Rapid Spanning Tree Protocol(RSTP, IEEE 802.1w)

agnusdei·2025년 1월 7일

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Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)

1. 개념

Rapid Spanning Tree Protocol(RSTP, IEEE 802.1w)은 스위칭 네트워크의 루프를 방지하고, 네트워크 장애 발생 시 신속하게 우회 경로를 설정하기 위해 개발된 프로토콜입니다. 기존 STP(Spanning Tree Protocol, IEEE 802.1D)의 단점을 개선하여 재수렴 시간을 크게 단축한 버전입니다.

2. 등장배경 & 목적

등장배경:
기존 STP는 장애 발생 시 새로운 경로 설정에 몇 초에서 몇 분(최대 50초)까지 소요되어, 네트워크 장애 복구 시간이 길다는 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 RSTP가 개발되었습니다.
목적:
- 네트워크 루프 방지.
- 장애 시 빠른 재수렴(Fast Convergence).
- 안정적인 네트워크 연결 제공.

3. 역할

루프 방지:
- 스위치 간 포트 상태를 관리하여 물리적 루프를 차단.
빠른 장애 복구:
- 기존 STP보다 빠르게 포트 상태를 전환하여 우회 경로를 설정.
네트워크 안정성 보장:
- 트래픽 손실을 최소화하고 네트워크 가용성을 향상.

4. 활용 계층 또는 범위

활용 계층:
- 데이터 링크 계층(Data Link Layer), OSI 2계층.
활용 범위:
- 대규모 스위치 기반 네트워크.
- LAN(Local Area Network), 특히 장애 복구 시간이 중요한 환경.

5. 구성요소

Root Bridge:
- 네트워크에서 최상위 스위치를 선정(최소 Bridge ID 기반).
Port Roles(포트 역할):
- Root Port: Root Bridge로 가는 최단 경로의 포트.
- Designated Port: 네트워크 세그먼트에서 데이터를 전달하는 포트.
- Alternate Port: 장애 발생 시 활성화될 대체 경로의 포트.
- Backup Port: 동일 장치 내에서 루프를 방지하기 위한 대체 포트.
BPDU(Bridge Protocol Data Unit):
- 네트워크 정보를 교환하기 위한 데이터 패킷.
- RSTP에서는 BPDU를 더욱 빈번하게 전송하여 빠른 포트 전환을 지원.

6. 시간순 작동 순서

Root Bridge 선정:
- 각 스위치는 BPDU를 교환하며 Bridge ID를 비교해 Root Bridge를 선택.
포트 역할 결정:
- 각 스위치는 자신의 포트를 Root Port, Designated Port 등으로 설정.
빠른 상태 전환:
- 장애 발생 시 Alternate Port나 Backup Port가 즉시 활성화되며 네트워크 재수렴.
BPDU 주기적 교환:
- 지속적으로 BPDU를 통해 네트워크 상태 확인 및 관리.

7. 종류

RSTP는 STP의 하위 집합으로서 별도의 변형은 없으나, 환경에 따라 RSTP 기반의 Multiple Spanning Tree Protocol(MSTP, IEEE 802.1s)로 확장 가능합니다.

8. 장단점

장점
1. 빠른 재수렴:
  포트 상태 전환이 몇 초 내에 이루어져 네트워크 복구 속도 향상.
2. 단순화된 구조:
  STP와 호환되면서도 복잡성을 줄임.
3. 효율적인 루프 방지:
  Alternate Port 및 Backup Port를 통해 예비 경로 제공.
단점
1. 하위 장치 지원 문제:
  RSTP를 지원하지 않는 구형 스위치와의 호환성 이슈.
2. 설치 환경 제한:
  작은 네트워크에서는 필요성이 적어 과도한 적용 가능성.

9. 전망 & 개선점

전망:
- 대규모 네트워크와 데이터센터의 확장으로 RSTP 및 MSTP와 같은 프로토콜 사용이 계속 증가할 것으로 예상됩니다.
개선점:
1. 네트워크 가상화(Virtualization)와의 연동 기능 강화.
2. 더욱 효율적인 BPDU 처리 및 포트 상태 관리 알고리즘 개발.