本次部落客要介紹MSTP原理與配置。
MSTP 多生成樹協定，可以通過這個協定生成多個樹，而不是單一的一顆樹了。
RSTP在STP基礎上進行了改進，實作了網絡拓撲快速收斂。但由于區域網路内所有的VLAN共享一棵生成樹，是以被阻塞後鍊路将不承載任何流量，無法在VLAN間實作資料流量的負載均衡，進而造成帶寬浪費。為了彌補STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年釋出的802.1s标準定義了MSTP。MSTP相容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了資料轉發的多個備援路徑，在資料轉發過程中實作VLAN資料的負載均衡。
單生成樹的弊端 - 部分VLAN路徑不通
如下圖所示，網絡中有SWA、SWB、SWC三台交換機。配置VLAN2通過兩條上行鍊路，配置VLAN3隻通過一條上行鍊路。為了解決VLAN2的環路問題，需要運作生成樹。在運作單個生成樹的情況下，假設SWC與SWB相連的端口成為預備端口（Discarding狀态），那麼VLAN3的路徑就會被斷開，無法上行到SWB。
單生成樹的弊端 - 無法實作流量分擔
如下圖所示，為了實作流量分擔，需要配置兩條上行鍊路為Trunk鍊路，允許通過所有VLAN；SWA和SWB之間的鍊路也配置為Trunk鍊路，允許通過所有VLAN。将VLAN2的三層接口配置在SWA上，将VLAN3的三層接口配置在SWB上。
我們希望VLAN2和VLAN3分别使用不同的鍊路上行到相應的三層接口，但是如果連接配接到SWB的端口成為預備端口（Alternate Port）并處于Discarding狀态，則VLAN2和VLAN3的資料都隻能通過一條上行鍊路上行到SWA，這樣就不能實作流量分擔。
單生成樹的弊端 - 次優二層路徑
如下圖所示， SWC 與 SWA 和 SWB 相連的鍊路配置為 Trunk 鍊路，允許通過所有 VLAN ； SWA 與 SWB 之間的鍊路也配置為 Trunk 鍊路，允許通過所有 VLAN 。 運作單個生成樹之後，環路被斷開， VLAN2 和 VLAN3 都直接上行到 SWA 。 在 SWA 上配置 VLAN2 的三層接口，在 SWB 上配置 VLAN3 的三層接口，那麼， VLAN3 到達三層接口的路徑就是次優的。
在之前的内容裡，我們了解到，為了解決交換網絡中環路的問題，有了STP協定，後來為了解決STP收斂太慢的問題，有了RSTP（快速生成樹協定），對于STP和RSTP來說，都是把交換網絡中的裝置組建成了一顆單生成樹，通過以上的内容我們發現， 單生成樹有時候會造成部分vlan路徑不通、無法實作流量分擔以及次優路徑等問題，那麼MSTP慢慢就開始進入了工程師的視野。
多生成樹執行個體解決單生成樹弊端
lMST域内可以生成多棵生成樹，每棵生成樹都稱為一個MSTI （多生成樹執行個體）。MSTI之間彼此獨立，且每個MSTI的計算過程基本與RSTP的計算過程相同。
如下圖所示，圖中紅色的部分是多生成樹執行個體1的部分，對于這個執行個體1來說，是包含vlan2的，對于vlan3和vlan4是包含在執行個體2裡面的，對于執行個體1和執行個體2來說在邏輯上阻塞掉的端口是不一樣的。
多生成樹協定即 MSTP （ Multiple Spanning Tree Protocol ）。 MST 域是多生成樹域（ Multiple Spanning Tree Region ），由交換網絡中的多台交換裝置以及它們之間的網段所構成。同一個 MST 域的裝置具有下列特點： 都啟動了 MSTP 。 具有相同的域名。 具有相同的 VLAN 到生成樹執行個體映射配置。 具有相同的 MSTP 修訂級别配置。 一個 MST 域内可以生成多棵生成樹，每棵生成樹都稱為一個 MSTI ，每個 MSTI 都使用單獨的 RSTP 算法，計算單獨的生成樹。 每個 MSTI （ MST Instance ）都有一個辨別（ MSTID ）， MSTID 是一個兩位元組的整數。 VRP 平台支援 16 個 MST Instance ， MSTID 取值範圍是 0 ～ 15 ，預設所有 VLAN 映射到 MST Instance 0 。 VLAN 映射表是 MST 域的屬性，它描述了 VLAN 和 MSTI 之間的映射關系， MSTI 可以與一個或多個 VLAN 對應，但一個 VLAN 隻能與一個 MSTI 對應。 MSTP 相容 STP 和 RSTP ，既可以快速收斂，又提供了資料轉發的各個備援路徑，在資料轉發過程中實作 VLAN 資料的負載均衡。
所謂生成樹執行個體就是多個VLAN的一個集合。通過将多個VLAN捆綁到一個執行個體，可以節省通信開銷和資源占用率。MSTP各個執行個體拓撲的計算互相獨立，在這些執行個體上可以實作負載均衡。可以把多個相同拓撲結構的VLAN映射到一個執行個體裡，這些VLAN在端口上的轉發狀态取決于端口在對應MSTP執行個體的狀态。 如圖所示，MSTP通過設定VLAN映射表（即VLAN和MSTI的對應關系表），把VLAN和MSTI聯系起來。每個VLAN隻能對應一個MSTI，即同一VLAN的資料隻能在一個MSTI中傳輸，而一個MSTI可能對應多個VLAN。 經計算，最終生成兩棵生成樹： MSTI1以S4為根交換裝置，轉發VLAN2的封包。 MSTI2以S6為根交換裝置，轉發VLAN3的封包。 這樣所有VLAN内部可以互通，同時不同VLAN的封包沿不同的路徑轉發，實作了負載分擔。
交換網絡内所有 MST 域的一棵生成樹。如果把每個 MST 域看作是一個節點， CST就是這些節點通過STP或RSTP協定計算生成的一棵生成樹。 内部生成樹IST（Internal Spanning Tree）是各MST域内的一棵生成樹。 IST 是一個特殊的 MSTI ， MSTI 的 ID 為 0 ，通常稱為 MSTI0 。 SST（Single Spanning Tree）：運作STP或RSTP的交換裝置隻能屬于一個生成樹 ； MST 域中隻有一個交換裝置，這個交換裝置構成單生成樹。 所有MST域的IST加上CST就構成一棵完整的生成樹，即CIST。 域根（ Regional Root） 分為 IST 域根和 MSTI 域根。 IST 域根如圖 1 所示，在 MST 域中 IST 生成樹中距離總根最近的交換裝置是 IST 域根。 一個 MST 域内可以生成多棵生成樹，每棵生成樹都稱為一個 MSTI 。 MSTI 域根是每個多生成樹執行個體的樹根。如圖 3 所示，域中不同的 MSTI 有各自的域根。 總根是 CIST（Common and Internal Spanning Tree） 的根橋。如圖 1 中的 S1。 主橋（ Master Bridge ）也就是 IST Master ，它是域内距離總根最近的交換裝置。如圖 1 中的黃色交換機。如果總根在 MST 域中，則總根為該域的主橋。 端口角色：同 RSTP ， MSTP 中定義了根端口、指定端口、 Alternate 端口、 Backup 端口和邊緣端口。
端口狀态：同RSTP，MSTP定義的端口狀态有Forwarding, Learning, Discarding。
MSTP拓撲計算
CIST 的計算 經過比較配置消息後，在整個網絡中選擇一個優先級最高的交換裝置作為 CIST 的樹根。在每個 MST 域内 MSTP 通過計算生成 IST ；同時 MSTP 将每個 MST 域作為單台交換裝置對待，通過計算在 MST 域間生成 CST 。 CST 和 IST 構成了整個交換裝置網絡的 CIST 。 MSTI 的計算 在 MST 域内， MSTP 根據 VLAN 和生成樹執行個體的映射關系，針對不同的 VLAN 生成不同的生成樹執行個體。每棵生成樹獨立進行計算，計算過程與 STP 計算生成樹的過程類似。 MSTP 對拓撲變化的處理 MSTP 拓撲變化處理與 RSTP 拓撲變化處理過程類似。 MSTI 的特點： 每個 MSTI 獨立計算自己的生成樹，互不幹擾。 每個 MSTI 的生成樹計算方法與 STP 基本相同。 每個 MSTI 的生成樹可以有不同的根，不同的拓撲。 每個 MSTI 在自己的生成樹内發送 BPDU 。 每個 MSTI 的拓撲通過指令配置決定。 每個端口在不同 MSTI 上的生成樹參數可以不同。 每個端口在不同 MSTI 上的角色、狀态可以不同。 l 在運作 MSTP 協定的網絡中，一個 VLAN 封包将沿着如下路徑進行轉發： 在 MST 域内，沿着其對應的 MSTI 轉發。 在 MST 域間，沿着 CST 轉發。
MSTP快速收斂機制
除支援RSTP所支援的普通P/A (Proposal/Agreement)機制外，MSTP還支援增強方式的P/A機制。
如上圖所示，在 MSTP 中， P/A 機制工作過程如下： 1. 上遊裝置發送 Proposal 封包，請求進行快速遷移。下遊裝置接收到後，把與上遊裝置相連的端口設定為根端口，并阻塞所有非邊緣端口。 2. 上遊裝置繼續發送 Agreement 封包。下遊裝置接收到後，根端口轉為 Forwarding 狀态。 3. 下遊裝置回應 Agreement 封包。上遊裝置接收到後，把與下遊裝置相連的端口設定為指定端口，指定端口進入 Forwarding 狀态。 預設情況下，華為資料通信裝置使用增強的快速遷移機制。如果華為資料通信裝置和其他制造商的裝置進行互通，而其他制造商的裝置 P/A 機制使用普通的快速遷移機制，此時，可在華為資料通信裝置上通過設定 P/A 機制為普通的快速遷移機制，進而實作華為資料通信裝置和其他制造商的裝置進行互通。
MSTP配置實作
為實作分别屬于不同VLAN的PC通路Internet的流量能夠進行負載均衡，可采用MSTP來實作，VLAN1~10為一組，VLAN11~20為另一組。
如下圖所示：
配置思路： 配置 MST 域并建立多執行個體，實作流量的負載分擔。 在 MST 域内，配置各執行個體的根橋與備份根橋。 修改各執行個體中某端口的路徑開銷值，實作将該端口阻塞。 與終端裝置相連的端口配置成為邊緣端口，加快收斂。 資料準備： 域名為 RG1 。 執行個體為 MSTI1 和 MSTI2 。 執行個體 MSTI1 的根橋為 SWA ，備份根橋為 SWB ；執行個體 MSTI2 的根橋為 SWB ，備份根橋為 SWA 。 執行個體 MSTI1 和執行個體 MSTI2 的阻塞口的路徑開銷值修改為 200000 。 VLAN 号是 1 ～ 20 。
PC1所屬VLAN為10，PC2所屬VLAN為20。
檢視SWC上的配置
<SWC>dis cu
#
sysname SWC
#
vlan batch 2 to 20
#
stp region-configuration 進入MST域視圖
region-name RG1 配置MST域的域名
instance 1 vlan 1 to 10 配置多生成樹執行個體和VLAN的映射關系
instance 2 vlan 11 to 20
active region-configuration 激活MST域的配置，使域名、VLAN映射表和MSTP修訂級别生效。如果不執行本操作，以上配置的域名、VLAN映射表和MSTP修訂級别無法生效。
#
interface GigabitEthernet0/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
#
interface GigabitEthernet0/0/2
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
stp instance 2 cost 200000
#
interface GigabitEthernet0/0/3
port link-type access
port default vlan 10
stp edged-port enable
#
檢視SWD上的配置
<SWD>dis cu
#
sysname SWD
#
vlan batch 2 to 20
#
stp region-configuration
region-name RG1
instance 1 vlan 1 to 10
instance 2 vlan 11 to 20
active region-configuration
#
interface MEth0/0/1
#
interface GigabitEthernet0/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
#
interface GigabitEthernet0/0/2
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
stp instance 1 cost 200000 修改開銷為200000
#
interface GigabitEthernet0/0/3
port link-type access
port default vlan 20
stp edged-port enable
#
檢視SWA上的配置
<SWA>dis cu
#
sysname SWA
#
vlan batch 2 to 20
#
stp instance 1 root primary 在執行個體1裡面，SWA是根橋
stp instance 2 root secondary
#
stp region-configuration
region-name RG1
instance 1 vlan 1 to 10
instance 2 vlan 11 to 20
active region-configuration
#
interface GigabitEthernet0/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
#
interface GigabitEthernet0/0/2
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
檢視SWB上的配置：
<SWB>dis cu
#
sysname SWB
#
vlan batch 2 to 20
#
stp instance 1 root secondary
stp instance 2 root primary 執行個體2裡面，SWB為根橋
#
stp region-configuration
region-name RG1
instance 1 vlan 1 to 10
instance 2 vlan 11 to 20
active region-configuration
#
interface GigabitEthernet0/0/1
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
#
interface GigabitEthernet0/0/2
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
配置完成之後，檢視SWA，SWB,SWC以及SWD的接口狀态，如下圖所示：
總結：
[SwitchA] stp region-configuration \\進入MST域視圖
[SwitchA-mst-region] region-name RG1 \\配置MST域的域名
[SwitchA-mst-region] instance 1 vlan 2 to 10 \\配置多生成樹執行個體和VLAN的映射關系
[SwitchA-mst-region] instance 2 vlan 11 to 20
[SwitchA-mst-region] active region-configuration \\激活MST域的配置，使域名、VLAN映射表和MSTP修訂級别生效
[SwitchA] stp instance 1 root primary \\配置目前裝置為根橋裝置
[SwitchA] stp instance 2 root secondary \\配置目前交換裝置為備份根橋裝置
[SwitchA] stp pathcost-standard legacy \\配置SwitchA的端口路徑開銷值的計算方法為華為計算方法
[SwitchA] stp enable \\在SwitchA上啟動MSTP