ลิงก์สำรองช่วยเพิ่มความพร้อมใช้งานทางกายภาพของเครือข่ายอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม แต่ลูปในเลเยอร์ 2 ที่ไม่มีการควบคุมอาจทำให้เครือข่ายใช้งานไม่ได้ เฟรมอีเทอร์เน็ตไม่มีขีดจำกัดจำนวนฮอปแบบ IP ดังนั้นเฟรมบรอดคาสต์ ยูนิคาสต์ที่ไม่ทราบปลายทาง และมัลติคาสต์บางประเภทจึงอาจหมุนเวียนและเพิ่มจำนวนขึ้น ขณะที่รายการในตาราง MAC ของสวิตช์สลับไปมาระหว่างพอร์ต Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) ช่วยคงการเดินสายสำรองไว้ พร้อมสร้างโครงสร้างต้นไม้สำหรับส่งต่อข้อมูลที่ปราศจากลูปเพียงโครงสร้างเดียว
เหตุใดลูปในเลเยอร์ 2 จึงขยายตัวอย่างรวดเร็ว
สวิตช์จะกระจายเฟรมบรอดคาสต์หรือเฟรมที่ไม่ทราบปลายทางออกทางพอร์ตอื่นใน VLAN เดียวกัน ในลูปปิด สวิตช์อีกตัวอาจได้รับสำเนานั้นและกระจายออกไปอีกครั้ง ทราฟฟิกนี้ใช้ความจุลิงก์ ทรัพยากรการสวิตช์ และเวลาประมวลผลของ CPU อาการที่พบบ่อย ได้แก่ ทราฟฟิกบรอดคาสต์พุ่งสูง ที่อยู่ MAC ย้ายไปมาระหว่างพอร์ตซ้ำ ๆ การเข้าถึงเพื่อจัดการระบบช้าลง และทราฟฟิกของแอปพลิเคชันสูญหายเป็นช่วง ๆ
การถอดสายหนึ่งเส้นอาจหยุดพายุทราฟฟิกที่เกิดขึ้นในขณะนั้นได้ แต่ไม่ได้อธิบายว่าเหตุใดกลไกควบคุมที่ตั้งใจใช้จึงล้มเหลว วิศวกรยังต้องตรวจสอบโทโพโลยีทางกายภาพ การเป็นสมาชิก VLAN บทบาทของพอร์ต ตัวระบุบริดจ์ และ BPDU ที่ได้รับ
RSTP สร้างโครงสร้างต้นไม้ที่ปราศจากลูปอย่างไร
บริดจ์ที่เข้าร่วมจะแลกเปลี่ยน Bridge Protocol Data Unit กัน บริดจ์ที่มีตัวระบุที่ดีที่สุดจะเป็นรูทบริดจ์ สวิตช์ทุกตัวที่ไม่ใช่รูทจะเลือกพอร์ตที่มีเส้นทางไปยังรูทดีที่สุดเป็นรูทพอร์ต แต่ละเซกเมนต์ของเครือข่ายจะเลือกพอร์ตที่กำหนด (designated port) หนึ่งพอร์ตด้วย พอร์ตสำรองที่ไม่ได้รับบทบาทเหล่านั้นสามารถคงเป็นพอร์ตทางเลือก (alternate) ในสถานะ discarding ได้
พอร์ตทางเลือกยังคงรับและประมวลผล BPDU แต่จะไม่ส่งต่อเฟรมข้อมูลทั่วไปหรือเรียนรู้ที่อยู่ MAC ต้นทางของเฟรมเหล่านั้น วงแหวนทางกายภาพยังคงพร้อมสำหรับการกู้คืนเมื่อเกิดความขัดข้อง ขณะที่เส้นทางข้อมูลทางตรรกะถูกตัดวงให้เป็นโครงสร้างต้นไม้
วิธีเปรียบเทียบเวกเตอร์ลำดับความสำคัญของ BPDU
BPDU ที่ได้รับไม่ได้ถูกตัดสินด้วยค่าลำดับความสำคัญเพียงค่าเดียว บริดจ์จะเปรียบเทียบฟิลด์ตามลำดับ ได้แก่ ID ของรูทบริดจ์ ค่าต้นทุนเส้นทางสะสมไปยังรูท ID ของบริดจ์ผู้ส่ง และ ID ของพอร์ตผู้ส่ง ทันทีที่ฟิลด์ใดฟิลด์หนึ่งตัดสินผู้ชนะได้ ฟิลด์ถัดไปจะไม่มีผลอีกต่อไป จะเปรียบเทียบฟิลด์ถัดไปก็ต่อเมื่อค่าที่เปรียบเทียบเท่ากันเท่านั้น
อัตราความเร็วของลิงก์อาจมีผลต่อค่าต้นทุนเส้นทางเริ่มต้น แต่การนำไปใช้งานและช่วงค่าต้นทุนอาจแตกต่างกันระหว่างอุปกรณ์แต่ละรุ่นอายุ ควรตรวจสอบค่าที่กำหนดไว้และข้อมูล BPDU ขณะทำงาน แทนการคาดเดาเส้นทางจากความเร็วพอร์ต สำหรับลิงก์ทางกายภาพที่เชื่อมต่อขนานกัน ต้องเลือกให้ชัดเจนด้วยว่าจะใช้เป็นพอร์ต spanning tree แยกอิสระ หรือเป็นสมาชิกของกลุ่มรวมลิงก์
เหตุใด RSTP จึงลู่เข้าสู่สถานะเสถียรได้เร็วกว่า STP แบบดั้งเดิม
RSTP ใช้บทบาท root, designated, alternate และ backup ที่ชัดเจน บนลิงก์ฟูลดูเพล็กซ์แบบจุดต่อจุดที่เหมาะสม การแลกเปลี่ยน Proposal และ Agreement จะซิงโครไนซ์สถานะการส่งต่อข้อมูล เพื่อให้พอร์ตเปลี่ยนสถานะได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องรอผ่านทุกขั้นของตัวจับเวลาแบบเดิม พอร์ตเอดจ์ก็สามารถเปลี่ยนสถานะได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน เมื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ปลายทางเพียงตัวเดียวที่ได้รับการยืนยันแล้ว
การลู่เข้าสู่สถานะเสถียรอย่างรวดเร็วไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีการหยุดชะงัก วิธีตรวจจับ การเจรจาลิงก์ ภาระงานของ CPU ขนาดโทโพโลยี อินสแตนซ์ VLAN และตารางเพื่อนบ้านของอุปกรณ์ปลายทาง ล้วนมีผลต่อการกู้คืนของแอปพลิเคชัน การตรวจพบความขัดข้องจากการขาดหายของ BPDU เพียงอย่างเดียวมักช้ากว่าการตรวจพบเหตุการณ์ลิงก์ทางกายภาพขาดโดยตรง
พอร์ตเอดจ์และฟังก์ชันป้องกัน
พอร์ตที่เชื่อมต่อกับ PLC กล้อง หรือ HMI เพียงตัวเดียวสามารถกำหนดเป็นพอร์ตเอดจ์ได้ หลังจากยืนยันว่าจะไม่เชื่อมต่อกับบริดจ์อีกตัว หากพอร์ตเอดจ์ได้รับ BPDU แสดงว่าเครือข่ายมีการเปลี่ยนแปลง การป้องกัน BPDU สามารถหยุดสวิตช์ที่เชื่อมต่อเข้ามาโดยไม่ตั้งใจไม่ให้เปลี่ยนโทโพโลยีได้ การป้องกันรูทจำกัดตำแหน่งที่รูทซึ่งมีลำดับความสำคัญเหนือกว่าสามารถปรากฏได้ ขณะที่การป้องกันลูปสามารถจัดการกับสภาวะต่าง ๆ เช่น การสูญหายของ BPDU ในทิศทางเดียว
ชื่อและพฤติกรรมที่แน่นอนแตกต่างกันตามแพลตฟอร์มและเฟิร์มแวร์ การกำหนดพอร์ต Access ทุกพอร์ตให้เป็นพอร์ตเอดจ์โดยไม่ตรวจสอบการเดินสาย เป็นการละทิ้งขอบเขตความปลอดภัยที่สำคัญ ควรตรวจสอบการทำงานของฟังก์ชันป้องกันแต่ละอย่างบนซอฟต์แวร์รุ่นเป้าหมาย
การกำหนดค่าและการทดสอบการยอมรับ
วาดโทโพโลยีทางกายภาพและทางตรรกะสำหรับทุก VLAN เลือกรูทบริดจ์หลักและสำรอง จากนั้นกำหนดค่าต้นทุนเส้นทางให้สอดคล้องกับทิศทางการรับส่งข้อมูลที่ต้องการสำหรับงาน โดยปกติรูทควรอยู่ใกล้จุดรวมเครือข่ายหรือศูนย์ควบคุม แทนที่จะถูกเลือกโดยบังเอิญจากที่อยู่ MAC จากโรงงานที่มีค่าต่ำที่สุด บันทึก ID ของบริดจ์ บทบาทของพอร์ต ตัวนับ BPDU และตาราง MAC ก่อนทำการเปลี่ยนแปลง
การทดสอบการยอมรับควรครอบคลุมเส้นทางปกติ ลิงก์ขัดข้องหนึ่งเส้น การคืนสภาพลิงก์ การรีสตาร์ตสวิตช์ และลูปที่เกิดจากการเชื่อมต่อโดยไม่ตั้งใจ บันทึกการเปลี่ยนบทบาทของพอร์ต การสูญหายของแพ็กเก็ต ระยะเวลาหยุดชะงักของแอปพลิเคชันที่นานที่สุด การย้ายของที่อยู่ MAC และเวลาที่เกิดสัญญาณเตือน ภายใต้ทราฟฟิกควบคุมและวิดีโอที่สมจริง ความสามารถด้าน RSTP และการป้องกันในสวิตช์อุตสาหกรรม FCTEL แตกต่างกันตามรุ่นและเฟิร์มแวร์ ควรศึกษาเอกสารฉบับปัจจุบันและทดสอบโทโพโลยีเป้าหมายจริงก่อนนำไปใช้งาน
