MSTP详解

9.6 理解MSTP

前面介绍的STP和RSTP都是针对单一生成树实例进行应用的。由于单生成树实例是每个实例对应一个VLAN，这样一来不仅生成树实例可能会非常多，难以管理，还没有一个容错机制，容易出现单点失效。

按照PVST、PVST+等协议的规则，就应该每个VLAN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个VLAN的网络来说，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。为了解决这一问题，Cisco 就开发新的生成树技术--MST。

MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）就是对网络中众多的VLAN进行分组，一些VLAN分到一个组里，另外一些VLAN分到另外一个组里。这里的"组"就是后面讲的MST实例（Instance）。每个实例一个生成树，BPDU是只对实例进行发送的，这样就可以既达到了负载均衡，又没有浪费带宽，因为不是每个VLAN一个生成树，这样所发送的BPDU数量明显减少了。

9.6.1 MST概述

【注意】并不是所有的Cisco以太网交换机都支持MSTP，如运行Cisco IOS 12.1（14）EA1以前版本的Catalyst 3750、Catalyst 2950等早期系列交换机就不支持MST。

MSTP对应的标准是IEEE 802.1S。MSTP把IEEE 802.1W标准中的RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）算法扩展到多生成树，在为多VLAN环境提供了快速收敛的同时也实现了负载均衡的功能。MST比PVST+（对应 IEEE 802.1D标准）收敛快，并且和802.1D、802.1W生成树，以及PVST+结构兼容。

MSTP允许通过中继来构建多个生成树，可以组合和关联多个VLAN到生成树实例（Spanning Tree Instance，SPI）。每个实例可以有一个独立于其他生成树实例的拓扑结构。这种新的架构为数据通信和负载均衡提供了多个转发路径。也提供了网络容错机制，因为一个实例（也就是一个转发路径）的失效不会影响其他实例。

在大型的网络中，你可以轻易地管理网络，并且通过定位于不同VLAN的冗余路径使用冗余路径，为网络中的不同部分分配生成树实例。生成树实例仅可以在兼容VLAN实例的网桥设备中存在。你必须为网络中的网桥设备配置相同的MST配置信息，以使它们参与到指定的的生成树实例中。具有相同MST配置，相互连接的网桥是指MST区域。

MSTP具有如下特性：

（1）MSTP运行的生成树变量称之为IST（Internal Spanning Tree，内部生成树）。

IST通过添加MST区域中的内部信息而增加了CST（Common Spanning Tree，公共生成树）信息。MST表现为一个单一网桥到邻接的单生成树（Single Spanning Tree，SST）和MST区域。有关IST、CIST、CST的关系将在后面小节中介绍。

（2）一个运行MSTP的网桥会按照以下方式提供与单生成树桥的互操作性：

MST网桥运行IST，IST用有关MST区域的内部信息来增加CST的信息。

膨胀螺栓

IST连接区域中的所有MST网桥，并且是表现为包括整个桥接域的CST中的一个子树。MST区域表现为与邻接的SST网桥和MST区域的虚拟桥接。

CIST（Common and Internal Spanning Tree，公共和内部生成树）是每个MST区域中的内部生成树（IST）、互连MST区域的CST和SST桥接的集合。STP、RSTP和MSTP共同选举一个单独网桥来做为CIST的根网桥。

（3）MSTP在每个MST区域内部建立和维护额外的生成树。

这些生成树就是指MST实例（MST Instance，MSTI）。IST的实例号为0，MSTI的实例号为1、2、3等。任何MSTI都是位于MST区域内部，与另一个MST区域的 MSTI无关，即使这两个MST区域是相互连接的MSTI的生成树信息包含在MSTP记录（M-record）中。MSTP记录总是封装在MST的 BPDU中。由MSTP计算的原始生成树叫做M树（M-tree），M树只在MST区域内部活跃。M树和位于MST区域边界IST合并形成CST。

（4）通过为非CST VLAN产生的PVST+ BPDU，MST提供与PVST+的互操作性。

（5）MST支持PVST+的以下一些扩展：

在MST模式中UplinkFast和BackboneFast特性无效，但在RSTP中支持这些特性。

支持PortFast特性。

在MST模式中支持BPDU过滤（BPDUFilter）和BPDU保护（BPDU Guard）。

在MST模式中支持环路保护（Loop Guard）和根保护（Root Guard）特性。

对于私有VLAN（Private VLAN），从VLAN必须和主VLAN映射到同一个实例。

MSTP常应用于骨干和分布式的二层交换网络中。这种部署在服务提供商环境中提供了一种高可用性。MSTP通过消除802.1D协议中的转发延时，快速转变根网桥端口和指定端口成为转发状态的这种内在握手机制来加快生成树的收敛。

MSTP改善了生成树操作，并保持与以下STP版本兼容：

以前的802.1D生成树

现存的Cisco专用的MISTP（Multiple Instance STP，多实例生成树协议）

现存的增强型Cisco每VLAN生成树协议（PVST+）

增强型快速每VLAN生成树（Rapid-PVST+）

【说明】在MST中涉及许多术语，如MST区域、IST、CIST、CST、MSTI等。理解并区分这些术语对于理解MST工作原理非常重要。所以下面分别对以上这些术语进行具体解释。

9.6.2 MST区域

为了使交换机参与MST实例，必须在交换机中始终配置相同的MST配置信息。相同MST配置的互联交换机包含一个MST区域（MST region），如图9-17所示。

MST配置控制每个交换机属于哪个MST区域。其配置包括区域名称、版本号和MST VLAN到实例的分配映射。

一个区域有一个或多个具有相同MST配置的成员，每个成员都必须能处理RSTP BPDU。一个网络的MST区域中的成员数是没有限制的，但是每个区域最多只支持65个生成树实例（是在IOS 12.25XH及以上版本时），也就是说最多有65个VLAN组。实例可以由一个0～4094范围中的任一数字标识。你可以分配一个VLAN在同一时刻仅属于一个生成树实例中。

要形成一个MST区域，网桥可以是以下任意一种情形：

一个MST网桥仅是一个MST区域成员。

通过一个局域网互联MST网桥。一个局域网中的"指定网桥"具有与MST网桥相同的MST配置。局域网中的所有网桥都可以处理MST BPDU。

如果你连接两个具有不同MST配置的MST区域，MST区域进行如下操作：

通过网络中的冗余路径提供负载均衡。如果两个MST区域是冗余连接的，但在同一时刻，在网络MST区域中的所有通信流都在单一连接上传输。

提供RSTP握手，以启用在MST区域间的快速收敛。但是这种握手机制不及两个网桥间的收敛速度快。为了阻止环路，所有区域中的网桥必须统一与其他区域中的连接，这样就可以减少延时。不建议分割网络为多个区域。

1．边界端口

一个边界端口（Boundary Port）就是连接一个局域网、一个SST网桥，或者一个不同MST区域中的一个"指定网桥"的端口。如果检测到一个STP网桥，或者接收到一个来自一个 RST或者具有不同配置的MST网桥上的同意消息，则可识别该端口为"指定端口"。

在边界端口中，与MST端口角无关。它们的状态强制与IST端口状态一致。如果端口设置了边界标记，MSTP端口角选择一种方法为边界分配端口角，并且分配与IST端口相同的状态。在边界中的IST端口可以是除了备份端口角外的任何角。

在Cisco预标准中，一个边界端口是连接一个MST区域到以下这些STP区域之一：

一个运行RSTP的单生成树区域

一个运行PVST+或者PVST+的单生成树区域

另一个具有不同MST配置的MST区域

一个边缘端口也可以连接一个局域网，指定的交换机可以是一个单生成树交换机，或者是一个具有不同MST配置的交换机。

在802.1S标准中没有定义边界端口。802.1Q-2002标准定义了一个端口可以接收的两种消息类型：内部消息（来自同一个区域中的消息）和外部消息。当是外部消息时，仅可以由CIST接收。如果这个CIST角或根或者交替交换机，或者外部BPDU是拓扑结构改变消息，则可能会在MST实例中出现冲突。当是内部消息时，属于CIST部分的则由CIST接收，每个MST实例接收它自己的M记录（M-record）。

2．IST主

这是IEEE 802.1S预标准中的概念。注意：在最后的版本中是没有"IST主"这个说法的。在最后版本中，是以"CIST区域根"替代的。

一个MST区域的IST主是具有最低网桥ID和具有到达CST根网桥的最低路径开销的网桥。如果MST网桥是CST根网桥，则就是MST区域的 IST主。如果CST根网桥在MST区域外部，则位于边界的一个MST网桥被选举为IST主。其他位于边界的网桥属于同一个区域，以阻止这些指向CST根网桥的边界端口的通信。

如果区域边界中的两个或多个网桥具有相同的路径到达CST根网桥，可以设置一个更低网桥优先级值的网桥作为IST主。

9.6.3 IST、CST和CIST

本节将介绍的IST、CIST和CST这几个术语。

1．IST、CST和CIST概述

与其他生成树协议中所有生成树实例都是独立的不同，MST建立和维护如IST、CST和警校毕业论文CIST这样既有独立性一面，又可以有相互关联的多种生成树实例。

IST（传送带设计Internal Spanning Tree，内部生成树）是MST区域中的一个生成树实例。在每个MST区域内部，MST维护着多个生成树实例。实例0是一个特殊的实例（其实可以与 VLAN 1类比，VLAN 1是交换机默认的管理VLAN，也是交换机默认的本地VLAN），那就是此处所说的IST。所有其他MST实例号只能在1～东海小哨兵4094之间，也可以把IST 看成是每个MST区域的外在表现。默认情况下，所有VLAN是分配到IST实例中的。