بروتوكول RSTP وإعداداته المتقدمة

بروتوكول الـ RSTP وإعداداته

مقدمة

يعد بروتوكول الـ RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) من البروتوكولات الأساسية المستخدمة في شبكات الحاسوب لضمان استقرار وموثوقية الاتصالات بين الأجهزة المترابطة في شبكة Ethernet. يعد هذا البروتوكول نسخة متطورة من البروتوكول التقليدي “Spanning Tree Protocol” (STP)، والذي طورته منظمة IEEE كجزء من معيار 802.1D، بهدف معالجة مشكلة حلقات الشبكة التي قد تحدث عند ربط عدة مفاتيح (Switches) أو محولات (Bridges) معًا في بيئة الشبكات.

يتميز بروتوكول الـ RSTP بسرعة استجابته في التعامل مع تغيير الحالة أو الفشل في أي من الروابط أو الأجهزة في الشبكة. بفضل هذا البروتوكول، يمكن تقليل الوقت المستغرق للانتقال من الحالة غير المتاحة إلى الحالة المتاحة، وهو ما يساعد في تحسين الأداء الكلي للشبكة.

تعريف بروتوكول RSTP

بروتوكول RSTP هو اختصار لـ Rapid Spanning Tree Protocol، ويُعتبر تحسينًا لبروتوكول الـ STP التقليدي. أُدخل بروتوكول الـ RSTP ضمن معيار IEEE 802.1w في عام 2001، وأدى هذا التحسين إلى تسريع عملية إعادة تشكيل الشبكة وتوسيع قدرتها على التكيف مع التغييرات المفاجئة في الشبكة. بينما يستغرق بروتوكول الـ STP عدة ثوانٍ وحتى دقائق لمعالجة التغييرات في الشبكة، يمكن لبروتوكول الـ RSTP أن يحقق استجابة أسرع، مما يقلل من التأخير ويزيد من استقرار الشبكة.

الاختلافات بين RSTP وSTP

1. سرعة الاستجابة:

   • STP: يستغرق ما يصل إلى 50 ثانية لإعادة تشكيل الشبكة بعد تغيير في الروابط أو حالة الشبكة.

   • RSTP: يقلل الوقت إلى حوالي 6 ثوانٍ في الحالات المثالية.

2. عدد الحالات:

   • STP: يحدد خمس حالات للبورتات (المنافذ) وهي: “Blocked”، “Listening”، “Learning”، “Forwarding”، و”Disabled”.

   • RSTP: يُقلل هذا العدد إلى ثلاث حالات فقط، وهي: “Discarding” (مساوي لحالة الـ STP “Blocked” و “Listening”)، “Learning”، و “Forwarding”.

3. إعادة التوزيع:

   • STP: يعتمد على بروتوكولات قوية مثل BPDU (Bridge Protocol Data Units) لتحقيق التنقل بين الحالات المختلفة.

   • RSTP: يستخدم بشكل أكبر التفاعل السريع بين المحولات للتوصل إلى توافق وتحديث الحالة دون الحاجة إلى بعض الإجراءات التي تعتمد عليها STP.

4. التوافق العكسي:

   • RSTP: يمكن أن يتفاعل مع الأجهزة التي تعمل ببروتوكول STP التقليدي من خلال التوافق العكسي، ولكن سرعته تكون محدودة عندما يتفاعل مع هذه الأجهزة.

آلية عمل RSTP

1. المنافذ (Ports):
   يتعامل بروتوكول الـ RSTP مع المنافذ في محولات الشبكة وفقًا للآتي:

   • المنافذ الجذرية (Root Ports): هي المنافذ التي تستخدم للوصول إلى الجسر الجذري (Root Bridge). كل جهاز في الشبكة سيحاول أن يمتلك منفذًا واحدًا يكون بمثابة “أسرع” طريق للوصول إلى الجسر الجذري.

   • المنافذ المتغيرة (Designated Ports): هي المنافذ التي تستخدم للوصول إلى الشبكة الفعالة التي يمكن الوصول إليها عبرها، وهي تكون متاحة في الجسر المخصص.

   • المنافذ المحجوزة (Blocked Ports): هي المنافذ التي لا يتم استخدامها في الشبكة لأنها لا تساهم في تحسين الاتصال.

2. التكوينات والرسائل:
   يقوم بروتوكول الـ RSTP بتبادل رسائل BPDU بين المحولات في الشبكة. تحتوي رسائل BPDU على معلومات أساسية حول هيكل الشبكة، مثل الجسر الجذري والجسور المحتملة. تتبادل المحولات هذه الرسائل بشكل مستمر للتأكد من أن جميع المحولات في الشبكة تمتلك معلومات محدثة حول حالة الشبكة.

3. التصويت وتحديد الجسر الجذري:
   في بداية عملية بدء الشبكة، يتم تحديد الجسر الجذري بناءً على أقل عنوان MAC. هذا الجسر سيُصبح نقطة الانطلاق لبقية المحولات في الشبكة لتحديد المسارات المثلى للتواصل بين الأجهزة.

أنواع المنافذ في RSTP

في بروتوكول الـ RSTP، تُقسم المنافذ إلى عدة أنواع:

1. المنافذ الجذرية (Root Port):

   • هي المنفذ الأقرب إلى الجسر الجذري الذي يقوم بالمرور عبره.

   • كل جهاز في الشبكة لديه منفذ جذر واحد فقط.

   • تكون حالة هذا المنفذ دائمًا “Forwarding” بمجرد تحديده.

2. المنافذ المتغيرة (Designated Port):

   • هي المنافذ التي تعتبر الأفضل في الشبكة للوصول إلى وجهات معينة.

   • تتحمل مسؤولية إرسال البيانات عبر الشبكة.

   • يمكن أن يكون هناك أكثر من منفذ متغير في الشبكة.

3. المنافذ المحجوزة (Blocked Port):

   • يتم تقييد هذه المنافذ عندما يكون هناك احتمال لحدوث حلقة في الشبكة.

   • لا يتم إرسال أي بيانات عبر هذه المنافذ، وبالتالي فهي تعتبر غير فعالة في الشبكة.

إعدادات الـ RSTP

تتطلب إعدادات بروتوكول الـ RSTP تكوينات دقيقة لتعمل بشكل صحيح في بيئة الشبكة. تختلف هذه الإعدادات حسب نوع المحولات ونظام التشغيل المستخدم، لكن بشكل عام، تتم الإعدادات على النحو التالي:

1. تفعيل الـ RSTP:
   يجب على المشرف الشبكي تفعيل البروتوكول عبر الواجهة الخاصة بالمحول باستخدام الأوامر المناسبة. على سبيل المثال، في المحولات التي تدعم نظام التشغيل Cisco IOS، يمكن تفعيل البروتوكول باستخدام الأمر التالي:

   arduino
   CopyEdit
   Switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
   

2. ضبط أولوية الجسر (Bridge Priority):
   يتضمن ذلك ضبط قيمة أولوية الجسر لتحديد الجسر الجذري في الشبكة. يمكن ضبط هذا من خلال:

   arduino
   CopyEdit
   Switch(config)# spanning-tree vlan 1 priority 24576
   

3. تحديد الـ Path Cost:
   لكل مسار في الشبكة يوجد “Path Cost” يعكس التكلفة النسبية لاستخدام هذا المسار. يمكن تخصيص هذا الخاصية لتوجيه المرور عبر المسارات الأمثل:

   arduino
   CopyEdit
   Switch(config)# spanning-tree vlan 1 cost 10
   

4. التعديل على الـ BPDU Guard:
   لمنع حدوث مشاكل بسبب BPDU غير المتوقع، يمكن تفعيل “BPDU Guard” للحفاظ على استقرار الشبكة:

   arduino
   CopyEdit
   Switch(config)# spanning-tree bpduguard enable
   

5. الـ PortFast:
   لتمكين المنافذ من الانتقال بسرعة إلى حالة “Forwarding”، يمكن تفعيل الـ PortFast:

   arduino
   CopyEdit
   Switch(config)# spanning-tree portfast
   

مميزات بروتوكول RSTP

1. سرعة الاستجابة:
   كما ذكرنا سابقًا، يعد RSTP أسرع من STP، مما يقلل من التأخير الناتج عن الفشل المفاجئ في الشبكة أو تغيير الحالة.

2. قابلية التوسع:
   يمكن لبروتوكول الـ RSTP التعامل مع الشبكات الكبيرة والمعقدة بشكل فعال، مما يجعله أكثر مرونة في بيئات الأعمال الكبيرة.

3. تقليل الحلقات:
   يساعد RSTP في تقليل الحلقات التي قد تحدث بسبب تكرار البيانات في الشبكة، مما يحسن الأداء الكلي.

4. التوافق مع STP:
   بروتوكول RSTP متوافق مع بروتوكول STP، مما يسهل الانتقال إليه في الشبكات التي تستخدم STP بشكل تقليدي.

الختام

يعد Bروتوكول RSTP من الحلول المتقدمة التي تسهم بشكل كبير في تحسين أداء الشبكات السلكية، خاصة في الشبكات التي تحتاج إلى استجابة سريعة وأداء مستقر. بفضل سرعته وكفاءته في التعامل مع التغييرات الطارئة، يسهم في تحسين استقرار الشبكة بشكل كبير، ويضمن عدم حدوث تأثيرات سلبية على أداء التطبيقات أو الأجهزة المتصلة بالشبكة.