生成树【03】MSTP详解及MSTP配置实例
为什么要用MSTP
在前面讲解了STP和ＲＳＴＰ的工作原理以及他们之间的关系与区别。但是不管是STP还是RSTP，在网络中进行生成树计算的时候都没有考虑到VLAN的情况。它们都是对单一生成树实例进行应用的。也就是说，在ＳＴＰ和ＲＳＴＰ中所有的ＶＬＡＮ都共享相同的生成树。
为了解决这一个问题，思科提出了第二代生成树－－－ＰＶＳＴ、PVST+。按照PVST协议规定，每一个VLAN都有一个生成树，而且是每隔2秒就会发送一个BPDU，这对于一个有着上千万个VLAN网络来说，一方面这么多生成树维护起来比较困难，另一方面，为每个VLAN每隔2秒就发送一个BPDU，交换机也是难以承受的。
为了解决PVST带来的困难，思科又提出了第三代生成树----MST（MSTP）多生成树协议。MSTP可以对网络中众多的VLAN进行分组，把VLAN分到组里。这里的组就是后面讲的MST实例（Instance）。每个实例一个生成树，BPDU只对实例进行发送。这样就达到了负载均衡。
总结一下：
第一代：STP和RSTP：没有考虑ＶＬＡＮ的情况，所有的ＶＬＡＮ都共享相同的生成树。
第二代：ＰＶＳＴ、PVST+： 每一个VLAN一个生成树。
第三代： MSTP： 将多个VLAN分到组里面。每个组共享一个生成树。
MSTP概述
MSTP 多生成树协议 又是802.1s 标准。
MSTP在继承了第一代生成树RSTP的优点（快速收敛）的基础上也实现了负载均衡的功能，而且它比PVST的收敛还要快，并且和STP、RSTP、PVST都是完全兼容的。可谓是功能齐全的现代生成树。
MSTP在计算生成树的过程中，会为每个VLAN或每组VLAN计算一个生成树。一个组也就是一个实例，一个实例（也就是一个转发路径）的失效是不会影响其他实例的。
MSTP区域与实例
为了让一个或多个Vlan运行一个生成树，需要对网络中的VLAN交换机进行实例的划分，也就是将一个或者多个VLAN映射到一个MST实例（MST Instance）中，也就是划分到一个组中，然后在这个实例中运行一个生成树。那么在一个MST实例中将会有不同的多个VLAN，具有相同MST实例映射规则或配置的交换机组成了一个MST区域（region）。
同一个MST区域中的VLAN都应该有相同的三种属性：
| 1. MST配置名称（Name） 2. MST修正号（Resvison number） 3. Vlan到MST实例的映射： 在每台交换机里，最多建64个MST实例，编号从1-64，Instance 0是强制存在的。在交换机上可以通过配置将Vlan和不同的Instance进行映射，没有被映射到MST实例的Vlan默认属于Instance 0.实际上，在配置映射关系之前，交换机上所有的Vlan都属于Instance 0. |
如下图所示：交换机A、C在区域A中。区域A中有4个VLAN，VLAN1、2在实例1中，VLAN3、4在实例2中。
在每个区域中，MSTP都将为每个MST实例进行独立的生成树运行。即：实例1（Instance1）将运行一个生成树。实例2（Instance2）将运行另一个生成树。
MSTP术语
在每个区域中，MSTP都将为每个MST实例进行独立的生成树运行。因为这个特点，在MSTP网络中会有很多的生成树，包括了MSTI生成树、IST、CISI和CST。
如上图所示：在区域A中，实例1和实例2各自运行一本实例的生成树，成为MSTI生成树。
在整个区域A中所有的交换机运行一个生成树，成为IST生成树
在整个交换机组成的网络中，区域A和区域B各自被视为一个网桥。在这些网桥间运行的生成树被称为CST。
CST是整个网络中IST、CST、以及802.1d网桥的集合。
MSTP配置实例
【案例描述】
某企业网络管理员认识到，传统的生成树协议(STP)是基于整个交换网络产生一个树形拓扑结构，所有的VLANs都共享一个生成树，这种结构不能进行网络流量的负载均衡，使得有些交换设备比较繁忙，而另一些交换设备又很空闲，为了克服这个问题，他决定采用基于VLAN的多生成树协议MSTP，现要在交换机上做适当配置来完成这一任务。
本实验采用4台交换机设备，PC1和PC3在Vlan 10中，IP地址分别为172.16.1.10/24和172.16.1.30/24，PC2在Vlan 20中，PC4在Vlan 40中。
【实现功能】
在实现网络冗余和可靠性的同时实现负载均衡。
【实验拓扑】
【实验步骤】
以下实验并没有实现PC机之间的通信，如果要实现，读者可以自己在三层设备中加入IP。
- 第一步：配置接入层交换机S2126-A
- S2126-A (config)#spanning-tree ！开启生成树
- S2126-A (config)#spanning-tree mode mstp ！配置生成树模式为MSTP
- S2126-A(config)#vlan 10 !创建Vlan 10
- S2126-A(config)#vlan 20 !创建Vlan 20
- S2126-A(config)#vlan 40 !创建Vlan 40
- S2126-A(config)#interface fastethernet 0/1
- S2126-A(config-if)#switchport access vlan 10 !分配端口F0/1给Vlan 10
- S2126-A(config)#interface fastethernet 0/2
- S2126-A(config-if)#switchport access vlan 20 !分配端口F0/2给Vlan 20
- S2126-A(config)#interface fastethernet 0/23
- S2126-A(config-if)#switchport mode trunk !定义F0/23为trunk端口
- S2126-A(config)#interface fastethernet 0/24
- S2126-A(config-if)#switchport mode trunk !定义F0/24为trunk端口
- S2126-A(config)#spanning-tree mst configuration ! 进入MSTP配置模式
- S2126-A(config-mst)#instance 1 vlan 10 ！配置instance 1（实例1）并关联10
- S2126-A(config-mst)#instance 2 vlan 20,40 ！配置实例2并关联Vlan 20和40
- S2126-A(config-mst)#name region1 ！配置域名称
- S2126-A(config-mst)#revision 1 ！配置版本（修订号）
验证测试：验证MSTP配置
- S2126-A#show spanning-tree mst configuration ！ 显示MSTP全局配置
- Multi spanning tree protocol : Enabled
- Name : region1
- Revision : 1
- Instance Vlans Mapped
- -------- ------------------------------------------------------------
- 0 2-9,11-19,21- 39,41- 4094
- 1 10
- 2 20,40
- 第二步：配置接入层交换机S2126-B
- S2126-B (config)#spanning-tree ！开启生成树
- S2126-B (config)#spanning-tree mode mstp ！采用MSTP生成树模式
- S2126-B(config)#vlan 10 !创建Vlan 10
- S2126-B(config)#vlan 20 !创建Vlan 20
- S2126-B(config)#vlan 40 !创建Vlan 40
- S2126-B(config)#interface fastethernet 0/1
- S2126-B(config-if)#switchport access vlan 10 !分配端口F0/1给Vlan 10
- S2126-B(config)#interface fastethernet 0/2
- S2126-B(config-if)#switchport access vlan 40 !分配端口F0/2给Vlan 40
- S2126-B(config)#interface fastethernet 0/23
- S2126-B(config-if)#switchport mode trunk !定义F0/23为trunk端口
- S2126-B(config)#interface fastethernet 0/24
- S2126-B(config-if)#switchport mode trunk !定义F0/24为trunk端口
- S2126-B(config)#spanning-tree mst configuration ! 进入MSTP配置模式
- S2126-B(config-mst)#instance 1 vlan 10 ！配置instance 1（实例1）并关联10
- S2126-B(config-mst)#instance 2 vlan 20,40 ！配置实例2并关联Vlan 20和40
- S2126-B(config-mst)#name region1 ！配置域名称
- S2126-B(config-mst)#revision 1 ！配置版本（修订号）
验证测试：验证MSTP配置
- S2126-B#show spanning-tree mst configuration
- Multi spanning tree protocol : Enabled
- Name : region1
- Revision : 1
- Instance Vlans Mapped
- -------- ------------------------------------------------------------
- 0 2-9,11-19,21-39,41-4094
- 1 10
- 2 20,40
- 第三步：配置分布层交换机S3550-A
- S3550-A(config)#spanning-tree ！开启生成树
- S3550-A (config)#spanning-tree mode mstp ！采用MSTP生成树模式
- S3550-A(config)#vlan 10
- S3550-A(config)#vlan 20
- S3550-A(config)#vlan 40
- S3550-A(config)#interface fastethernet 0/1
- S3550-A(config-if)#switchport mode trunk !定义F0/1为trunk端口
- S3550-A(config)#interface fastethernet 0/23
- S3550-A(config-if)#switchport mode trunk !定义F0/23为trunk端口
- S3550-A(config)#interface fastethernet 0/24
- S3550-A(config-if)#switchport mode trunk !定义F0/24为trunk端口
- S3550-A (config)#spanning-tree mst 1 priority 4096 ！配置交换机S3550-A在instance 1中的优先级为4096 ，缺省是32768，值越小越优先成为该instance中的root switch
- S3550-A (config)#spanning-tree mst configuration ! 进入MSTP配置模式
- S3550-A (config-mst)#instance 1 vlan 10 ! 配置实例1并关联Vlan 10
- S3550-A (config-mst)#instance 2 vlan 20,40 ! 配置实例2并关联Vlan 20和40
- S3550-A (config-mst)#name region1 ! 配置域名为region1
- S3550-A (config-mst)#revision 1 ! 配置版本（修订号）
验证测试：验证MSTP配置
- S3550-A#show spanning-tree mst configuration
- Multi spanning tree protocol : Enabled
- Name : region1
- Revision : 1
- Instance Vlans Mapped
- -------- ------------------------------------------------------------
- 0 2-9,11-19,21-39,41-4094
- 1 10
- 2 20,40
- 第四步：配置分布层交换机S3550-B
- S3550-B(config)#spanning-tree ！开启生成树
- S3550-B (config)#spanning-tree mode mstp ！采用MSTP生成树模式
- S3550-B(config)#vlan 10
- S3550-B(config)#vlan 20
- S3550-B(config)#vlan 40
- S3550-B(config)#interface fastethernet 0/1
- S3550-B(config-if)#switchport mode trunk ! 定义F0/1为trunk端口
- S3550-B(config)#interface fastethernet 0/23
- S3550-B(config-if)#switchport mode trunk ! 定义F0/23为trunk端口
- S3550-B(config)#interface fastethernet 0/24
- S3550-B(config-if)#switchport mode trunk ! 定义F0/24为trunk端口
- S3550-B (config)#spanning-tree mst 2 priority 4096 ！配置交换机S3550-B在instance 2（实例2） 中的优先级为4096 ，缺省是32768，值越小越优先成为该region (域)中的root switch
- S3550-B (config)#spanning-tree mst configuration ! 进入MSTP配置模式
- S3550-B (config-mst)#instance 1 vlan 10 ! 配置实例1并关联Vlan 10
- S3550-B (config-mst)#instance 2 vlan 20,40 ! 配置实例2并关联Vlan 20和40
- S3550-B (config-mst)#name region1 ! 配置域名为region1
- S3550-B (config-mst)#revision 1 ! 配置版本（修订号）
验证测试：验证MSTP配置
- S3550-B#show spanning-tree mst configuration
- Multi spanning tree protocol : Enabled
- Name : region1
- Revision : 1
- Instance Vlans Mapped
- -------- ------------------------------------------------------------
- 0 2-9,11-19,21-39,41-4094
- 1 10
- 2 20,40
- 第五步：验证交换机配置
- S3550-A#show spanning-tree mst 1 ！显示交换机S3550-A上实例1的特性
- ###### MST 1 vlans mapped : 10
- BridgeAddr : 00d0.f8ff.4e3f ！交换机S3550-A的MAC地址
- Priority : 4096 ! 优先级
- TimeSinceTopologyChange : 0d:7h:21m:17s
- TopologyChanges : 0
- DesignatedRoot : 100100D0F8FF4E3F ！后12位是MAC地址，此处显示是S3550-A自身的MAC，这说明S3550-A是实例1 (instance 1)的生成树的根交换机
- RootCost : 0
- RootPort : 0
- S3550-B#show spanning-tree mst 2 ！显示交换机S3550-B上实例2的特性
- ###### MST 2 vlans mapped : 20,40
- BridgeAddr : 00d0.f8ff.4662
- Priority : 4096
- TimeSinceTopologyChange : 0d:7h:31m:0s
- TopologyChanges : 0
- DesignatedRoot : 100200D0F8FF4662 ! S3550-B是实例2 (instance 2)的生成树的根交换机
- RootCost : 0
- RootPort : 0
- S2126-A#show spanning-tree mst 1 ！显示交换机S2126-A上实例1的特性
- ###### MST 1 vlans mapped : 10
- BridgeAddr : 00d0.f8fe.1e49
- Priority : 32768
- TimeSinceTopologyChange : 7d:3h:19m:31s
- TopologyChanges : 0
- DesignatedRoot : 100100D0F8FF4E3F ! 实例1的生成树的根交换机是S3550-A
- RootCost : 200000
- RootPort : Fa0/23 ！对实例1而言，S2126-A的根端口是Fa0/23
- S2126-A#show spanning-tree mst 2 ！显示交换机S2126-A上实例2的特性
- ###### MST 2 vlans mapped : 20,40
- BridgeAddr : 00d0.f8fe.1e49
- Priority : 32768
- TimeSinceTopologyChange : 7d:3h:19m:31s
- TopologyChanges : 0
- DesignatedRoot : 100200D0F8FF4662 ! 实例2的生成树的根交换机是S3550-B
- RootCost : 200000
- RootPort : Fa0/24 ！对实例2而言，S2126-A的根端口是Fa0/24