MSTP协议原理与配置

前言： RSTP在STP的基础上进行了改进，加快了网络收敛的速度，但RSTP的很大缺点在于：局域网中所有的VLAN都共享这一棵生成树，因此被阻塞后链路将不再承载任何流量，无法在VLAN之间实现数据的负载均衡。因此，在IEEE802.1s中提出了多区域生成数协议（MSTP）来解决该问题。在华为设备中，默认情况下的STP模式为MSTP。

单生成树的弊端
部分VLAN路径不通

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_上行链路


如图所示，网络中有SWA、SWB、SWC三台交换机。配置VLAN2通过两条上行链路，配置VLAN3只通过一条上行链路。

为了解决VLAN2的环路问题，需要运行生成树。在运行单个生成树的情况下，假设SWC与SWB相连的端口成为预备端口（Discarding状态），那么VLAN3的路径就会被断开，无法上行到SWB。

实验验证

实验拓扑如下（注：为了试验效果，以下的交换机运行的STP模式为RSTP）：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_数据_02


查看SWC上的端口情况

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_MSTP协议实现负载均衡_03

在SWC上的配置如下：

[SWC]vlan batch 2 3
[SWC-GigabitEthernet0/0/3]port link-type access 
[SWC-GigabitEthernet0/0/3]port default vlan 2
[SWC-GigabitEthernet0/0/4]port link-type access 
[SWC-GigabitEthernet0/0/4]port default vlan 3
[SWC-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk 
[SWC-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 2
[SWC-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk 
[SWC-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 2 3

在SWB上的配置如下：

[SWB]vlan batch 2 3
[SWB-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk 
[SWB-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 2 3
[SWB-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk 
[SWB-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 2 3
[SWB-GigabitEthernet0/0/4]port link-type access 
[SWB-GigabitEthernet0/0/4]port default vlan 2
[SWB-GigabitEthernet0/0/5]port link-type access 
[SWB-GigabitEthernet0/0/5]port default vlan 3

使用PC1去ping PC3的结果如下所示：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_MSTP协议实现负载均衡_04


使用PC2 去ping PC5的结果如下所示：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_上行链路_05


可见，VLAN 3的路径不通

对于以上问题的解决方法有两种：

  2. 修改SWC上的配置，将GE0/0/2接口改成允许VLAN 2 3 通过，如下所示

    3. MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_生成树_06

  3. 将交换机的STP 模式配置为MSTP

对于上述第一种解决方法，固然可以有效解决，但是如果连接到
SWB的端口成为预备端口（Alternate Port）并处于Discarding状态，则VLAN2和VLAN3的数据都只能通过一条上行链路上行到SWA，这样就不能实现流量分担。

MSTP的基本原理
多生成树实例

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_数据_07

MST域是多生成树域（Multiple Spanning Tree Region），由交换网络中的多台交换设备以及它们之间的网段所构成。

  • 一个MST域内可以生成多棵生成树，每棵生成树都称为一个MSTI，每个MSTI都使用单独的RSTP算法，计算单独的生成树。
  • 每个MSTI（MST Instance）都有一个标识（MSTID），MSTID是一个两字节的整数。VRP平台支持16个MST Instance，MSTID取值范围是0～15，默认所有VLAN映射到MST Instance 0。
  • VLAN映射表是MST域的属性，它描述了VLAN和MSTI之间的映射关系，MSTI可以与一个或多个VLAN对应，但一个VLAN只能与一个MSTI对应。
  • MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的各个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。
MSTP实例配置

配置思路：

  1. 进入MST域视图
  2. 配置MST域名
  3. 配置VLAN映射表
  4. 激活MST域的配置

以上图中的SWC为例，具体配置如下：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_数据_08

查看配置情况：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_上行链路_09


这时再用PC2的数据包就可以发送到PC5上了，用PC2去ping PC5，结果如下：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_数据_10


抓包情况如下：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_数据_11


现在对每个生成树实例进行查看

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_数据_12


（从图中可以看到，SWC上有三个接口允许通过VLAN 2，两个接口允许通过VLAN 3，所以instance 1有三个接口，instance 2 有两个接口，实例之间相互独立，互不影响）

假如将SWC的stp模式改为rstp，其他的交换机不变会怎么样？

我们将SWC在instance 1 的优先级改成0，

[SWC]stp instance 1 priority 0

看会不会影响根桥的选举，结果如下：

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_MSTP协议实现负载均衡_13


可见，SWA仍然为根桥，并没有受到影响。

这时，我们将SWC的stp模式改为MSTP，再同样的修改SWC在instance 1 的优先级为0，再次观察SWA上的端口情况

MSTP协议实现负载均衡 mstp协议原理_MSTP协议实现负载均衡_14


可见，这时SWA已经变成了非根桥。

说明只有支持MSTP的设备才能正常参与生成树实例的根桥选举。