STP/RSTP/MSTP经典分析与对比

 一． 生成树相关的几个概念STP/RSTP/MSTP

STP：IEEE Std 802.1D-1998定义，不能快速迁移。即使是在点对点链路或边缘端口，也必须等待2倍的forward delay的时间延迟，网络才能收敛。

RSTP：IEEE Std 802.1w定义，可以快速收敛，却存在以下缺陷：
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。

MSTP可以弥补这样缺陷，它允许不同vlan的流量沿各自的路径分发，从而为冗余链路提供了更好的
负载分担机制。

MSTP：Multiple Spanning Tree Protocol多生成树协议
在规范IEEE Std 802.1s中第13节描述。MSTP算法通过应用MSTP、STP或RSTP的桥任意互连的桥接网络，为分配给任一个特定VLAN的帧提供了简单而完备的连通性。MSTP允许不同VLAN的数据从各自的路径分发。各条路径建立在由LAN和MST桥组成的MST域中的各个独立的多生成树实例的基础上。

二．生成树相关的负载分担 STP/RSTP/MSTP

 

1、STP（Spanning-Tree Protocol）

STP协议生来就是为了冗余而存在的，单纯树型的网络无法提供足够的可靠性，由此我们引入了额外的链路，这才出现了环路这样的问题。但单纯是标准的802.1D STP协议并不能实现真正的冗余与负载分担。

 

STP为IEEE 802.1D标准，它内部只有一棵STP tree，因此必然有一条链路要被blocking，不会转发数据，只有另外一条链路出现问题时，这条被blocking的链路才会接替之前链路所承担的职责，做数据的转发。无论怎样，总会有一条链路处于不被使用的状态，冗余是有了，但是负载分担是不可想象的。

 

cisco对STP做了改进，它使得每个VLAN都运行一棵stp tree，这样第一条链路可以为vlan 1 2 3服务，对vlan 4 5 6 blocking，第二条链路可以为vlan 4 5 6 forwarding，对vlan 1 2 3关闭，无形中实现了链路的冗余，负载分担。这种技术被称之为PVST+

 

随着网络的发展，人们发现传统的STP协议无法满足主备快速切换的需求，因为STP协议将端口定义了5种状态，分别为：blocking listening learning forwarding disabling，想要从blocking切换至forwarding状态，必需要经过50秒的周期，这50秒我们只能被动地去等待。20秒的blocking状态下，如果没有检测到邻居发来的BPDU包，则进入listening，这时要做的是选举Root Bridge、Designate Port、Root Port，15秒后，进入learning，learning状态下可以学习MAC地址，为最后的forwarding做准备，同样是15秒，最后到达转发状态。这样的延时在现代网络环境下是让人极为难以忍受的。

 

2、RSTP（802.1w）的出现解决了延时的问题，它的收敛速度很快，当然CISCO也针对这种技术推出了自已的RPVST+技术。RSTP在STP基础上额外定义了两种port role（注意这里的概念，端口角色），分别是alternate与backup。另外重新规定了port state（端口状态），分别为discarding、Learning、Forwarding.

 

STP的一大失败之处在于混淆了port role与port state两种概念，在RSTP上，这样的问题不再存在了，port state与port role无关了。alternate port责任是为另一台交换机上的链路作备份，而backup port是为本交换机上的端口作备。

 

RSTP最重要的变化在于对BPDU中type字段的利用上，之前STP只使用了其中的两个位

 

7	6	5	4	3	2	1	0
TC	Proposal	Port-	role	learning	forwarding	Agreement	TCA

 

另外6个位中实现了很多的功能，包括不再需要去等待50秒的时间完成主备切换，直接利用proposal与agreement协商即可，这样大大缩短了收敛时间。

 

RSTP还定义了两个新的概念：edge port与link type，如果是edge port，表明下面接的只能是主机，环路的存在是不可能的，所以我们可以直接将其从discarding切换到forwarding状态，类似于STP中的port fast技术。而link type定义了这条链路是point-to-point的还是shared。如果有pt-pt环境下，我们就可以做快速的切换了

 

3、MSTP（802.1s）

STP和RSTP都采用了一棵STP tree，负载分担不可实现，而CISCO的PVST+与RPVST+采用了每个VLAN一棵生成树，虽然实现了负载分担，但是会占用非常多的CPU时间。这也正是MSTP（802.1s）产生的原因

 

MSTP可以将多个VLAN的生成树映射为一个实例，即vlan map to a instance，我们不需要那么多的生成树，只需要按照冗余链路的条数来得出需要几棵生成树。

 

如果只有两条链路，并且有1-1000个VLAN，我们可以将1-500定义为instance 1，将501-1000定义到instance 2。只生成两棵树1和2，同样实现了冗余与负载分担。

 

MSTP是基于RSTP的，没有RSTP，MSTP是无法运行的。

 

另：

PVST+ 与 RPVST+ 模式下：交换机可支持128个STP instance

MSTP模式下：交换机可支持65个MST instance，当然每个实例中的VLAN数目是无限的。