MSTP(multiple spanning tree protocol)关键知识点整理完整版

一、MSTP产生的背景

(1)STP、RSTP存在的不足

STP不能快速迁移，即使是在点对点链路或边缘端口（边缘端口指的是该端口直接与用户终端相连，而没有连接到其它设备或共享网段上），也必须等待2倍的Forward Delay的时间延迟，端口才能迁移到转发状态。
RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）是STP协议的优化版。其“快速”体现在，当一个端口被选为根端口和指定端口后，其进入转发状态的延时在某种条件下大大缩短，从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间。
RSTP可以快速收敛，但是和STP一样存在以下缺陷：局域网内所有网桥共享一棵生成树，不能按VLAN阻塞冗余链路，所有VLAN的报文都沿着一棵生成树进行转发。

(2)MSTP的特点

MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）可以弥补STP和RSTP的缺陷，它既可以快速收敛，也能使不同VLAN的流量沿各自的路径转发，从而为冗余链路提供了更好的负载分担机制。
MSTP的特点如下：
MSTP设置VLAN映射表（即VLAN和生成树的对应关系表），把VLAN和生成树联系起来。通过增加“实例”（将多个VLAN整合到一个集合中）这个概念，将多个VLAN捆绑到一个实例中，以节省通信开销和资源占用率。

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将环路网络修剪成为一个无环的树型网络，避免报文在环路网络中的增生和无限循环，同时还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数据的负载分担。

MSTP兼容STP和RSTP。

二、MSTP的基本概念

(1) MST域，多生成树

MST域（Multiple Spanning Tree Regions，多生成树域）是由交换网络中的多台设备以及它们之间的网段所构成。这些设备具有下列特点：
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；
这些设备之间在物理上有链路连通。
域内所有设备都有相同的MST域配置：
域名相同；
VLAN与生成树实例的映射关系相同（VLAN 1映射到生成树实例1，VLAN 2映射到生成树实例2，其余VLAN映射到CIST。其中，CIST即指生成树实例0）；
相同的MSTP修订级别（此配置在图中没有体现）。
一个交换网络可以存在多个MST域。用户可以通过MSTP配置命令把多台设备划分在同一个MST域内。

(2) VLAN映射表

VLAN映射表是MST域的一个属性，用来描述VLAN和生成树实例的映射关系。

例如图1中，域A0的VLAN映射表就是：VLAN 1映射到生成树实例1，VLAN 2映射到生成树实例2，其余VLAN映射到CIST。MSTP就是根据VLAN映射表来实现负载分担的。

(3) IST，内部生成树

IST（Internal Spanning Tree，内部生成树）是MST域内的一棵生成树。
IST和CST（Common Spanning Tree，公共生成树）共同构成整个交换网络的生成树CIST（Common and Internal Spanning Tree，公共和内部生成树）。IST是CIST在MST域内的片段。
例如图1中CIST在每个MST域内都有一个片段，这个片段就是各个域内的IST。

(4)CST，MST域生成树

CST是连接交换网络内所有MST域的单生成树。如果把每个MST域看作是一个“设备”，CST就是这些“设备”通过STP协议、RSTP协议计算生成的一棵生成树。
例如图1中红色线条描绘的就是CST。

(5)CIST，网络生成树

CIST是连接一个交换网络内所有设备的单生成树，由IST和CST共同构成。
例如图1中，每个MST域内的IST加上MST域间的CST就构成整个网络的CIST。

(6) MSTI，MST域内子生成树

一个MST域内可以通过MSTP生成多棵生成树，各棵生成树之间彼此独立。每棵生成树都称为一个MSTI（Multiple Spanning Tree Instance，多生成树实例）。
例如图1中，每个域内可以存在多棵生成树，每棵生成树和相应的VLAN对应。这些生成树就被称为MSTI。

(7)域根

MST域内IST和MSTI的根桥就是域根。MST域内各棵生成树的拓扑不同，域根也可能不同。
例如图1中，区域D0中，生成树实例1的域根为设备B，生成树实例2的域根为设备C。

(8)总根

总根（Common Root Bridge）是指CIST的根桥。
例如图1中，总根为区域A0内的某台设备。

(9)域边界端口

域边界端口是指位于MST域的边缘，用于连接不同MST域、MST域和运行STP的区域、MST域和运行RSTP的区域的端口。
在进行MSTP计算的时候，域边界端口在MST实例上的角色和CIST的角色保持一致，即如果域边界端口在CIST上的角色是Master端口，则它在域内所有MST实例上的角色也是Master端口。例如图1中，如果区域A0的一台设备和区域D0的一台设备的第一个端口相连，整个交换网络的总根位于A0内，则区域D0中这台设备上的第一个端口就是区域D0的域边界端口。

(10) 端口角色

在MSTP的计算过程中，端口角色主要有根端口、指定端口、Master端口、Alternate端口、Backup端口等。
根端口：负责向根桥方向转发数据的端口。
指定端口：负责向下游网段或设备转发数据的端口。
Master端口：连接MST域到总根的端口，位于整个域到总根的最短路径上。从CST上看，Master端口就是域的“根端口”（把域看作是一个节点）。Master端口在IST/CIST上的角色是根端口，在其它各个实例上的角色都是Master端口。
Alternate端口：根端口和Master端口的备份端口。当根端口或Master端口被阻塞后，Alternate端口将成为新的根端口或Master端口。
Backup端口：指定端口的备份端口。当指定端口被阻塞后，Backup端口就会快速转换为新的指定端口，并无时延的转发数据。当开启了MSTP的同一台设备的两个端口互相连接时就存在一个环路，此时设备会将其中一个端口阻塞，Backup端口是被阻塞的那个端口。
端口在不同的生成树实例中可以担任不同的角色。

三、MSTP的基本原理

MSTP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，其它的多生成树实例为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。

(1)CIST生成树的计算

通过比较配置消息后，在整个网络中选择一个优先级最高的设备作为CIST的根桥。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，通过计算在域间生成CST。CST和IST构成了整个网络的CIST。

(2) 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，请参见“STP的基本原理”。
MSTP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。