RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)의 등장 배경은 주로 STP (Spanning Tree Protocol)의
한계와 느린 수렴 속도에 대한 대응으로 이해할 수 있다.
STP의 한계
느린 수렴 속도
-STP의 수렴 속도는 느리다. Topology 변화가 감지되면, 30초에서 시작하여 각 단계를 거쳐 최종적으로는 50초 이상이 소요될 수 있음. 이로 인해 트래픽이 중단되거나 대기 시간이 길어질 수 있음.
모든 경로 사용 불가
-STP는 하나의 경로만 활성화하고 나머지 경로는 차단함으로써 루프를 방지. 따라서 모든 링크를 활용하여 대역폭을 최대화할 수 없음.
선출 기준이 고정적
-Root Bridge와 Port 선출은 브리지 ID와 경로 비용에 기반하며, 네트워크의 현재 트래픽 상황을 고려하지 않음.
확장성 제한
-대규모 네트워크에서는 STP의 복잡성이 증가하고 확장성이 제한될 수 있음.
-이는 네트워크 규모가 커질수록 관리 어려움을 의미.
트래픽 중단 및 대기 시간
-Topology 변화 시, 트래픽 중단이 발생하거나 대기 시간이 발생할 수 있음, 특히 STP가 모든 경로를 차단하는 동안에는 트래픽이 루프 없이 움직일 수 없음.
RSTP(Rapid Spanning Treee Protocol) 등장배경
1. 빠른 수렴 필요성
RSTP는 이러한 배경에서 나왔으며, STP의 한계를 극복하고 빠른 수렴 및 효율적인 네트워크 운영을 위한
목적으로 개발되었다.
RSTP BPDU 포트 상태 정보
(Discarding [차단], Learning [학습], 학습 Forwarding [전송])
RSTP(Rapid Spanning Treee Protocol) 정의
● RSTP는 Rapid Spanning Tree Protocol의 약자로, 네트워크에서 루프를 방지하고 안정성을 제공하는 프로토콜이다.
RSTP는 네트워크에서의 루프를 방지하고 안정성을 강화하는 프로토콜로, 프로토콜로, 트리 구조를 구성하여 불필요한 링크를 차단함으로써 루프를 방지한다.. 또한 "Rapid"이라는 이름처럼, RSTP는 STP에 비해 빠른 수렴 속도를 제공하여 트래픽의 중단을 최소화하고 효율적인 네트워크 운영을 가능하게 한다.
간단하게 요약하자면,
-STP의 문제점을 개선하기 위해 만든 방식으로 convergence time을 획기적으로 단축
-Convergence Time을 줄이기 위해 Uplink Fast 및 Portfast 등의 방식을 이용하였지만 한계가 있어 새롭게 등장한 방식
Convergence Time(수렴 시간)
-Convergence Time란?
토폴로지에 변화가 생겼을 때 네트워크가 재구성될 때까지 소요되는 시간을 의미.
-기본 STP의 Convergence Time은 30~50초.
STP는 직접 링크 단절 LSN(리슨) -> LRN(러닝) -> FWD(포워딩) 과정에는 30초
간접 링크 단절 Block(블락) -> LSN(리슨) -> LRN(러닝) -> FWD(포워딩) 과정에는 50초가량이 걸린다.
convergence time을 줄이기 위한 방법은 두 가지가 있는데,
1. STP 부가설정
2. RSTP 사용
위 방법을 통해 줄일 수 있다.
STP와 RSTP 포트 비교
RSTP 토폴로지(대체 포트와 백업 포트 예시)
아래 구성에서 대체 포트를 찾아보자
RSTP BPDU
RSTP는 기존 STP에서 스위치 중 하나가 문제가 발생해서 백업 경로를 활성화하는데 30~50초가 걸리는 문제를 해결하기 위해 나온 향상된 STP 방식으로 절체 시간이 2~3초로 짧아서 일반적인 TCP 기반 애플리케이션에서 세션을 유지할 수 있게 된다.
그럼 어떻게 30~50초가 걸리는 시간이 2~3초로 짧아질 수 있는 것일까?
이는 BPDU BPDU의 포맷 중 FlagsFlags 필드는 8비트인데 기존 STP는 토폴로지 변경과 관련된 두 가지 메시지메시지(TCN, TCA BPDU)만 있지만 RSTP는 8비트 전부를 활용해서 다양한 정보를 주고받는다.
RSTP 알고리즘 1
RSTP의 BPDU
Proposal(제안) BPDU Agreement(동의) BPDU를 사용
RSTP는 스위치 간의 BPDU를 이용하여 "협상"을 하는데, 이 BPDU에는 두 가지가 있다.
-제안 BPDU : "내가 DP 할게, 네가 RP 해"라는 메시지를 담은 BPDU이다.
-동의 BPDU : "그래, 네가 DP 해. 내가 RP 할게"라는 제안에 동의하는 메시지를 담는다.
제안과 동의가 왔다 갔다 했다는 것은 이 링크를 무조건 사용하겠다는 의미가 된다.
RSTP 알고리즘 2
1. 동의 BPDU를 받는 경우(sw1기준으로)
아래 그림처럼 처음에 sw1이 제안 BPDU를 보낸다. sw2는 동의 BPDU를 보내고 보내자마자 sw1과 연결되어 있는 포트를 RP로 변경한다. sw1는 그 동의 BPDU를 받는 즉시 DP로 바뀐다
RSTP는 자신의 정보가 우세하면 바로 자신이 Desginated Port라고 주장하는 Proposal(제안) BPDU를 전달하게 된다.
Proposal BPDU를 수신한 상대 Port는 자신의 Root Port가 되겠다는
Agreement(동의) BPDU를 보내면서 해당 Port를 Desginated Port로 변경하고, 두 포트 모두 전송 상태로 변경한다.
RSTP 토폴로지 변화
다음 그림은 기존 STP에서 말단 스위치가 토폴로지 변경이 발생했을 경우 어떻게 루트 브리지까지 변경보고를 보내고 루트에서 연산 이후 변경된 토폴로지 정보를 알리는 과정이다.
RSTP에서는 TC(Topology Change) 메시지가 도입되었고, 이 메시지는 트리 토폴로지의 변화를 알리는 데 사용된다. TCN(Topology Change Notification) 메시지와 비슷한 역할을 하지만 더 효율적으로 동작한다.
터미널 스위치가 토폴로지 변화를 다른 브리지에게 직접 알려준다.
-RSTP는 다양한 BPDU 메시지, 대체 포트 개념, 토폴로지 변경 전달 방식의 변화로 일반 STP보다 빠른 시간 내에 토폴로지 변경을 감지 복구 가능.
-RSTP는 불과 2~3초 안에 장애 복구가 가능하므로 장애가 발생해 경로가 절체 되더라도 애플리케이션 세션이 끊이지 않아 보다 안정적으로 네트워크를 운영하는데 도움.
이것이 바로 STP보다 RSTP가 더 효율적인 프로토콜이 될 수 있는 이유라고 보면 된다.
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