MSTP笔记_对于mstp设备来说,服务层路径是存在于网管侧的路径,而客户层路径是存在于网元侧的

RSTP/STP的不足

流量无法负载分担

背景：

• SW3为接入交换机连接终端网段，使用两条链路连接SW1和SW2，并且所有链路均允许VLAN2和VLAN3通过。
• 将SW1设为VLAN2内终端的网关，SW2设为VLAN3内终端的网关，并希望VLAN2和VLAN3内的终端分别使用不同的链路到相应的网关。

问题：

• 如果网络中只有一个生成树，假设SW3与SW2相连的端口为阻塞端口，则VLAN2和VLAN3的数据都只能通过一条链路到汇聚交换机，不能实现流量负载分担。

二层次优路径

背景：

• SW3为接入交换机连接终端网段，SW1和SW2为汇聚交换机。将SW1设为VLAN2内终端的网关，SW2设为VLAN3内终端的网关，并且所有链路均允许VLAN2和VLAN3通过。
• 运行单个生成树之后，环路被打破，VLAN2和VLAN3的数据都直接到SW1。

问题：

• 由于SW3与SW2间的链路被阻塞，VLAN3的数据到达网关的路径是次优的，最优的路径应当是由SW3直达SW2。

MSTP是什么？

• • MSTP是IEEE802.1S中定义的生成树协议，MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又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数据的负载均衡。
  • MSTP可以将一个或多个VLAN映射到一个Instance（实例），再基于Instance计算生成树，映射到同一个Instance的VLAN共享同一棵生成树。

MSTP网络层次

MSTRegion（多生成树域）

MSTP网络层次：

• 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。
• MSTRegion（MultipleSpanningTreeRegion，多生成树域），也可简称MST域：
  • 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。
  • 一个局域网可以存在多个MST域，各MST域之间在物理上直接或间接相连。用户可以通过MSTP配置命令把多台交换设备划分在同一个MST域内。
  • MSTP网络中包含1个或多个MST域，每个MST域中包含一个或多个多生成树实例。

MSTI（多生成树实例）

• • MSTI（MultipleSpanningTreeInstance，多生成树实例）：
    • 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。
    • MSTI使用InstanceID标识，华为设备取值为0~4094。
  • VLAN映射表
    • MST域的属性，描述了VLAN和MSTI之间的映射关系。
    • 如图所示的MSTRegion4的VLAN映射有：
      • VLAN1映射到MSTI1
      • VLAN2映射到MSTI2
      • 其余VLAN映射到MSTI3

CST（公共生成树）

CST（CommonSpanningTree，公共生成树）

• 是连接交换网络内所有MST域的一棵生成树。
• 如果把每个MST域看作是一个节点，CST就是这些节点通过生成树协议计算生成的一棵生成树。
• 如图深蓝色粗线条连接各个域构成CST。

IST（内部生成树）

IST（InternalSpanningTree，内部生成树）

• 是各MST域内的一棵生成树。
• IST是一个特殊的MSTI，MSTI的InstanceID为0。
• 如图所示的MSTRegion4，黑色细线条在域中连接该域的所有交换设备构成IST。

CIST（公共和内部生成树）

CIST（CommonandInternalSpanningTree，公共和内部生成树）

• 通过生成树协议计算生成的，连接一个交换网络内所有交换设备的单生成树。
• 如图所示，所有MST域的IST加上CST就构成一棵完整的生成树，即CIST。

SST（单生成树）

SST（SingleSpanningTree，单生成树）

• 运行生成树协议的交换设备只能属于一个生成树。
• MST域中只有一个交换设备，这个交换设备构成单生成树。
• 如图所示的MSTRegion3，该域中的唯一的交换设备构成SST。

总根、域根和主桥

总根（CISTRoot）

• 是CIST的根桥，如图中SW1。

域根（RegionalRoot）

• 分为IST域根和MSTI域根。
• IST域根，在MST域中IST生成树中距离总根最近的交换设备是IST域根，如图中SW2、SW3、SW4。
• MSTI域根是每个多生成树实例的树根。

主桥（MasterBridge）

• 是ISTMaster，它是域内距离总根最近的交换设备，如图中SW1、SW2、SW3、SW4。
• 如果总根在MST域中，则总根为该域的主桥。

MSTP网络层次总结

MSTP端口角色、状态

MSTP中定义的所有端口角色包括：

• 根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口、Master端口、域边缘端口和边缘端口。

Master端口：Master端口是MST域和总根相连的所有路径中最短路径上的端口，它是交换设备上连接MST域到总根的端口。

• Master端口是域中的报文去往总根的必经之路。
• Master端口是特殊域边缘端口，Master端口在CIST上的角色是RootPort，在其它各实例上的角色都是Master端口。

域边缘端口：域边缘端口是指位于MST域的边缘并连接其它MST域或SST的端口。

MSTP定义的端口状态与RSTP协议中定义相同：

• Forwarding状态：端口既转发用户流量，学习MAC地址，又接收/发送BPDU报文。
• Learning状态：过渡状态，端口接收/发送BPDU报文，不转发用户流量但是学习MAC地址。
• Discarding状态：端口只接收BPDU报文，不转发用户流量也不学习MAC地址。

MSTP报文（MSTBPDU）

• • MSTP使用MSTBPDU（MultipleSpanningTreeBridgeProtocolDataUnit，多生成树桥协议数据单元）作为生成树计算的依据。
  • MSTBPDU报文用来计算生成树的拓扑、维护网络拓扑以及传达拓扑变化记录。

MSTBPDU报文格式：

• • 无论是域内的MSTBPDU还是域间的，前36个字节和RSTBPDU相同。从第37个字节开始是MSTP专有字段。最后的MSTI配置信息字段由若干MSTI配置信息组连缀而成。
  • MSTBPDU中主要信息说明：
    • ProtocolIdentifier：2Byte，协议标识符。
    • ProtocolVersionIdentifier：1Byte，协议版本标识符，STP为0，RSTP为2，MSTP为3。
    • BPDUType：1Byte，BPDU类型：
      • 0x00：STP的ConfigurationBPDU
      • 0x80：STP的TCNBPDU（TopologyChangeNotificationBPDU）
      • 0x02：RSTBPDU（RapidSpanning-TreeBPDU）或者MSTBPDU（MultipleSpanning-TreeBPDU）
      • CISTFlags：1Byte，CIST标志字段。
      • CISTRootIdentifier：8Byte，CIST的总根交换设备ID。
      • CISTExternalPathCost：4Byte，CIST外部路径开销指从本交换设备所属的MST域到CIST根交换设备所属的MST域的累计路径开销。CIST外部路径开销根据链路带宽计算。
      • CISTRegionalRootIdentifier：8Byte，CIST的域根交换设备ID，即ISTMaster的ID。如果总根在这个域内，那么域根交换设备ID就是总根交换设备ID。
      • CISTPortIdentifier：2Byte，本端口在IST中的指定端口ID。
      • MessageAge：2Byte，BPDU报文的生存期。
      • MaxAge：2Byte，BPDU报文的最大生存期，超时则认为到根交换设备的链路故障。
      • HelloTime：2Byte，Hello定时器，缺省为2秒。
      • ForwardDelay：2Byte，ForwardDelay定时器，缺省为15秒。
      • Version1Length：1Byte，Version1BPDU的长度，值固定为0。
      • Version3Length：2Byte，Version3BPDU的长度。
      • MSTConfigurationIdentifier：51Byte，MST配置标识，表示MST域的标签信息，包含4个字段。
      • CISTInternalRootPathCost：4Byte，CIST内部路径开销指从本端口到ISTMaster交换设备的累计路径开销。CIST内部路径开销根据链路带宽计算。
      • CISTBridgeIdentifier：8Byte，CIST的指定交换设备ID。
      • CISTRemainingHops：1Byte，BPDU报文在CIST中的剩余跳数。
      • MSTIConfigurationMessages：16Byte，MSTI配置信息。每个MSTI的配置信息占16Byte，如果有n个MSTI就占用n×16Byte。

MSTP拓扑收敛过程

MSTP拓扑计算：

• • MSTP可以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，域内生成IST，CST和IST构成了整个交换设备网络的CIST。
  • 域内还可以基于实例计算生成多棵生成树，每棵生成树都被称为是一个MSTI。

CIST和MSTI都是根据优先级向量来计算的，这些优先级向量信息都包含在MSTBPDU中。各交换设备互相交换MSTBPDU来生成CIST和MSTI。

• • 参与CIST计算的优先级向量为：
    • {根交换设备ID，外部路径开销，域根ID，内部路径开销，指定交换设备ID，指定端口ID，接收端口ID}
  • 参与MSTI计算的优先级向量为：
    • {域根ID，内部路径开销，指定交换设备ID，指定端口ID，接收端口ID}
  • 注意：括号中的向量的优先级从左到右依次递减。

优先级向量说明：

• • 根交换设备ID：根交换设备ID用于选择CIST中的根交换设备。
    • 根交换设备ID=Priority(16bit)+MAC(48bit)。
    • 其中Priority为MSTI0的优先级。
  • 外部路径开销（ExternalRootPathCost，ERPC）：从CIST的域根到达总根的路径开销。
    • MST域内所有交换设备上保存的外部路径开销相同。
    • 若CIST根交换设备在域中，则域内所有交换设备上保存的外部路径开销为0。
  • 域根ID：域根ID用于选择MSTI中的域根。
    • 域根ID=Priority(16bit)+MAC(48bit)。
    • 其中Priority为MSTI0的优先级。
  • 内部路径开销（InternalRootPathCost，IRPC）：本桥到达域根的路径开销。
    • 域边缘端口保存的内部路径开销大于非域边缘端口保存的内部路径开销。
  • 指定交换设备ID：CIST或MSTI实例的指定交换设备是本桥通往域根的最邻近的上游桥。
    • 如果本桥就是总根或域根，则指定交换设备为自己。
  • 指定端口ID：指定交换设备上同本设备上根端口相连的端口。
    • PortID=Priority(4bit)+端口号（12bit）。
    • 端口优先级必须是16的整数倍。
  • 接收端口ID：接收到BPDU报文的端口。
    • PortID=Priority(4bit)+端口号（12bit）。
    • 端口优先级必须是16的整数倍。

优先级向量比较原则：

• • 同一向量比较，值最小的向量具有最高优先级。
  • 优先级向量比较原则如下
    • 首先，比较根交换设备ID。
    • 如果根交换设备ID相同，再比较外部路径开销。
    • 如果外部路径开销相同，再比较域根ID。
    • 如果域根ID仍然相同，再比较内部路径开销。
    • 如果内部路径仍然相同，再比较指定交换设备ID。
    • 如果指定交换设备ID仍然相同，再比较指定端口ID。
    • 如果指定端口ID还相同，再比较接收端口ID。

如果端口接收到的BPDU内包含的配置消息优于端口上保存的配置消息，则端口上原来保存的配置消息被新收到的配置消息替代。端口同时更新交换设备保存的全局配置消息。反之，新收到的BPDU被丢弃。

CIST计算：

• • 经过比较MSTBPDU消息后，在整个网络中选择一个优先级最高的交换设备作为CIST的树根，即总根。
  • 在每个MST域内，MSTP通过计算生成IST；同时MSTP将每个MST域作为单台交换设备对待，通过计算在MST域间生成CST。CST和IST构成了整个交换设备网络的CIST。

MSTI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。
  • MSTI的特点：
    • 每个MSTI独立计算自己的生成树，互不干扰。
    • 每个MSTI的生成树计算方法与STP基本相同。
    • 每个MSTI的生成树可以有不同的根，不同的拓扑。
    • 每个MSTI在自己的生成树内发送BPDU。
    • 每个MSTI的拓扑通过命令配置决定。
    • 每个端口在不同MSTI上的生成树参数可以不同。
    • 每个端口在不同MSTI上的角色、状态可以不同。
  • 根桥和备份根桥：可以通过计算来自动确定生成树的根桥，用户也可以手动配置设备为指定生成树的根桥或备份根桥。
    • 设备在各生成树中的角色互相独立，在作为一棵生成树的根桥或备份根桥的同时，也可以作为其它生成树的根桥或备份根桥；但在同一棵生成树中，一台设备不能既作为根桥，又作为备份根桥。
    • 在一棵生成树中，生效的根桥只有一个；当两台或两台以上的设备被指定为同一棵生成树的根桥时，系统将选择MAC地址最小的设备作为根桥。
    • 可以在每棵生成树中指定多个备份根桥。当根桥出现故障或被关机时，备份根桥可以取代根桥成为指定生成树的根桥；但此时若配置了新的根桥，则备份根桥将不会成为根桥。如果配置了多个备份根桥，则MAC地址最小的备份根桥将成为指定生成树的根桥。

MSTP网络数据转发：

在运行MSTP协议的网络中，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。

MSTP基本配置（华为）

MSTP基础配置命令

配置MST域并激活

MSTP的可选配置命令

相关命令的其他说明：

• • 命令：stpmodemstp
    • STP和MSTP不能互相识别报文，而MSTP和RSTP可以互相识别报文，所以若工作在MSTP工作模式下，交换设备会设置所有和运行STP的交换设备直接相连的端口工作在STP模式下，其他端口工作在MSTP模式下，实现运行不同生成树协议的设备之间的互通。
  • 命令：stpregion-configuration
    • 缺省情况下，MST域的三个参数均取缺省值。
  • 命令：region-namename
    • name：指定交换设备的MST域名。字符串形式，不支持空格，区分大小写，长度为1～32个字符。
  • 命令：instanceinstance-idvlan{vlan-id1[tovlan-id2]}
    • instance-id：指定生成树实例的编号。整数形式，取值范围是0～4094，取值为0表示的是CIST。
  • 命令：revision-levellevel
    • level：指定MST域的修订级别。整数形式，取值范围是0～65535。
    • MSTP是标准协议，各厂商设备的MSTP修订级别一般都默认为0。如果某厂商的设备不为0，为保持MST域内计算，在部署MSTP时，需要将各设备的MSTP修订级别修改为一致。
  • 命令：stp[instanceinstance-id]root{primary|secondary}
    • instanceinstance-id：指定生成树实例的编号。如果不指定instance，则配置设备在实例0上为根桥/备份根桥设备。
    • primary：指定配置为生成树的根桥设备。配置后该设备优先级值自动为0，将不能更改设备优先级。
    • secondary：指定配置为生成树的备份根桥设备。配置后该设备优先级值自动为4096，将不能更改设备优先级。
  • 命令：stp[instanceinstance-id]prioritypriority
    • priority：指定交换设备的优先级数值。优先级值越小，则交换设备的优先级越高。整数形式，取值范围是0～61440，步长为4096，如0、4096、8192等。缺省值是32768。
  • 命令：stppathcost-standard{dot1d-1998|dot1t|legacy}
    • dot1d-1998：指定路径开销值的计算方法是IEEE802.1D-1998标准方法，取值范围为1~65535。
    • dot1t：指定路径开销值的计算方法是IEEE802.1T标准方法，取值范围为1~200,000,000。
    • legacy：指定路径开销值的计算方法是华为计算方法，取值范围为1~200,000。
  • 命令：stp[instanceinstance-id]portprioritypriority
    • priority：指定端口在生成树计算时的优先级。整数形式，取值范围是0～240，步长为16，如0、16、32等。

MSTP配置案例（单域多实例场景）