生成树协议（三）

1.STP/RSTP回顾

STP和RSTP还存在同一个缺陷：由于局域网内所有Vlan共享一棵生成树，因此无法在Vlan间实现数据流量的负载均衡，链路被阻塞后将不承载任何流量，还有可能造成部分Vlan的报文无法转发。

如图所示网络中，生成树结构在图中用虚线表示，S6为根交换设备。S2和S5之间、S1和S4之间的链路被阻塞。HostA和B同属于VLAN2，由于S2和S5之间的链路被阻塞，S3和S6之间的链路又不允许VLAN2的报文通过，因此HostA和HostB之间无法互相通讯。

为了弥补STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1S标准定义了MSTP。MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。

2.MSTP对STP/RSTP的改进

MSTP把交换网络划分为多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立。每棵生成树叫做一个多生成树实例MSTI(Multiple Spanning Tree Instance)，每个域叫做一个MST域(MST Region:Multiple Spanning Tree Region)。

所谓生成树实例就是多个Vlan的一个集合。通过将多个Vlan捆绑到一个实例中，可以减少通信开销和资源占用率。MSTP各个实例拓扑的计算相互独立，在这些实例上可以实现负载均衡。可以把多个相同拓扑结构的Vlan映射到一个实例中，这些Vlan在端口上的转发状态取决于端口在对应MSTP实例的状态。

如图所示，MSTP通过设置Vlan映射表（Vlan和MSTI的对应关系），把Vlan和MSTI练习起来。每个Vlan只能对应一个MSTI，即同一个Vlan的数据只能在一个MSTI中传输，而一个MSTI能对应多个Vlan。经过计算最终生成两棵生成树：

MSTI1以S4为根交换设备，转发Vlan2的报文。
MSTI2以S6为根交换设备，转发Vlan3的报文。

这样所有Vlan内部可以互通，同时不同Vlan的报文沿不同的路径转发，实现了负载分担。

3.MSTP的基本概念

MST由交换网络中的多台交换设备以及他们间的网段构成。MSTI是MST域下地实例，一个MST域下可以有多个MSTI。
Vlan映射表描述了Vlan和MSTI的映射关系，如上图所示，在MST4 中，Vlan 1映射到MSTI1，Vlan2映射到MSTI2，其余Vlan映射到MSTI3。
公共生成树CST是连接交换网络内所有MST域的一颗生成树。如果把每个MST域看作是一个节点，CST就是通过这些节点通过STP或RSTP协议计算生成的一棵树。
内部生成树IST（Internal Spanning Tree）是各MST域内的一棵树。IST是一个特殊的MSTI，MSTI的ID为0，通常称为MSTI0
所有MST域的IST和CST就构成一颗完整的生成树，即CIST。
域根(Regional Root )分为IST域根和MSTI域根：

IST域根如图1所示，在MST域中IST生成树中距离总根最近交换机设备是IST域根。
一个MST域内可以生成多棵生成树，每棵生成树都称为MSTI。MSTI域根是每个生成树实例的树根。如图所示，域中不同的MSTI有各自的域根。

总根是CIST ( Common and Internal Spanning Tree）的根桥。如图1中的S1。
主桥(Master Bridge ）也就是ISTMaster，它是域内距离总根最近的交换设备。如图1中的黄色交换机。如果总根在MST域中，则总根为该域的主桥。
端口角色：同RSTP一致，根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口和边缘端口
端口状态：同RSTP，Forwarding、Learning、Discarding

4.MSTP拓扑的计算

CIST的计算

通过比较配置消息，在全网络中选择一个优先级最高的交换设备作为CIST的树根。在每个MST域内MSTP通过计算生成IST；同时MSTP将每个MST域作为单台设备对待，通过计算在MST域间生成CST。CST和IST共同构成整个交换网络的CIST。

MSTI的计算

在MST域内，MSTP根据Vlan和生成树的映射关系，针对不同的Vlan生成不同的生成树实例。每棵生成树独立进行计算，计算过程与STP计算过程类似。

MSTP对拓扑变化的处理

MSTP对拓扑的变化处理与RSTP拓扑变化处理过程类似

MSTI的特点：

每个MSTI独立计算自己的生成树，互不干扰。
每个MSTI的生成树计算方法与STP基本相同。
每个MSTI的生成树可以有不同的根，不同的拓扑。
每个MSTI在自己的生成树内发送BPDU。
每个MSTI的拓扑配置由命令配置决定。
每个端口在不同MSTI上的生成树参数可以不同。
每个端口在不同MSTI上的角色、状态可以不同。

在运行MSTP网络中，一个Vlan报文的转发路径：

在MST域内，沿着对应的MSTI转发；

在MST域间，沿着CST转发。

5.MSTP的实现原理

1、通过BID参数来解决区分多棵生成树的BPDU

优先级+MAC 优先级为4096的倍数

例：4097=4096+1

4096就是优先级，1就是树的标识，这里树的标识被称之为instance（实例）；与vlan的情况相似---默认情况先所有的vlan都属于instance 0，其他实例需要手动创建，然后把vlan划入对应的实例。

2、MSTP是通过划分区域来解决网络规模大的问题。

通过参数比对来自动划分区域：

版本一致

region-name 一致

reversion-level 一致

instance与vlan的对应关系一致

3、新的问题：MST域之间的环路应如何避免？

把每个区域抽象为一个交换机，问题就变成了如何解决数个交换机之间的环路；

instance 0用来维护区域间的生成树，具体是每个区域instance 0的根用来参与区域间的生成树的选举。

6.MSTP快速收敛机制

MSTP快速收敛机制

除支持RSTP所支持的普通P/A机制外，MSTP还支持增强方式的P/A机制。

上游设备发送proposal报文，请求进行快速迁移。下游设备接收到后，把与上游设备相连的端口设置为根端口，并阻塞所有非边缘端口。
上游设备继续发送agreement报文。下游设备接收到后，根端口转为Forwarding状态。
下游设备回应agreement报文。上游设备接收到后，把下游设备相连的端口设置为指定端口，指定端口进入forwording状态。

7.配置

拓扑图：

数据准备：

域名为RG1。
实例为MSTI1和MSTI2。
实例MSTI1的根桥为SW1，备份根桥为SW2；实例MSTI2的根桥为SW2，备份根桥为SW1。
实例MSTI1和实例MSTI2的阻塞口的路径开销值修改为200000。
VLAN号是1～20。
PC1所属VLAN为10，PC2所属VLAN为20。

【1】配置相同的域信息。SW1、SW2、SW3、SW4均配置

[Huawei]stp enable 
[Huawei]stp mode mstp
[Huawei]stp region-configuration 
[Huawei-mst-region]region-name RG1
[Huawei-mst-region]instance 1 vlan 1 to 10
[Huawei-mst-region]instance 2 vlan 11 to 20
[Huawei-mst-region]active region-configuration      //切记要激活配置

【2】配置互相备份

SW1：
[Huawei]stp instance 1 root primary 
[Huawei]stp instance 2 root secondary
SW2：
[Huawei]stp instance 2 root primary 
[Huawei]stp instance 1 root secondary 
SW3：
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]stp instance 2 cost 200000
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/3
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]stp edged-port enable
SW4：
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]stp instance 1 cost 200000
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/3
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]stp edged-port enable

关于STP和RSTP的总结：

STP：https://blog.csdn.net/weixin_43997530/article/details/106625705

RSTP：https://blog.csdn.net/weixin_43997530/article/details/108428414