计算机网络-MSTP概述

一、RSTP/STP的缺陷与不足

前面我们学习了RSTP对于STP的一些优化与快速收敛机制。但在划分VLAN的网络中运行RSTP/STP，局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，被阻塞后的链路将不承载任何流量，无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，导致链路带宽利用率、设备资源利用率较低。

示例1：

RSTP/STP不足

在网络中存在两个VLAN，网关分别在不同设备上，二层网络通过RSTP进行互联，端口配置Trunk模式允许VLAN 10 20通过，SW3作为根桥会导致PC和PC2都流经根桥，SW5的预备端口被逻辑关闭，PC1的流量：SW5-->SW3-->AR1；PC2的流量：SW5-->SW3-->SW4-->AR2，出现次优路径。

优点：RSTP优化了收敛机制与BPDU保护功能，实现快速收敛。

不足：RSTP实际上与VLAN无关，在单个生成树情况下会导致链路闲置以及次优路径。

STP/RSTP维护单个生成树，设备互联必定会逻辑关闭其中一个端口，导致流量从另外路径流出，而且如图导致次优路径。

二、多生成树协议概述

为了弥补RSTP/STP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1S标准定义了MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）。MSTP兼容STP和RSTP，通过建立多棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份，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。

MSTP实例

MSTP计算方式与RSTP/STP类似，基于多实例生成树，基于VLAN映射，因为日常使用VLAN技术较广泛，实现不同VLAN路径不同，冗余备份和负载分担。

三、MSTP基本概念

3.1 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。

MST Region（Multiple Spanning Tree Region，多生成树域），也可简称MST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。

MST Region

同一个MST域的设备具有下列特点：

• 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。

如果确定都使用MSTP，则二层交换网络都启用MSTP协议，则形成了一个MST域。

3.2 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。如图所示的MST Region 4的VLAN映射有：

• VLAN1映射到MSTI 1
• VLAN2映射到MSTI 2
• 其余VLAN映射到MSTI 3

MSTI

在一个MST域内可以创建多个实例，不同实例映射到不同VLAN，就是VLAN流量可以实现负载均衡等功能。

3.3 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。
• 如图深蓝色粗线条连接各个域构成CST。

CST

CST1

多个MST域的核心主干网络构成。

3.4 IST

IST（Internal Spanning Tree，内部生成树） 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。如图所示的MST Region 4，黑色细线条在域中连接该域的所有交换设备构成IST。

IST

IST1

IST就是各个域内的内部生成树，不包括核心互联的链路。

3.5 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。如图所示，所有MST域的IST加上CST就构成一棵完整的生成树，即CIST。

CIST

CIST1

就是CST+IST构成整个MST域内的生成树连接。

3.6 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。如图所示的MST Region 3，该域中的唯一的交换设备构成SST。

SST

一个MST域里只有一台交换机构成MSTP网络。

3.7 总根，域根和主桥

根桥

因为MSTP是基于多域多实例，因此有总根、区域根桥、主桥。

总根（CIST Root）是CIST的根桥，如图中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。

简单就是在整个MST域有个总根，在每个MSTI域里面也有域内的根和主桥，各个域桥连接到总根桥。

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

总结：STP和RSTP都只会生成一颗生成树，就可能出现链路浪费和次优路径。为了解决这些问题出现了多实例生成树，MSTP基于域、实例、VLAN映射来实现，能够实现VLAN流量的负载分担和提高链路可用性。

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