanıcı bağlantıları hemen Forwarding olur. Bilgisayarınızı takar takmaz ağa kavuşursunuz. Anında çalışır.

Eski bir switch ile Rapid Spanning Tree arasında uyum sorunu olur mu?

Hiç sorun olmaz. Standart, eski STP (802.1D) ile geriye dönük tam uyumlu çalışır. Eski switch sadece klasik BPDU’ları anlar.

Yeni switch bunu algılar ve o porta özel olarak eski moda geçer. Diğer portlarında yine hızlı çalışmaya devam eder. Böylece switch ağı bir bütün olarak korur.

Ancak eski cihazlarla beraber çalışan segmentlerde toparlanma süresi uzar. Yine de eskisine göre daha iyidir. Zamanla tamamen yenilerseniz tam performans alırsınız.

Yani geçiş sürecini sancısız yönetebilirsiniz. Önce kenar switch’leri yenileyip hızın keyfini çıkarın. Çekirdeği sonraya bırakabilirsiniz.

Sonuç

Günümüzde kullanılan çoğu Switch’lerin üzerinde RSTP varsayılan olarak aktiftir. Ve herhangi bir konfigürasyona ihtiyaç duyulmadan sorunsuz çalışmaktadırlar.

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol – 802.1W) Nedir?