【网络协议详解】——MSTP技术（学习笔记）

表1 端口角色
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。根交换设备没有根端口。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	Master端口是MST域和总根相连的所有路径中最短路径上的端口，它是交换设备上连接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。端口使能MSTP功能后，会默认启用边缘端口自动探测功能，当端口在（2 × Hello Timer + 1）秒的时间内收不到BPDU报文，自动将端口设置为边缘端口，否则设置为非边缘端口。

MSTP的端口状态

MSTP定义的端口状态与RSTP协议中定义相同，如表2所示。

表2 端口状态
端口状态	说明
Forwarding	在这种状态下，端口既转发用户流量又处理BPDU报文。
Learning	这是一种过渡状态。在Learning下，交换设备会根据收到的用户流量，构建MAC地址表，但不转发用户流量，所以叫做学习状态。 Learning状态的端口处理BPDU报文，不转发用户流量。
Discarding	Discarding状态的端口只处理BPDU报文。

说明：

根端口、Master端口、指定端口和域边缘端口支持Forwarding、Learning和Discarding状态，Alternate端口和Backup端口仅支持Discarding状态。

MSTP报文

MSTP使用多生成树桥协议数据单元MST BPDU（Multiple Spanning Tree Bridge Protocol Data Unit）作为生成树计算的依据。MST BPDU报文用来计算生成树的拓扑、维护网络拓扑以及传达拓扑变化记录。

描述MSTP的工作过程

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。域内则通过计算生成多棵生成树，每棵生成树都被称为是一个多生成树实例。其中实例0被称为IST，其他的多生成树实例为MSTI。MSTP同STP一样，使用配置消息进行生成树的计算，只是配置消息中携带的是设备上MSTP的配置信息。

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。

比较原则

同一向量比较，值最小的向量具有最高优先级。

优先级向量比较原则如下。

首先，比较根交换设备ID。
如果根交换设备ID相同，再比较外部路径开销。
如果外部路径开销相同，再比较域根ID。
如果域根ID仍然相同，再比较内部路径开销。
如果内部路径仍然相同，再比较指定交换设备ID。
如果指定交换设备ID仍然相同，再比较指定端口ID。
如果指定端口ID还相同，再比较接收端口ID。
如果端口接收到的BPDU内包含的配置消息优于端口上保存的配置消息，则端口上原来保存的配置消息被新收到的配置消息替代。端口同时更新交换设备保存的全局配置消息。反之，新收到的BPDU被丢弃。

CIST的计算

经过比较配置消息后，在整个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域作为单台交换设备对待，通过计算在MST域间生成CST。CST和IST构成了整个交换设备网络的CIST。

MSTI的计算

在MST域内，MSTP根据VLAN和生成树实例的映射关系，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计算生成树的过程类似，

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的拓扑通过命令配置决定。
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协议的网络中，一个VLAN报文将沿着如下路径进行转发：

在MST域内，沿着其对应的MSTI转发。

在MST域间，沿着CST转发。

MSTP快速收敛机制

MSTP支持普通方式和增强方式两种P/A（Proposal/Agreement）机制：

普通方式

MSTP支持普通方式的P/A机制实现与RSTP支持的P/A机制实现相同，RSTP支持的P/A机制请见RSTP技术细节中的P/A机制。

增强方式

图1 增强方式的P/A机制

如图1所示，在MSTP中，P/A机制工作过程如下：

协商开始时，每一台设备都认为自己是根桥，根桥上的端口是指定端口，端口状态为Discarding，端口的synced变量置位，触发Proposal和Agreement同时置位。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，把与下游设备相连的端口设置为指定端口，指定端口进入Forwarding状态。

缺省情况下，华为数据通信设备使用增强的快速迁移机制。如果华为数据通信设备和其他制造商的设备进行互通，而其他制造商的设备P/A机制使用普通的快速迁移机制，此时，可在华为数据通信设备上通过设置P/A机制为普通的快速迁移机制，从而实现华为数据通信设备和其他制造商的设备进行互通。

Mstp和stp/rstp的不同点

实验配置：

图1 配置MSTP功能组网图

组网需求

在一个复杂的网络中，由于冗余备份的需要，网络规划者一般都倾向于在设备之间部署多条物理链路，其中一条作为主用链路，其他作为备份链路。这样就难免会形成环路，若网络中存在环路，可能会引起广播风暴和MAC表项被破坏。为此，可以在网络中部署MSTP协议预防环路。MSTP可阻塞二层网络中的冗余链路，将网络修剪成树状，达到消除环路的目的。

如图1所示，SwitchA、SwitchB、SwitchC和SwitchD都运行MSTP。为实现VLAN2～VLAN10和VLAN11～VLAN20的流量负载分担，MSTP引入了多实例。MSTP可设置VLAN映射表，把VLAN和生成树实例相关联。

配置思路

采用以下思路配置MSTP功能：

在处于环形网络中的交换设备上配置MSTP基本功能。与PC相连的端口不用参与MSTP计算，将其设置为边缘端口。
配置保护功能，实现对设备或链路的保护。例如：在各实例的根桥设备指定端口配置根保护功能。
配置设备的二层转发功能。

SwitchA的配置文件：

#
sysname SwitchA
#
vlan batch 2 to 20
#
stp instance 1 root primary
stp instance 2 root secondary
#
stp region-configuration
 region-name RG1
 instance 1 vlan 2 to 10
 instance 2 vlan 11 to 20
 active region-configuration
#
interface Eth-Trunk1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
 stp root-protection
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 eth-trunk 1
#
interface GigabitEthernet0/0/3
 eth-trunk 1
#
return

SwitchB的配置文件：

#
sysname SwitchB
#
vlan batch 2 to 20
#
stp instance 1 root secondary
stp instance 2 root primary
#
stp region-configuration
 region-name RG1
 instance 1 vlan 2 to 10
 instance 2 vlan 11 to 20
 active region-configuration
#
interface Eth-Trunk1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
 stp root-protection
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 eth-trunk 1
#
interface GigabitEthernet0/0/3
 eth-trunk 1
#
return

SwitchC的配置文件：

#
vlan batch 2 to 20
#
stp bpdu-protection
#
stp region-configuration
 region-name RG1
 instance 1 vlan 2 to 10
 instance 2 vlan 11 to 20
 active region-configuration
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 2
  stp edged-port enable 
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
 stp instance 2 cost 20000
#
interface GigabitEthernet0/0/3
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
#
return

SwitchD的配置文件：

#
sysname SwitchD
#
vlan batch 2 to 20
#
stp bpdu-protection
#
stp region-configuration
 region-name RG1
 instance 1 vlan 2 to 10
 instance 2 vlan 11 to 20
 active region-configuration
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 11
 stp edged-port enable 
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
 stp instance 1 cost 20000
#
interface GigabitEthernet0/0/3
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 20
#
return

注意： active region-configuration 激活实例，如果没有这条命令则在mstp实例下的配置不生效。

我们在接入交换机CD处配置了bpdu保护，在连接pc处做了边缘端口

在交换AB连接CD接口做了根保护

使用此命令查看各个端口的状态：

display stp interface brief