8장 RSTP와 MSTP

IEEE가 2001년 6월 RSTP(rapid spanning tree protocol)을 만들었는데 이는 프로토콜 장애 발생 시 대체 경로로 동작하는 시간을 빠르게 해 주었다.
RSTP는 처음 IEEE 802.1W에서 표준화하였으며, IEEE의 내부 절차에 따라 지금은 IEEE 802.1D-2004에 정의되어 있다.
RSTP는 STP의 단점인 컨버전스 시간(convergence time)을 획기적으로 단축시켜준다. 컨버전스 시간이란 네트워크 상태가 변화되었을 때 이것을 반영하여 포트의 역할과 상태가 변경되기까지의 시간을 말한다.
STP의 컨버전스 시간이 경우에 따라 30초 또는 50초인 반면 TSTP는 토폴로지 변화가 즉시 반영된다. RSTP에서 루트 스위치를 선택하고, 루트 포트와 지정 포트를 결정하는 기준은 STP와 동일하다. 즉, 브리지 ID가 가장 낮은 스위치가 루트 스위치가 되고, 포트 역할을 결정할 때 BPDU내의 루트 브리지 ID, 경로값, 브리지 ID 포트 ID를 차례로 비교하여 각 값이 낮은 포트가 루트 포트와 지정 포트로 선택된다.
포트 역할을 결정하는 기준은 이처럼 동일하지만 절차는 완전히 다르다. 예를 드렁, 간접 링크 다운시 STP에서는 대체 포트가 바로 전송 상태로 변경되지 않고 20초간 기다린다. 이후 다시 30초를 기다렸다가 전송상태로 바뀐다. 이렇게 기다리는 이유는 바로 전송 상태로 변경 시 프레임 루프가 발생할 수 있기 때문이다.
그러나 RSTP에서는 자신의 BPDU 정보가 우세하면 바로 자신이 지정 포트임을 주장하는 제안(proposal) BPDU를 전송한다. 이것을 수신한 상대 포트는 이에 동의하여 자신은 루트 포트가 되겠다는 동의(agreement) BPDU를 보내면서 해당 포트를 바로 전송 상태로 변경한다.
동의 BPDU를 수신한 지정 포트도 즉시 자신의 포트를 전송 상태로 변경한다. 결과적으로 STP에서 30초 또는 50초 만에 지정 포트와 루트 포트가 전송 상태로 변경되는 것에 비하여 RSTP에서는 거의 순간적으로 전송 상태로 변경된다.

RSTP 포트 역할
RSTP는 포트의 역할을 루트 포트, 지정포트, 대체포트, 백업(back up) 포트 및 비활성 포트로 구분한다.
- 지정 포트(designated port)는 STP의 지정 포트와 동일하다. 특정 세그먼트에서 루트 스위치 방향으로 데이터 프레임이 전송되는 포트이다. 스위치 네트워크에서 세그먼트(segment)란 스위치에 의해서 분리되지 않은 구간을 말한다.
- 루트 포트(root prot)도 STP의 루트 포트와 동일하다. 즉, 특정 스위치에서 루트 스위치 방향으로 데이터 프레임이 전송되는 유일한 포트이다. 루트 포트는 스위치당 하나씩 선택된다.
- 대체 포트(alternate port)는 루트 포트가 다운되면 그 역할을 이어받는 포트를 말한다. 대체 포트는 데이터 프레임을 송수신하지 않고, 차단 상태에 있다.
- 백업 포트(backup port)는 지정 포트가 다운되면 그 역할을 이어받는다. 스위치가 자신이 보낸 BPDU를 다른 포트를 통하여 수신할 때 두 포트 중 후순위의 포트가 백업포트로 결정된다.
동일한 세그먼트에 하나의 스위치에서 두 개 이상의 링크가 접속되어 있을 때 백업 포트가 만들어진다. 백업 포트도 데이터 프레임을 송신하지 않고, 차단 상태에 있다.
- 비활성(disabled) 포트는 RSTP에서 역할이 없는 포트를 말한다. 셧다운된 포트등이 여기에 해당된다.

RSTP 포트 상태
RSTP는 포트의 상태를 폐기, 학습 및 전송 상태로 구분한다. RSTP의 폐기(discarding) 상태는 STP의 차단(blocking) 상태와 동일하다. 즉, 데이터 프레임을 송수신하지 않는다. 그러나, BPDU는 수신한다.
학습(learning) 상태는 STP의 학습 상태와 동일하다. 즉, MAC 주소 테이블을 채우기 시작하며, 지정 포트인 경우 BPDU를 전송하기 시작한다. 그러나, 15초간 지속되는 STP와 달리 RSTP의 학습 상태는 그 기간이 아주 짧다.
전송(forwarding) 상태도 STP의 전송 상태와 동일하다. 이 상태에서는 데이터 프레임을 스위칭하기 시작한다.

RSTP 링크 종류
RSTP는 포트 종류 즉, 링크의 형태를 다음과 같이 구분한다.
포트의 두플렉스(duplex)에 따른 구분은 다음과 같다.
- 포인트 투 포인트 링크 : 풀 두플렉스(full duplex)로 동작하는 포트
- 쉐어드 링크(shared link) : 하프 두플렉스(half duplex)로 동작하는 포트

   상대 장비의 종류에 따라 다음과 같이 구분한다.
- 링크 : 상대 장비도 RSTP로 동작하는 스위치아 연결된 포트
- 에지(edge) : PC, 서버 등과 같이 스패닝 가 동작하지 않는 종단 장치와 연결된 포트
- 피어(peer) : STP와 같이 RSTP가 아닌 프로토콜로 동작하는 스위치와 연결된 포트

1) 포이트 투 포인트 에지 - 서버나 PC 등 BPDU를 발생시키지 않는 종단장치가 접속된 포트
2) 쉐어드 링크 - 다른 장비와 하프 두플렉스로 연결된 링크
3) 포인트 투 포인트 링크 - 풀 두플렉스로 동작하는 링크
4) STP로 동작하면서 풀 두플렉스인 링크는 포인트 투 포인트 피어(peer)
RSTP 지정 포트는 에지 포트 또는 포인투 포인트 링크로 동작할 때만 즉시 전송상태로 변경된다.
만약, 다른 RSTP 스위치가 하프 두플렉스로 연결되어 있을 때에는 지정 포트가 전송 상태로 변경되기까지 차단 상태 15초, 학습 상태 15초 합계 30초가 소요된다. 그러나 루트 포트인 경우에는 컨버전스가 빠르다.

네트워크 장애시 RSTP의 동작 
대체 포트를 가지고 있는 스위치의 관점에서 봤을 때 토폴로지가 변겨오디는 경우는 직접 접속된 포트가 다운되었을 때와 간접 접속된 포트가 다운되었을 때로 구분할 수 있다.
토포롤지가 변했을 때, 간접 링크가 다운되었다면 대체 포트는 지정포트로 변경된다.
STP라면 후순위 BPDU를 20초간 수신하면서 기다린다. 이후, 청취 상태와 학습 상태를 거쳐 총 50초 만에 전송 상태로 변경된다.
그러나, RSTP는 후순위 BPDU 수신시 자신의 포트가 지정 포트역할을 하기 위하여 상대방 스위치에게 제안(proposal) BPDU를 전송한다. 이를 수신한 SW2가 동의(agreement) BPDU를 보내고, SW3의 F1/12 포트는 차단 상태에서 즉시 전송 상태로 변경된다.

RSTP 동작시키기
sw2(config)# spanning-tree mode rapid-pvst

MSTP
STP와 RSTP에서는 하나의 VLAN당 하나씩 스패닝 트리가 동작한다. 스위치의 모델에 따라 차이가 나긴 하지만 예를 들어, 1000개의 VLAN이 설정된 스위치 네트워크에서는 2초마다 1000개의 BPDU가 전성되어 스위치에 많은 부하를 준다.
이를 해결하기 위해서 복수개의 VLAN을 묶어서 그룹별로 스패닝 트리를 동작시키는 것이 MSTP이다. MSTP(multiple spanning tree protocol)는 IEEE 802.1S에서 정의되었다가, 다시 802.1Q에 통합되었다.
MSTP는 많은 수의 VLAN 사용시 VLAN 그룹별로 스패닝 트리를 동작시켜 스위치의 부하를 줄임과 동시에 네트워크의 관리를 용이하게 해준다. 이를 위하여 VLAN 들을 인스턴스(instance)라고 하는 그룹으로 묶고, 인스턴스당 하나의 스패닝 트리를 동작시킨다.

기본적인 MSTP 설정하기
① #spanning-tree mode mst  // 스패닝 트리의 모드를 MSTP로 지정한다.
② #spanning-tree mst configuration //MSTP모드로 들어간다.
③ #name MyMSTP  //적당한 영역(region) 이름을 지정한다.
④ #instance 1 vlan 10-19 //여러 VLAN을 하나의 인스턴스로 묶는다.
    #instance 2 vlan 20-29
⑤ #revision 1  // 0~65535 사이의 적당한 설정 번호를 부여한다. 영역 이름, 인스턴스 매핑 및 설정 번호가 동일하면 하나의 MST 영역으로 동작한다.