MSTP概述

## 一、RSTP/STP的缺陷与不足
前面我们学习了RSTP对于STP的一些优化与快速收敛机制。但在划分VLAN的网络中运行RSTP/STP，局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，被阻塞后的链路将不承载任何流量，无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，导致链路带宽利用率、设备资源利用率较低。

示例1：
![RSTP/STP不足](/media/202410/2024-10-17_171538_8073880.7582458498421688.png)

在网络中存在两个VLAN，网关分别在不同设备上，二层网络通过RSTP进行互联，端口配置Trunk模式允许VLAN 10 20通过，SW3作为根桥会导致PC和PC2都流经根桥，SW5的预备端口被逻辑关闭，PC1的流量：SW5-->SW3-->AR1；PC2的流量：SW5-->SW3-->SW4-->AR2，出现次优路径。

优点：**RSTP优化了收敛机制与BPDU保护功能，实现快速收敛。**

不足：RSTP实际上与VLAN无关，在单个生成树情况下会导致**链路闲置**以及**次优路径**。

STP/RSTP维护单个生成树，设备互联必定会逻辑关闭其中一个端口，导致流量从另外路径流出，而且如图导致次优路径。

## 二、多生成树协议概述
为了弥补RSTP/STP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1S标准定义了**MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）**。MSTP兼容STP和RSTP，通过**建立多棵无环路的树**，解决广播风暴并实现冗余备份，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实例](/media/202410/2024-10-17_171556_4509350.2077691948027771.png)

MSTP计算方式与RSTP/STP类似，**基于多实例生成树**，**基于VLAN映射**，因为日常使用VLAN技术较广泛，实现不同VLAN路径不同，冗余备份和负载分担。

## 三、MSTP基本概念

### 3.1 MST Region
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。

**MST Region（Multiple Spanning Tree Region，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。

![MST Region](/media/202410/2024-10-17_171945_6938140.2584180256676569.png)

同一个MST域的设备具有下列特点：
- 都启动了MSTP。
- 具有相同的域名。
- 具有相同的VLAN到生成树实例映射配置。
- 具有相同的MSTP修订级别配置。

如果确定都使用MSTP，则二层交换网络都启用MSTP协议，则形成了一个MST域。

### 3.2 MSTI
**MSTI（Multiple Spanning Tree Instance，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Instance ID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MST Region 4的VLAN映射有：
- VLAN1映射到MSTI 1
- VLAN2映射到MSTI 2
- 其余VLAN映射到MSTI 3

![MSTI](/media/202410/2024-10-17_172001_2415140.3317862190102149.png)

在一个MST域内可以创建多个实例，不同实例映射到不同VLAN，就是VLAN流量可以实现负载均衡等功能。

### 3.3 CST
**CST（Common Spanning Tree，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。

![CST](/media/202410/2024-10-17_172017_0121870.8580909486293999.png)

![CST1](/media/202410/2024-10-17_172030_9705050.48019376192574903.png)

多个MST域的核心主干网络构成。

### 3.4 IST
**IST（Internal Spanning Tree，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Instance ID为0。如图所示的MST Region 4，黑色细线条在域中连接该域的所有交换设备构成IST。

![IST](/media/202410/2024-10-17_172046_6204890.5676889982343993.png)

![IST1](/media/202410/2024-10-17_172059_6837430.7909162771286199.png)

IST就是各个域内的内部生成树，不包括核心互联的链路。

### 3.5 CIST
CIST（Common and Internal Spanning Tree，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。

![CIST](/media/202410/2024-10-17_172114_4108240.1380788359548265.png)

![CIST1](/media/202410/2024-10-17_172127_4870280.31545699712345754.png)

就是CST+IST构成整个MST域内的生成树连接。

### 3.6 SST
SST（Single Spanning Tree，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MST Region 3，该域中的唯一的交换设备构成SST。

![SST](/media/202410/2024-10-17_172142_2044210.9998365690402028.png)

一个MST域里只有一台交换机构成MSTP网络。

### 3.7 总根，域根和主桥

![根桥](/media/202410/2024-10-17_172157_0822310.9068633513241253.png)

因为MSTP是基于多域多实例，因此有总根、区域根桥、主桥。

**总根（CIST Root）是CIST的根桥，如图中SW1。**

域根（Regional Root）：
- 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（Master Bridge）是IST Master，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。

简单就是在整个MST域有个总根，在每个MSTI域里面也有域内的根和主桥，各个域桥连接到总根桥。

|角色|	说明|
|---|---|
|MST域|	交换网络被划分成多个域，一个MST域内可以包含一台或多台交换机，同属于一个MST域的交换机必须配置相同的域名、相同的修订级别、以及相同的VLAN映射表|
|MSTI	|基于Instance的生成树|
|VLAN映射表|	VLAN和MSTI之间的映射关系|
|CST	|公共生成树，连接所有MST域的一棵生成树|
|IST	|内部生成树，MST域内Instance ID为0的一棵生成树|
|CIST	|公共和内部生成树，连接一个交换网络内所有交换设备的生成树|
|SST	|单生成树，MST域内只有一台交换设备，且该设备只属于一棵生成树|
|总根	|CIST的根桥|
|IST域根|	MST域中，IST距离总根最近的交换设备|
|MSTI域根	|MSTI的根桥|
|主桥	|距离总根最近的交换设备，包括：总根和IST域根|

总结：STP和RSTP都只会生成一颗生成树，就可能出现链路浪费和次优路径。为了解决这些问题出现了多实例生成树，MSTP基于域、实例、VLAN映射来实现，能够实现VLAN流量的负载分担和提高链路可用性。