MSTP(多生成树),基础与实验

Posted 2023-03-14

一、概述

• MSTP是IEEE 802.1S中定义的生成树协议，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。
• MSTP可以将一个或多个VLAN映射到一个Instance（实例），再基于Instance计算生成树，映射到同一个Instance的VLAN共享同一棵生成树。

注意:生成树不是基于VLAN运行的，而是基于Instance运行的。

​

二、基本概念

MST Region

• MSTP网络层次:

• MSTP把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立。

• MSTP Region (Multiple Spanning Tree Region,多生成树域)

• 由交换网络中的多台交换设备以及它们之间的网段所构成。 
• 一个局域网可以存在多个MST域，各MST域之间在物理上直接或间接相连。用户可以通过MSTP配置命令把多台交换设备划分在同一个MST域内。 
• MSTP网络中包含1个或多个MST域，每个MST域中包含一个或多个多生成树实例。

• 同一个MST域的设备具有以下特点:

• 都启动了MSTP
• 具有相同的域名
• 具有相同的VLAN到生成树实例映射配置。
• 具有相同的MSTP修订级别配置。 

MSTI

• MSTI（Multiple Spanning Tree Instance，多生成树实例）:

• 一个MST域内可以生成多棵生成树，每棵生成树都称为一个MSTI。
• MSTI使用Instance ID标识，华为设备取值为0~4094。 

• VLAN映射表

• MST域的属性，描述了VLAN和MSTI之间的映射关系。 

• 通过设置VLAN映射表,把VLAN和MSTI联系起来

• 每个VLAN只能对应一个MSTI，即同一VLAN的数据只能在一个MSTI中传输，而一个MSTI可能对应多个VLAN。 

CST

• CST(Common Spanning Tree,公共生成树)

• 是连接交换网络内所有MST域的一棵生成树。
• 如果把每个MST域看作是一个节点，CST就是这些节点通过生成树协议计算生成的一棵生成树。

如图:

右图就是MST Region构成的生成树

IST

• 是各MST域内的一棵生成树。 
• IST是一个特殊的MSTI，MSTI的Instance ID为0。

CIST

CIST（Common and Internal Spanning Tree，公共和内部生成树）

• 通过生成树协议计算生成的，连接一个交换网络内所有交换设备的单生成树。

如图，所有MST域的IST加上CST就构成了完整的生成树,即CIST。

SST

SST（Single Spanning Tree，单生成树）

• 运行生成树协议的交换设备只能属于一个生成树。
• MST域中只有一个交换设备，这个交换设备构成单生成树。 

如图，MST Region3，该域中的唯一的交换设备构成SST。

总根，域根和主桥

• 总根(CIST Root)

• 是CIST的根桥，如SW1

• 域根(Regional Root)

• 分为IST域根和MSTI域根
• IST域根，在MST域中IST生成树中距离总根最近的交换设备是IST域根，如图中SW2、SW3、SW4。
• MSTI域根是每个多生成树实例的树根。 

• 主桥(Master Bridge)

• 是IST Master，它是域内距离总根最近的交换设备，如图中SW1、SW2、SW3、SW4 。 
• 如果总根在MST域中，则总根为该域的主桥。 
• 主桥包括总根和IST域根

小结

角色	说明
MST域	交换网络被划分成多个域，一个MST域内可以包含一台或多台交换机，同属于一个MST域的交换机必须配置相同的域名、相同的修订级别、以及相同的VLAN映射表
MSTI	基于Instance的生成树
VLAN映射表	VLAN和MSTI之间的映射关系
CST	公共生成树，连接所有MST域的一棵生成树
IST	内部生成树，MST域内Instance ID为0的一棵生成树
CIST	公共和内部生成树，连接一个交换网络内所有交换设备的生成树
SST	单生成树，MST域内只有一台交换设备，且该设备只属于一棵生成树
总根	CIST的根桥
IST域根	MST域中，IST距离总根最近的交换设备
MSTI域根	MSTI的根桥
主桥	距离总根最近的交换设备，包括：总根和IST域根

MSTP的端口角色

MSTP中定义的所有端口角色包括： 

• 根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口、Master端口、域边缘端口和边缘端口。

端口角色	说明
根端口	在非根桥上，离根桥最近的端口是本交换设备的根端口。 根端口负责向树根方向转发数据。
指定端口	对一台交换设备而言，它的指定端口是向下游交换设备转发BPDU报文的端口。
Alternate端口	从配置BPDU报文发送角度来看，Alternate端口就是由于学习到其它网桥发送的配置BPDU报文而阻塞的端口。 从用户流量角度来看，Alternate端口提供了从指定桥到根的另一条可切换路径，作为根端口的备份端口。
Backup端口	从配置BPDU报文发送角度来看，Backup端口就是由于学习到自己发送的配置BPDU报文而阻塞的端口。 从用户流量角度来看，Backup端口作为指定端口的备份，提供了另外一条从根节点到叶节点的备份通路。
Master端口	连接MST域到总根的端口。 Master端口是域中的报文去往总根的必经之路。 Master端口是特殊域边缘端口，Master端口在CIST上的角色是Root Port，在其它各实例上的角色都是Master端口。
域边缘端口	域边缘端口是指位于MST域的边缘并连接其它MST域或SST的端口。
边缘端口	如果指定端口位于整个域的边缘，不再与任何交换设备连接，这种端口叫做边缘端口。 边缘端口一般与用户终端设备直接连接。

MSTP的端口状态

MSTP定义的端口状态与RSTP协议中定义相同: 

• Forwarding状态：端口既转发用户流量，学习MAC地址，又接收/发送BPDU报文。 
• Learning状态：过渡状态，端口接收/发送BPDU报文，不转发用户流量但是学习MAC地址。 
• Discarding状态：端口只接收BPDU报文，不转发用户流量也不学习MAC地址。 

MSTP报文

版本	类型	名称
0	0x00	配置BPDU
0	0x80	TCN BPDU
2	0x02	RST BPDU
3	0x02	MST BPDU

无论是域内的MST BPDU还是域间的，前36个字节和RST BPDU相同。

从第37个字节开始是MSTP专有字段。最后的MSTI配置信息字段由若干MSTI配置信息组连缀而成。

三、MSTP拓扑计算

• MSTP拓扑计算： 

• MSTP可以将整个二层网络划分为多个MST域，各个域之间通过计算生成CST，域内生成IST，CST和IST构成了整个交换设备网络的CIST。
• 域内还可以基于实例计算生成多棵生成树，每棵生成树都被称为是一个MSTI。 

• CIST和MSTI都是根据优先级向量来计算的，这些优先级向量信息都包含在MST BPDU中。各交换设备互相交换MST BPDU来生成CIST和MSTI 。 

• 参与CIST计算的优先级向量为：

• 根交换设备ID，外部路径开销，域根ID，内部路径开销，指定交换设备ID，指定端口ID，接收端口ID  

• 参与MSTI计算的优先级向量为： 

• 域根ID，内部路径开销，指定交换设备ID，指定端口ID，接收端口ID  

注意：括号中的向量的优先级从左到右依次递减

四、MSTP的配置

MSTP的基本配置

1.配置生成树工作模式

[Switch]stp mode mstp

2.启用MSTP

[Switch]stp enable

注意：为了保证生成树计算过程快速而且稳定，必须在启用STP/RSTP/MSTP之前，完成对交换设备及其端口必要的基本配置。 

配置MST域并激活

1.进入MST域视图

[Switch]stp region-configuration
[Switch-mst-region]

2.配置MST域的域名

[Switch-mst-region]region-name [name] //缺省情况下，MST域名等于交换设备的桥MAC地址。

3.配置多生成树实例域VLAN的映射关系

[Switch-mst-region]instance [instance-id] vlan vlanid1 [to vlanid2] //将指定VLAN映射到指定的生成树实例上。缺省情况下，所有VLAN均映射到CIST，即实例0上。

4.(可选)配置MST域的MSTP修订级别

[Switch-mst-region]revision-level [level] //配置交换设备的MSTP修订级别。缺省情况下，交换设备MST域的修订级别是0。

5.激活MST域

[Switch-mst-region]active region-configuration //使域名、VLAN映射表和MSTP修订级别生效。

MSTP的可选配置

1.配置根桥和备份根桥

[Switch]stp instance [instance-id] root primary|secondary //配置指定实例的根桥或备份根桥

2.配置交换设备在指定生成树实例中的优先级

[Switch]stp instance [instance-id] priority [priority] //配置交换设备在指定生成树中的优先级,缺省为32768

3.配置端口在指定生成树实例中的路径开销

[Switch]stp pathcost-standard  dot1d-1998 | dot1t | legacy  //配置路径开销算法，缺省情况下，路径开销值的计算方法为IEEE 802.1T标准。

[Switch-GigabitEthernet0/0/0]stp instance [instance-id] cost [cost] //配置当前端口指定实例的端口路径开销

4.配置端口在指定生成树实例中的优先级

[Switch-GigabitEthernet0/0/0]stp instance [instance-id]  port priority [priority] //配置当前端口在生成树计算时的优先级,缺省为128

五、单域多实例实验

如图

要求VLAN2以SW1为根桥，SW2为备份根桥。VLAN3以SW2为根桥，SW1为备份根桥

SW1配置

[SW1]vlan batch 2 to 3
[SW1]interface g0/0/1
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 2 to 3
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]interface g0/0/2
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 2 to 3
[SW1]stp mode mstp
[SW1]stp region-configuration 
[SW1-mst-region]region-name simple
[SW1-mst-region]instance 1 vlan 2
[SW1-mst-region]instance 2 vlan 3
[SW1-mst-region]active region-configuration 
[SW1]stp instance 1 root primary 
[SW1]stp instance 2 root secondary 
[SW1]interface Vlanif 2
[SW1-Vlanif2]ip add 192.168.2.2 24

SW2与SW1不相同的配置

[SW2]stp instance 2 root primary 
[SW2]stp instance 1 root secondary 
[SW2]interface Vlanif 3
[SW2-Vlanif3]ip add 192.168.3.2 24

SW3和SW4配置

[SW3]vlan batch 2 to 3
[SW3]stp mode mstp
[SW3]int e0/0/3
[SW3-Ethernet0/0/3]stp edged-port enable
[SW3-Ethernet0/0/3]port link-type access
[SW3-Ethernet0/0/3]port default vlan 2
[SW3]int e0/0/1
[SW3-Ethernet0/0/1]port link-type trunk
[SW3-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 2 to 3
[SW3-Ethernet0/0/2]port link-type trunk
[SW3-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 2 to 3
[SW3]stp region-configuration 
[SW3-mst-region]region-name simple
[SW3-mst-region]instance 1 vlan 2
[SW3-mst-region]instance 2 vlan 3