MSTP生成树协议

MSTP，即Multiple Spanning Tree Protocol，又称多生成树协议，是为了弥补STP/RSTP缺陷由IEEE组织制定的协议。该协议主要是在破除环路的基础上，实现了流量的负载均衡。

那么，为什么需要MSTP？STP/RSTP的缺陷又是什么呢？

首先就是流量的负载均衡问题，我们可以看图1，在这个图中，假设VLAN10的网关在SW1上，VLAN20的网关在SW2上，那么我们希望的是VLAN10的流量经过SW3走SW1，VLAN20的流量经过SW3走SW2,。

但是，如果SW1、SW2和SW3均是交换机，两两互联，如果在这三台交换机上运行的是STP或者RSTP，假如SW1是根桥，那么根据生成树的选举，连接SW2和SW3的链路上就会有一个端口被阻塞，也就是说SW2和SW3之间的链路将不会负责转发数据流量。那么VLAN20的数据流量也就无法经过SW3走SW2了，最终只能和VLAN10的数据流量一样，经过SW3走SW1，再到达SW2，也就无法实现流量的负载分担。这就是STP/RSTP的第一个缺陷。

然后是第二个缺陷，也就是次优路径问题。同样的如图1所示，因为SW2和SW3之间的链路已经不负责数据流量的转发，那么VLAN20的数据流量只能经过SW3和SW1，最后才到达SW2，这就导致了次优路径问题。这就是STP/RSTP的第二个缺陷。

图1

基于STP/RSTP的缺陷，我们也就有了MSTP。

在这里，我们首先需要理解下MSTP的基础定义，知道它是怎么在消除环路的基础上实现负载分担的，然后再理解MSTP的基础内容。

MSTP，多生成树协议。经过上面关于图1的分析，我们可以看到STP和RSTP都是只生成一颗生成树的，也就是无论VLAN10的数据，还是VLAN20的数据，都是只通过SW3-SW1-SW2这棵生成树来转发数据，既然如此，那么我们是否可以通过生成多棵生成树来让不同的VLAN数据经由不同的生成树转发呢？答案是可以的。MSTP就是通过在交换机上生成多棵生成树，对于不同的VLAN数据走不同的生成树路径来实现流量的负载分担。

比如如图2所示，对于VLAN10的数据，可以生成一棵以SW1为根的生成树，那么SW2和SW3之间的链路就会被阻塞，生成树转发路径是这样的：SW3-SW1-SW2，这棵生成树就可以用来转发VLAN10的数据流量。对于VLAN20的数据，也可以生成一棵以SW2为根的生成树，那么SW1和SW3之间的链路就会被阻塞，该生成树的转发路径就是这样的：SW3-SW2-SW1，这棵生成树就可以用来转发VLAN20的数据流量。这样，不同VLAN的数据流量走不同的生成树，就实现了流量的负载分担，同时也消除了次优路径问题。这就是MSTP。

图2

它可以将一个或多个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。

接下来，我们就了解下MSTP的一些基础概念。

MST Region，多生成树域，区域，简称MST域，MSTP可以把一个二层网络就划分成多个区域，每个区域内部都可以独立的生成区域内的生成树，不同区域间的生成树互不干扰。

MSTI，多生成树实例，每一棵生成树都会有一个生成树实例，每个实例里面会有一个VLAN映射表，这张表记录了有哪些VLAN映射到了该实例中（该生成树上），不同的实例之间采用不同的Instance ID来标识，取值范围是0-4094，但默认情况下，所有VLAN都会映射到Instance 0中。

CST，公共生成树，如果把MST域看成一台交换机，那么域与域之间通过链路连接，存在冗余链路，那么域与域之间就也会存在二层的环路，所以也需要一棵生成树来消除环路，而公共生成树就是这棵用来消除域与域之间环路的生成树。

IST，内部生成树，这是MST域内Instance ID为0的特殊生成树，是一个特殊的生成树实例，注意IST不是指MST域里面的所有生成树。

CIST，公共和内部生成树，这是由所有MST域内的IST加上CST所构成一棵完整的生成树。

SST，单生成树，指MST域内只有一台交换机并且只有一个实例的生成树。

总根，指CIST这棵生成树的根桥，整个MSTP网络中具有最高优先级的交换机就被选举为总根。

域根，又分为IST域根和MSTI域根，IST域根是距离总根最近的交换机；MSTI域根是指MSTI域的根桥，也就是实例中的最优交换机，但因为每一个MST域内都有多棵生成树，每棵生成树都有一个实例，所以每一个实例就都会有它自己的MSTI域根；

主桥，域内距离总根最近的交换机就是主桥，包括了总根它自己，也就是整一个MSTP网络最优的交换机既是总根，也是主桥。

MSTP还在STP/RSTP的基础上新增了两种端口角色：

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，是一个特殊的域边缘端口。本质就是就是某一个MST域距离总根最近的那一个端口，报文必须要经过该端口才可以到达总根

域边缘端口：连接其他区域的交换机的端口就是域边缘端口。

以上就是MSTP的基本概念，接下来就再了解下MSTP生成树生成的过程。

MSTP是将整个二层网络划分成多个MST域，之后域与域之间建立CST，MST域内部建立IST，CST和IST就构成了CIST这连接整个网络的生成树。

那么MSTP生成生成树，首先在二层网络中选举一个优先级最高的交换机成为总根；然后在每一个MST域内计算得到IST，在每一个MST域间计算得到CST；IST和CST结合就构成了整个交换网络的CIST。

但是，值得注意的是，在MST域㕯，MSTP是根据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。之后转发数据时，MST域之间，遵循着CST路径转发，而在MST域内，就根据不同的生成树实例来转发。