RSTP vs STP: o que é o Rapid Spanning Tree, como converge e quando usar ERPS

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) é a versão rápida do STP (Spanning Tree Protocol): os dois impedem loops em uma rede Ethernet com caminhos redundantes, bloqueando os enlaces excedentes, mas o RSTP reconverge em geral em menos de um segundo, enquanto o STP clássico leva de 30 a 50 segundos com os temporizadores padrão. O RSTP nasceu como IEEE 802.1w, foi incorporado ao IEEE 802.1D-2004, que substituiu o STP original, e hoje faz parte do IEEE 802.1Q.

A seguir: por que o STP é lento, o que o RSTP mudou (papéis de porta, estados, handshake proposta/acordo, portas de borda), a compatibilidade entre os dois, quando nem o RSTP é rápido o bastante e os protocolos de anel usados na indústria, como ERPS e MRP.

Por que a rede precisa de spanning tree

Ethernet não tem campo de “tempo de vida” no quadro. Se houver dois caminhos entre dois switches, um quadro de broadcast circula pelo anel indefinidamente e se multiplica a cada volta: é a tempestade de broadcast, que satura enlaces e CPUs em segundos. As tabelas MAC também ficam instáveis, porque o mesmo endereço aparece ora em uma porta, ora em outra.

O spanning tree mantém a redundância física e monta sobre ela uma árvore lógica sem loops: elege um switch raiz, calcula o menor custo de cada switch até ele e bloqueia as portas que fechariam um laço. Quando um enlace ativo cai, uma porta bloqueada passa a encaminhar.

Como a árvore é calculada (vale para STP e RSTP)

1. Eleição da raiz: vence o switch de menor Bridge ID = prioridade (padrão 32768, ajustável em passos de 4096) + endereço MAC.
2. Porta raiz: em cada switch, a porta de menor custo acumulado até a raiz.
3. Porta designada: em cada segmento, a porta que oferece o menor custo até a raiz.
4. As demais portas não encaminham dados.

O custo de cada enlace depende da velocidade. O IEEE 802.1D-2004 adotou os custos “longos” de 32 bits; muitos equipamentos ainda permitem o método “curto” do 802.1D-1998:

Misturar switches com métodos de custo diferentes na mesma rede gera árvores inesperadas. Padronize um só método em todos os equipamentos.

Por que o STP (802.1D) é lento

O STP original depende de temporizadores fixos. Os valores padrão são Hello Time 2 s (intervalo entre BPDUs enviados pela raiz), Max Age 20 s (quanto tempo a informação recebida vale) e Forward Delay 15 s (duração de cada um dos estados intermediários). Uma porta bloqueada só encaminha depois de passar por Listening (15 s) e Learning (15 s).

Cálculo resolvido: o pior caso do STP

Imagine que um switch deixa de receber BPDUs pela porta raiz porque um enlace caiu em outro ponto da rede (falha indireta). Ele não percebe a falha pelo sinal elétrico; espera a informação envelhecer:

• Max Age expira: 20 s
• Listening: 15 s
• Learning: 15 s
• Total: 20 + 15 + 15 = 50 s sem tráfego naquele trecho

Se a falha for direta (a porta raiz perde o link), o Max Age é dispensado e o tempo cai para 15 + 15 = 30 s. Em uma rede de escritório isso já é incômodo; em automação, 30 segundos sem comunicação derrubam conexões de CLP, IHM e supervisório.

O que o RSTP (802.1w) mudou

O RSTP mantém o mesmo cálculo da árvore, mas troca a espera por temporizadores por uma negociação ativa entre vizinhos. As mudanças principais:

1. Estados de porta: de cinco para três

No STP, Blocking, Listening e Disabled se comportam da mesma forma para o tráfego. O RSTP reuniu os três em Discarding e separou o estado (o que a porta faz com o quadro) do papel (a função dela na árvore).

2. Papéis de porta: Alternate e Backup

• Root: melhor caminho até a raiz (igual ao STP).
• Designated: melhor porta do segmento para chegar à raiz (igual ao STP).
• Alternate: caminho alternativo até a raiz, recebido de outro switch. Fica em Discarding, pronto para virar porta raiz imediatamente se a atual falhar.
• Backup: caminho redundante para um segmento em que o próprio switch já é designado (caso raro, típico de meio compartilhado).
• Disabled: porta administrativamente desligada.

A porta Alternate é a chave da velocidade: o switch já sabe qual é o caminho de reserva antes da falha acontecer.

3. Handshake proposta/acordo

Em um enlace ponto a ponto, quando uma porta quer se tornar designada, ela envia um BPDU com a flag Proposal. O vizinho coloca em Discarding suas outras portas não-borda (operação sync), responde com Agreement e a porta passa a Forwarding sem esperar o Forward Delay. A negociação se propaga switch a switch, em vez de cada um esperar 30 segundos.

4. Portas de borda (edge ports)

Uma porta ligada a um equipamento final (CLP, PC, câmera, servidor) pode ser configurada como edge port: vai direto para Forwarding ao subir o link e não gera aviso de mudança de topologia. Em equipamentos Cisco o recurso equivalente se chama PortFast. Se a porta de borda receber um BPDU, perde a condição de borda e passa a participar do spanning tree normalmente.

5. Tipo de enlace: ponto a ponto ou compartilhado

As transições rápidas só valem em enlaces ponto a ponto, que o switch identifica pela operação em full duplex. Em enlace compartilhado (half duplex, hub), o RSTP volta a depender dos temporizadores. Na prática, todo enlace switch-switch moderno é full duplex.

6. BPDU de todos os switches e detecção de falha em 6 s

No STP, só a raiz origina BPDUs; os demais retransmitem. No RSTP, todo switch envia BPDU a cada Hello Time (2 s), funcionando como sinal de vida entre vizinhos. Se uma porta deixa de receber três hellos seguidos, a informação é descartada: a falha indireta é detectada em até 3 × 2 = 6 s, em vez dos 20 s do Max Age. A falha direta (perda de link) é percebida na hora.

7. Mudança de topologia mais rápida

No STP, o aviso de mudança (TCN) sobe até a raiz e só depois desce para a árvore. No RSTP, o switch que detecta a mudança apaga as entradas MAC das demais portas e avisa os vizinhos diretamente (flag TC). E só uma porta não-borda que passa a Forwarding gera esse aviso.

STP x RSTP: comparação lado a lado

RSTP é compatível com STP?

Sim, por porta. Quando uma porta RSTP recebe BPDU do 802.1D antigo, passa a falar STP naquela porta, e aquele trecho volta a convergir na velocidade do STP. Por isso, uma rede “em RSTP” com um único switch legado no meio não tem o desempenho esperado. A migração pode ser gradual, mas o ganho só aparece por inteiro quando todos os switches do domínio usam RSTP.

O MSTP (IEEE 802.1s, hoje no 802.1Q) usa os mesmos mecanismos rápidos do RSTP e acrescenta várias instâncias de árvore, cada uma associada a um grupo de VLANs, permitindo que VLANs diferentes usem enlaces diferentes. O MSTP é compatível com o RSTP nas fronteiras de região. Para um panorama dos três protocolos, veja o artigo STP, RSTP e MSTP em switches Ethernet.

Quando nem o RSTP basta: ERPS e MRP em redes industriais

A norma do RSTP não garante um tempo de convergência fixo. Ele depende do número de switches, da topologia e da implementação, e em anéis com muitos switches cresce a cada salto. Em redes de escritório, algumas centenas de milissegundos passam despercebidas. Em automação, onde um CLP pode declarar falha de comunicação após poucos ciclos de varredura, usam-se protocolos dedicados a anel:

No ERPS, um enlace do anel é o RPL (Ring Protection Link), mantido bloqueado pelo nó dono do RPL. Quando outro enlace do anel cai, os nós avisam com mensagens de falha e o RPL é desbloqueado. Sem cálculo de árvore, a recuperação é muito mais rápida. Os switches industriais gerenciáveis da IRD.Net suportam STP, RSTP, MSTP e ERPS; o switch industrial de 8 portas Gigabit L2+ com 4 SFP e alimentação redundante, por exemplo, especifica recuperação ERPS abaixo de 20 ms.

Uma regra prática: num anel ERPS, desligue o spanning tree nas duas portas do anel e mantenha o RSTP no restante da rede, para pegar loops acidentais em portas de acesso.

Exemplo prático: anel de 6 switches numa linha de produção

Seis switches gerenciáveis formam um anel de fibra ao longo de uma linha, cada um atendendo um painel com CLP e IHM. O switch da sala de controle liga o anel ao núcleo da rede.

1. Defina a raiz: configure a prioridade do switch da sala de controle para 4096 (ou 0) e a de um segundo switch para 8192, que será a raiz de reserva. Sem isso, a raiz é o switch com menor MAC, que pode ser um switch de painel no fim da linha.
2. Portas de borda: declare como edge as portas de CLP, IHM e câmeras. O CLP volta a comunicar logo após religar, sem esperar o spanning tree e sem gerar mudança de topologia na rede inteira.
3. Proteja as bordas: ative BPDU Guard (ou o equivalente do fabricante) nas portas de borda; se alguém ligar um switch não gerenciável com um loop, a porta é desativada em vez de derrubar o anel.
4. Escolha o protocolo do anel: se o processo tolera algumas centenas de milissegundos, RSTP resolve. Se o CLP precisa de recuperação na casa das dezenas de milissegundos, use ERPS (ou MRP numa rede PROFINET), com todos os switches do anel no mesmo protocolo.
5. Teste: com um ping contínuo de intervalo curto entre dois CLPs, desconecte um enlace do anel e conte os pacotes perdidos. É a forma mais direta de medir a convergência real da sua instalação.

Erros comuns

• Deixar a eleição da raiz ao acaso. Com prioridades padrão, vence o menor MAC, normalmente o switch mais antigo. O tráfego passa a fluir por ele.
• Não configurar portas de borda. Equipamentos finais ficam até 30 s sem rede ao religar (com DHCP falhando no caminho) e cada religamento gera mudança de topologia.
• Um switch STP legado no meio do domínio RSTP. Aquele trecho converge na velocidade do STP.
• Rodar RSTP e ERPS nas mesmas portas de anel: os dois protocolos tentam bloquear enlaces diferentes.
• Esperar tempo fixo do RSTP. A norma não garante milissegundos; se o processo exige um número, especifique um protocolo de anel com tempo declarado pelo fabricante e meça na instalação.

Para entender como o loop se forma e como o STP o bloqueia passo a passo, veja também como o STP evita loops em redes Ethernet. Para redes corporativas sem exigência industrial, os switches gerenciáveis L2 da IRD.Net atendem a topologias redundantes comuns; confira na ficha de cada modelo quais protocolos de spanning tree ele suporta.

Perguntas Frequentes

O que é RSTP?

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) é o protocolo IEEE que evita loops em redes Ethernet com caminhos redundantes, bloqueando os enlaces excedentes e reativando-os quando um caminho falha. Foi publicado como IEEE 802.1w, incorporado ao 802.1D-2004 e converge, em geral, em menos de um segundo.

Qual a diferença entre STP e RSTP?

Os dois calculam a mesma árvore sem loops. O STP espera temporizadores fixos e leva de 30 a 50 s para reconvergir; o RSTP negocia diretamente com o vizinho (proposta/acordo), mantém portas Alternate prontas para assumir, tem portas de borda e detecta falhas em até 6 s, convergindo normalmente abaixo de 1 s.

Qual é o padrão IEEE do STP e do RSTP?

O STP é o IEEE 802.1D (revisões até 1998). O RSTP é o IEEE 802.1w, que foi incorporado ao IEEE 802.1D-2004 e substituiu o STP original nessa revisão. O MSTP é o IEEE 802.1s. Hoje os três estão consolidados no IEEE 802.1Q.

RSTP funciona junto com STP na mesma rede?

Funciona. A porta RSTP que recebe BPDU do STP passa a operar em modo STP naquela porta. A rede continua sem loops, mas o trecho com o switch legado converge na velocidade do STP, de 30 a 50 s.

RSTP é rápido o bastante para automação industrial?

Depende do processo. O RSTP costuma convergir abaixo de 1 s, mas a norma não garante um tempo fixo e em anéis grandes o tempo cresce. Quando o CLP exige recuperação em dezenas de milissegundos, use ERPS (ITU-T G.8032) ou MRP (IEC 62439-2) no anel.