STP/RSTP

تمثل الرسمة أعلاه نفس البنية التي عملنا عليها في الأمثلة السابقة ويظهر فيها أن منفذ Gi0/2 لـ SW3 في وضع (blocking) بينما منفذ Gi0/2 لـ SW1 للتو تعطل الكيبل المرتبط به، وهنا يتعامل SW3 مع الموقف لأنه لم يتلقى رسالة Hello من منفذه Gi0/1، بينما SW2 لا يحتاج للقيام بأي إجراء لأنه لازال يتلقى رسائل الـ Hello من الـ SW1 من خلال منفذه Gi0/2، ففي هذه الحالة SW3 وكما ذكرت سابقاً سيبدأ في التعامل مع الموقف ولا فرق في نظره بين كون المشكلة الحاصلة هي بسبب خلل في الكبل الرابط بينه وبين SW1 أو كانت المشكلة هي بسبب منفذه Gi0/1 والذي لسبب ما تعطل ففي كلتا الحاتين لم تصل اليه رسائل الـ Hello والفرق فقط هو أنه في الحالة الأولى سينتظر انتهاء المؤقت MaxAge بينما في الحالة الثانية سيبدأ مباشرة لأنه سيفترض أن رسائل الـ Hello لن تصله أبداً من منفذه.

ستكون البداية بإعادة التقييم لمعرفة من سيكون الآن الـ root switch. لا يزال SW3 يتلقى رسائل الـ Hello من الـ SW2 والذي كما مر معنا يمررها من SW1 بعد إضافة الـ BID خاصته وإضافة تكلفته الجذرية. طبعاً لازال SW1 هو صاحب الـ BID الأقل وبمجرد وصول هذه الرسالة لـ SW3 يقرر مرة أخرى بأن SW1 كسب الترشيح مرة أخرى ويبدأ في خطوة الثانية وهي تحديد منافذه التي سيجعلها على الوضع root port (RP) وفي هذه الحالة لم يعد SW3 يتلقى رسائل الـ Hello الا من منفذ واحد فقط وهو Gi0/2 وبناء على هذا الوضع سيتخذ القرار بتغييره من وضع (blocking) الى وضع root port (RP) وسيقوم كذلك بإعادة تقييم المنافذ التي ستكون على الوضع Designated port (DP) والتي في هذه الحالة هي فقط منفذ واحد هو Fa0/13.

تغيير حالة المنفذ في الـ STP:

تستخدم الـ STP فكرة الدور (Role) والحالة (State)، فأما الدور فمثل الـ root port وdesignated port وهي المتعلقة بكيف يحلل ويرتب الـ STP بنية الشبكة المحلية، وأما الحالة فمثل الـ (forwarding) والـ (blocking) ويقصد بها توجه الـ switch وقراره بشأن استقبال وإرسال الرسائل. فعندما يتغير وضع الـ STP يقوم الـ switch باختيار الدور الجديد له وبناء على هذا الدور يتم تحديد وضع الحالة الخاصة بمنافذه لتكون إما (forwarding) أو (blocking).

الـ Switch الذي يتعامل مع الـ STP يستطيع ببساطة ومباشرةً نقل أحد منافذه من الحالة(forwarding) الى الحالة (blocking) لكنه يحتاج لمزيد من الوقت للقيام بالعكس وهو نقل أحد منافذه من الحالة (blocking) الى الحالة (forwarding) وذلك لأن الـ switch قبل القيام بذلك يضع المنفذ في حالتين متتاليتين بشكل مؤقت وذلك منعاً لإشكالية دوران الرسائل (Looping). والحالتين هما:

1.    الاستماع (Listening): وهي شبيهة بحالة (blocking) فالمنفذ لا يقوم بتمرير الرسائل، ويقوم أثنائها الـ Switch بإزالة البيانات القديمة لجدول الـ MAC address table لأنها ببساطة قد تكون هي سبب دوران الرسائل في الشبكة (Looping).

2.    التعلم (Learning): هنا يبدأ المنفذ في مرحلة التعلم وجمع المعلومات مع استمراره بعدم تمرير الرسائل فيقوم فقط ببناء جدوله الخاص بعناوين الـ MAC address table وذلك من خلال الرسائل التي تصل لمنفذه.

وعليه فإن الـ STP ينقل حالة المنفذ من الـ (blocking) الى الـ (listening) ومن ثم الى الـ (learning) ووصولاً الى الـ (forwarding)، حيث يجبر الـ STP المنفذ على المرور بالحالتين (listening) و (learning) وذلك لمدة زمنية محددة تساوي مدة مؤقت الـ (Forward delay) وهي (١٥ ثانية) والذي تمت الإشارة اليه سابقاً في جدول المؤقتات الزمنية، فيكون إجمالي الوقت الذي يحتاجه المنفذ للانتقال من الحالة (blocking) الى الحالة (forwarding) هو (٣٠ ثانية). كما أنه من الممكن أن يزيد الوقت عن ذلك بسبب المؤقت MaxAge والذي يمتد لـ (١٠ أضعاف وقت الـ Hello =٢٠ ثانية) وذلك قبل أن يتخذ الـ Switch قرار الانتقال من (blocking) الى (forwarding). وعليه يكون مجموع المدة الزمنية للانتقال تصل الى (٥٠ ثانية).

تفاصيل تخص الـ RSTP فقط:

في البداية يجب التنويه الى أن الـ STP قدم ولا يزال يقدم خدمات متميزة في مجاله، ولكن التطور الهائل الذي تشهده كلاً من الأجهزة (Hardware) والبرامج (Software) دفع بالعديد من البروتوكولات للظهور والتعامل مع هذا التطور المتسارع ومنافسة الموجود سابقاً. وقبل الحديث عن الـ RSTP وما هو الجديد الذي قدمه لابد من توضيح بعض المعايير المهمة ذات الصلة فالمعيار IEEE 802.1w والمرتبط بالـ RSTP ما هو الا تعديل وتطوير للمعيار IEEE 802.1D والمرتبط بالـ STP، فقد ظهر المعيار IEEE 802.1D في عام ١٩٩٠ ومن ثم تم تحديثه تحديث أولي في عام ١٩٩٨ واستمر التحديث الى أن تم الإعلان عن المعيار IEEE 802.1w في عام ٢٠٠١ والذي كان هذا المعيار هو الأول لـ RSTP، وكغيره من المعايير تم تطويره مع مرور السنين وإضافة كامل تفاصيله إلى معيار جديد هو IEEE 802.1Q.

مقارنة بين RSTP وSTP:

تعمل RSTP بالضبط مثل STP في عدة أمور وتختلف عنها في أمور أخرى أما نقاط التشابه فهي:

·      كلاهما يرشح الـ root switch وبنفس الطريقة والآلية.

·      أجهزة الـ switch معهما تستخدم نفس القواعد في تحديد الـ root port.

·      كلاهما يرشح الـ designated port (DP) بنفس الطريقة والآلية.

·      كلاهما يحدد حالة المنافذ من كونها (forwarding) أو (blocking) مع فارق بسيط هو أن الـ RSTP يسمي حالة (blocking) بـ (discarding).

وفي الحقيقة عند الحديث عن أجه التشابه فإن الـ RSTP تعمل بشكل مشابه ومتكامل مع لـ STP حتى إنه بالإمكان أن يعملا سوياً في نفس الشبكة. وهنا قد نتساءل عن سبب وجود الإصدار المطور RSTP مع وجود كل هذا التشابه مع الإصدار السابق STP. السبب الأساسي وراء ذلك هو التغلب على عنصر التأخير وعلى الوقت الطويل الذي تستغرقه الـ STP لأجل معالجة الخلل في بنية الـ STP ومن هنا جاءت التسمية للـ RSTP والتي يمثل حرف الـ (R) فيها الكلمة (Rapid) والتي تعني "سريع" أو "خاطف".

فقد مر معنا أن عملية تغيير بنية الـ STP تمر بمراحل متتالية تستغرق من الوقت (٥٠ ثانية) بينما مع الـ RSTP فيمكن إنجاز الموضوع كاملاً في حدود (١٠ ثواني) فقط. فقد تميزت الـ RSTP عن سابقتها بأنها تجنبت العديد من المؤقتات المستخدمة في الـ STP حيث نتج عن ذلك سرعة الانتقال من حالة الـ (forwarding) إلى حالة الـ discarding (blocking)، والعكس صحيح.

ولتوضيح ذلك بشكل أكثر تفصيل فإن RSTP أضافت بعض الآليات التي جعلت الـ switch يتجنب الانتظار لبعض المؤقتات وهي:

·      أضافت الـ RSTP آلية جديدة تمكن جهاز الـ switch من تغيير الـ root port الخاص به بدون أي انتظار في بعض الحالات.

·      أضافت الـ RSTP آلية جديدة تمكن جهاز الـ switch من تغيير الـ designated port الخاص به بدون أي انتظار في بعض الحالات.

·      قامت الـ RSTP عند ضرورة الانتظار بتقليص الوقت الافتراضي لذلك الانتظار.

فمثلاً لو حدث عطل لسبب ما وأصبح أحد الـ Switches غير قادر على استلام رسائل الـ Hello من طرف الـ root switch، كان الإجراء المتبع في الـ STP هو الانتظار للمؤقت الـ MaxAge والذي يمثل (١٠ أضعاف مؤقت رسالة Hello = ٢٠ ثانية) بينما الإجراء الافتراضي مع الـ RSTP هو الانتظار فقط (٣ أضعاف مؤقت رسالة Hello = ٦ ثواني) إضافة الى إضافة ميزة رائعة جداً وهي أن الـ switch يستطيع القيام بإرسال رسالة استعلام لأقرب switch له للسؤال عن الوضع لديه وهل يواجه نفس المشكلة.

أفضل طريقة لفهم عمل هذه الآليات هو من خلال التعرف على كيفية عمل الـ alternate port والـ backup port في الـ RSTP. فيقصد بالـ alternate port المنافذ التي لديها المؤهلات لتقوم بنفس الدور الذي يقوم به الـ root port الحالي وذلك فيما لو طرأ خلل فيه. أما الـ backup port فيتمثل مفهومه في تزويد منفذ احتياطي في جهاز الـ switch وذلك عوضاً عن الـ designated port (ملاحظة مهمة: الـ backup port يستخدم فقط في الشبكات التي لازالت تستخدم أجهزة الـ hub فهي في الحقيقة قليلة الاستخدام في شبكات اليوم).

لتلخيص ما سبق الجدول أدناه يوضح أدوار المنافذ في الـ RSTP وعمل كل واحد منها:

أما نقاط الاختلاف بين الـ RSTP والـ STP فعلى سبيل المثال في الـ STP كان الـ root switch هو من يرسل رسالة الـ Hello وبقية الأجهزة تمررها مع بعض الإضافات بينما في الـ RSTP كل جهاز switch يقوم بشكل مستقل بإنشاء رسالته الـ Hello إضافة الى ذلك أصبح بالإمكان ارسال رسائل الاستعلام فيما بين الـ Switches.

في الـ RSTP تقوم الـ Switches غير root switch بتحديد منفذ واحد ليكون designated port تماماً مثل المعمول به في الـ STP الا أن الـ RSTP تزيد خطوة أخرى وهي تحديد منافذ أخرى تصلح لأن تكون designated port وتقوم بتسميتها بالـ alternate port. من خصائص هذه المنافذ أنها تقوم باستلام رسائل الـ Hello القادمة أيضاً من الـ root switch تماماً مثل designated port. المثال أدناه يوضح الفكرة: