Uplinkfast / Backbonefast / Portfast

上一篇STP主要介绍了802.1d的标准生成树，它最大的问题就是收敛时间太慢了，通常需要30s-50s才能完成收敛。本篇介绍3种收敛模式，及Uplinkfast / Backbonefast / Portfast解决方案。

STP收敛：（有3种收敛方式）

直连链路收敛：收敛时间30s

以上图为例。正常情况下SW1是根桥，SW2的f0/2被阻塞。现在如果SW1和SW2间直连的链路down掉，那端口也down掉。端口up/down会导致SW1会发出TC报文通知全网将MAC地址表老化，SW2的f0/5口根端口消失后，需要选新的根端口，经过15s的Listening时间后，原本被阻塞的f0/2口被选为新的根端口，再经过15s的Learning时间学习MAC地址后进入Forwarding状态。总时间是30s。因此例如原本SW1上连PC1，SW2上连PC2，两台PC通过SW1和SW2间直连链路通起来。直连链路down后，两台PC会有30s无法通信，30s后经SW3恢复通信。

非直连链路收敛：收敛时间50s

如拓扑图中SW1和SW2间连了HUB。那HUB挂了后，SW1和SW2的f0/5口仍旧是OK的，仍旧能每隔2s发送BPDU。即链路down了，但端口没有down。此时原本SW2的f0/5口每隔2s会收到SW1的BPDU，现在链路down了，SW1虽然仍旧在发送，SW2却收不到。STP里介绍BPDU报文字段时介绍过，Message age会计时，Max age为20s。20s后SW2的f0/5口仍旧没有收到新的BPDU，就知道该链路出问题了。就用f0/2口的BPDU，经过15s的Listening，选举f0/2口为根端口，再经过15s的Learning时间学习MAC地址后进入Forwarding状态。总时间是50s。因此例如原本SW1上连PC1，SW2上连PC2，两台PC通过SW1和SW2间经HUB通起来。HUB挂了后，两台PC会有50s无法通信，50s后经SW3恢复通信。

不重要的链路收敛：收敛时间30s

即上图中链路都正常，任意交换机上连PC。将PC接入或拔掉，就是不重要的链路发生变化。好比你要上网就电脑网线接一下，不用了就将网线拔掉。这种链路的变化肯定不会导致网线拓扑里根端口发生变化，但就如STP里TCN报文的例子所说，端口只要检测到up/down，就会向根桥发送TCN报文。根桥会向全网发送TC报文通知全网将MAC地址表老化，经Listening，Learning各30s后重新进入Forwarding。所以每次PC接上网线要等30s才能上网。

解决方案：UplinkFast

UplinkFast是思科私有协议，提供了非根桥的交换机上快速切换根端口的能力（根桥上不能配置UplinkFast端口）。拓扑图中SW2上配置成UplinkFast后，f0/2口可以跳过Listening和Learning直接Forwarding，将收敛时间减少到1s以内。通常只在接入层交换机上配置UplinkFast，且该交换机至少有一个端口处于被阻塞状态，链路失效必须发生在根端口时才有意义。例如常在有双上行去往根桥的交换机上配置成UplinkFast。

一旦被配置成UplinkFast，交换机会自动调整一些STP参数，因此要谨慎。因为STP参数自动调整后可能会引起STP拓扑的变化：

1.交换机的优先级会增加到比缺省值要高（32768+4096），以保证交换机不会被选为根桥（根桥没有任何根端口）

2.交换机上所有端口的cost值会增加3000（19+3000），以保证交换机端口不会被选为指定端口

配置命令很简单：

SW2(config)#spanning-tree uplinkfast  //交换机上全局配置成UplinkFastSW2#show spanning-tree uplinkfast     //可以查看交换机上根端口和备份根端口

如果是直连链路收敛，主链路发生故障后，SW2的f0/2口直接Forwarding，将30s收敛时间减少到了1s。如果是非直连链路收敛（SW1和SW2间连着HUB），HUB故障后，SW2的f0/2口径20s的Max age时间后直接Forwarding，将50s的收敛时间减少到了20s。

最后，UplinkFast通常只在老式交换机上用，新式交换机常用802.1w和802.1s。

解决方案：BackboneFast

UplinkFast解决的是自身根端口直连收敛。BackboneFast解决自身非直连收敛。如拓扑图中SW1和SW3间链路down掉，该条链路对于SW2来说就是非直连链路。SW3检测到故障，根端口down了，且SW2不会发送BPDU给SW3（端口f0/2被阻塞），因此SW3认为自己是根桥，发送BPDU给SW2宣告自己是新根桥。SW2之前收到过该BPDU，因为等级低，所以f0/2口才被阻塞，因此该BPDU会被忽略。计时器max_age超时（20s）后，最先的f0/2口的BPDU老化失效，该端口进入Listening状态，会收到SW1和SW3发送的BPDU，显然SW1的BPDU优先级高，SW2会发送BPDU给SW3。SW3一收到SW2的BPDU就停止发送它的BPDU。端口f0/2通过Listening和Learning状态后进入Forwarding，花费30s。总共50s。

Backbone fast解决这个问题：刚开始和上面一样，SW2收到SW3的次优BPDU就开始重新确认它的非指定端口（而非被动等待20s的max_age时间）。它在根端口上发送RLQ请求给根桥SW1（因为SW3声称它是根桥，但SW2认为根桥应该是SW1）。根桥SW1收到请求，马上回复RLQ指出这个方向上仍旧有根桥SW1存在。SW2已经检测了所有非指定端口，它仍然有到达根桥的路径。可以立即老化掉存储在端口f0/2上的信息。端口f0/2进入Listening并发送BPDU，节省了max_age时间。配置了BackboneFast的交换机检测到间接链路失效后，阻塞端口立即Listening->Learning->Forwarding，节省了20s的max_age时间，将原本50s的收敛时间减少到了30s。

配置命令很简单：

SW1(config)#spanning-tree backbonefast//可以只在SW2上配，但万一其他链路也挂了呢？所以通常全都配SW2(config)#spanning-tree backbonefastSW3(config)#spanning-tree backbonefastSW1#show spanning-tree backbonefast     //查看BackboneFast的配置

最后，BackboneFast通常只在老式交换机上用，新式交换机常用802.1w和802.1s。

解决方案：PortFast

上面介绍过不重要链路收敛时间要30s，因此插拔一个终端后30s后才能接入网络，实在太慢了。PortFast接口不需要经历Listening和Learning，可以直接Forwarding，收敛时间减少到了1s以内。而且PortFast口的Up/Down都不会产生TCN报文导致全网Mac地址表老化重新收敛了。

例如上图三台交换机组成一个网络，由于有STP因此不会形成环路。此时在SW1上接入一个路由器R1，也可以是一台PC，正常情况下，交换机端口只要检测到up/down，就会向根桥发送TCN报文。根桥会向全网发送TC报文通知全网将MAC地址表老化，经Listening，Learning各30s后重新进入Forwarding。所以R1接入后要等30s才能上网。可以将交换机上接终端的端口（SW1的f0/9）配置成portfast：

交换机上PortFast端口的Up/Down不会产生TCN报文导致全网Mac地址表老化重新收敛，收敛时间从30s减少到了1s内，R1瞬间就接入了网络。原理是PortFast口表明该端口是接入层交换机的端口，且端口不参与STP计算，肯定不会形成环路。

可以看到上面有一端自动生成的warning警告信息：PortFast口不要接交换机，只能接非交换设备，如路由器或PC等。如果PortFast口接了交换机，因为不进行重新选举，可能会形成环路。因此一旦交换机上某端口被配成PortFast口后，该端口如果收到BPDU立刻变回普通端口。因为收到BPDU就意味着该端口连接到了交换机上，那它PortFast的能力就需要被取消。

最后PortFast口可以如上在端口下配，也可以全局配。全局配的话，交换机会自动为Access口启用PortFast功能，而Trunk口不会启用PortFast功能。如果你想对Trunk口也生效（当然该Trunk口肯定不是接交换机的，而是接其他设备，比如单臂路由的接口接路由器）那只能到端口下配，命令后加上trunk即可：SW1(config-if)#spanning-tree portfast trunk