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一、 MSTP協(xié)議

MSTP是一個共有的生成樹協(xié)議，在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中得到廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的生成樹只運(yùn)行一個實(shí)例，且收斂速度慢，RSTP再傳統(tǒng)STP基礎(chǔ)上通過改進(jìn)達(dá)到了加速網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫諗康哪康模且廊淮嬖谌毕荨Ｓ捎?STP和RSTP再整個局域網(wǎng)中，所有的VLAN共享一個生成樹實(shí)例，因此無法實(shí)現(xiàn)基于VLAN的負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定狀態(tài)下備份鏈路始終不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量，造成帶寬的浪費(fèi)。

MSTP（Multiple Spanning tree Algorithm and protocol）是多生成樹技術(shù)，允許在一個交換環(huán)境中運(yùn)行多個生成樹，每個生成樹稱為一個實(shí)例（instance）。實(shí)例時間的生成樹彼此獨(dú)立，如一個實(shí)例下的阻塞接口在另一個實(shí)例上可能是一個轉(zhuǎn)發(fā)端口。和Cisco私有的PVST技術(shù)不同，MSTP允許多個vlan運(yùn)行一個生成樹實(shí)例，相比較Cisco的PVST技術(shù)，這是一個優(yōu)勢，因為在Cisco交換機(jī)中，運(yùn)行PVST技術(shù)，是一個實(shí)例一棵樹，實(shí)例越多，生成樹越多，交換機(jī)維護(hù)這些生成樹，也是需要消耗硬件資源及網(wǎng)絡(luò)開銷的。大部分情況下，運(yùn)行多個生成樹實(shí)例的好處就在于鏈路的負(fù)載分擔(dān)，但是當(dāng)只有一條冗余鏈路時，運(yùn)行兩個生成樹實(shí)例完全可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，同時又能節(jié)約系統(tǒng)開銷。

上圖網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在兩個生成樹實(shí)例，不同實(shí)例的根網(wǎng)橋再不同物理交換機(jī)上，不但可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)，而且不會因為過多的實(shí)例而占用系統(tǒng)資源。

MSTP將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)修剪成一個無環(huán)的樹形網(wǎng)絡(luò)，避免廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生，同時還提供了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的多個冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)VLAN數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡。MSTP還兼容STP和RSTP。

MSTP把一個交換網(wǎng)絡(luò)劃分成多個域，每個域內(nèi)形成多棵生成樹，生成樹之間彼此獨(dú)立。每棵生成樹稱為一個多生成樹實(shí)例（Multiple spanning tree instance，MSTI），每個域稱為一個MST域。

MSTP通過設(shè)置VLAN映射表（即VLAN和MSTI的對應(yīng)關(guān)系表），把VLAN和MSTI聯(lián)系起來。每個VLAN只能對應(yīng)一個MSTI，即同一VLAN的數(shù)據(jù)只能在一個MSTI中傳輸，而一個MSTI可以對應(yīng)多和VLAN。如上圖所示，instance 1對應(yīng)vlan 10，instance 2對應(yīng)vlan 20，S1為MSTI1的根交換機(jī)，S2為MSTI2的根交換機(jī)，instance 1阻塞S2與S3之間鏈路，instance 2阻塞S1與S3之間鏈路，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，有效避免資源浪費(fèi)。

二、MSTP的基本原理是什么？

在MSTP中，通過把整個互聯(lián)的二層網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個域。在域內(nèi)，把其中的vlan分成若干組，每組具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后定義若干個MSTI，并把這些生成樹實(shí)例和不同的vlan映射起來。

所謂實(shí)例就是多個vlan的一個集合。通過將多個vlan映射到一個實(shí)例，可以節(jié)省通信開銷和資源占用率。MSTP各個實(shí)例拓?fù)涞挠嬎阆嗷オ?dú)立，在這些實(shí)例上可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。可以把多個相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的vlan映射到同一個實(shí)例里，這些vlan在接口上的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)取決于接口在對應(yīng)MSTP實(shí)例的狀態(tài)。

如果僅僅是為了防止廣播風(fēng)暴等環(huán)路問題，運(yùn)行CST（CST也是一種生成樹協(xié)議，關(guān)于CST技術(shù)自行查閱相關(guān)資料，這里不敘述了）已經(jīng)足夠。運(yùn)行多實(shí)例的主要目的在于使其負(fù)載分擔(dān)鏈路負(fù)載。所以運(yùn)行的生成樹實(shí)例數(shù)量一般取決于冗余線路的數(shù)量，如果只有一條冗余鏈路，那么最好運(yùn)行兩個實(shí)例。如果有兩條冗余鏈路，那么運(yùn)行三個實(shí)例將是最好的選擇，并盡可能保證每個實(shí)例中流量相差不大。

1、 MSTP的網(wǎng)絡(luò)層次

一個二層交換網(wǎng)絡(luò)可以劃分多個MST域（多生成樹域），每個生成樹域可以劃分多個MSTI，每個實(shí)例中可以映射多個vlan。

如上圖中的MSTP網(wǎng)絡(luò)包含3個MST域，分別是A、B、C。每個MST域中包含一個或多個MSTI。MST域B中包含兩個MSTI，分別是instance 1和instance 2。instance 1和vlan 1-5映射，instance 2和vlan 6-10映射。

2、 MST域

MST域是多生成樹域，由局域網(wǎng)中的多臺交換機(jī)及他們之間的網(wǎng)段構(gòu)成。一個局域網(wǎng)可以存在多個MST域，各MST域之間在物理上直接相連。用戶可以通過MSTP配置命令把多臺交換機(jī)劃分在同一個MST域內(nèi)。MST域中的交換機(jī)都啟用了MSTP，配置了相同的域名及vlan映射表（VLAN映射表是MST域的屬性，它描述了VLAN和MSTI之間的映射關(guān)系）。

3、MSTI

一個MST域內(nèi)可以運(yùn)行多個MSTI，MSTI之間彼此獨(dú)立，MSTI可以與一個或者多個VLAN對應(yīng)，但一個VLAN只能與一個MSTI對應(yīng)。

4、端口角色

MSTP中的端口角色主要有根端口，指定端口 ，預(yù)備端口，備份端口和邊緣端口。除邊緣端口外其他端口角色都參與MSTP的計算過程。同一端口在不同的MSTI中可以擔(dān)任不同的角色。

根端口：非根交換機(jī)上到根交換機(jī)開銷最小的端口就是該交換機(jī)的根端口，根端口能夠轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量到根交換機(jī)。下圖中的P3、P4和P8為根端口。

指定端口：該交換機(jī)向下游交換機(jī)發(fā)送BPDU（一種橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元，用來交換網(wǎng)橋ID、根路徑成本等信息，用來選舉交換機(jī)端口角色）或者數(shù)據(jù)流量的端口。在下圖中，P1、P2和P6為指定端口（當(dāng)S3優(yōu)先級高于S2時）。

邊緣端口：位于網(wǎng)絡(luò)最邊緣處，不參與生成樹計算，一般連接非交換機(jī)設(shè)備，如終端服務(wù)器、PC、路由器等。

預(yù)備端口：從轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量的角度來看，預(yù)備端口提供了到達(dá)根交換機(jī)的一條備份鏈路，其接口狀態(tài)為阻塞，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量，當(dāng)根端口被阻塞時，預(yù)備端口將成為新的根端口。在下圖中P5為預(yù)備端口。

備份端口：當(dāng)同一臺交換機(jī)的兩個端口互相連接時就存在一個環(huán)路（聚合鏈路除外），此時，交換機(jī)就會將其中一個端口阻塞，備份端口就是被阻塞的那個端口。從發(fā)送BPDU來看，備份端口就是由于學(xué)習(xí)到本設(shè)備上其他端口發(fā)送的BPDU而被阻塞的端口。從轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量來看，備份端口作為指定端口的備份，提供了一條從根交換機(jī)到非根交換機(jī)的備份鏈路，在下圖中，P7就是備份端口。

5、MSTP的端口狀態(tài)

Forwarding（轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)）：在這種狀態(tài)下，端口即轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量，又接收/發(fā)送BPDU報文。

Learning（學(xué)習(xí)狀態(tài)）：這是一種過渡狀態(tài)，在Learning狀態(tài)下交換機(jī)會根據(jù)收到的用戶流量，學(xué)習(xí)mac地址表，但不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量，所以稱為學(xué)習(xí)狀態(tài)。Learning狀態(tài)的端口接收/發(fā)送BPDU報文，不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。

Discarding（阻塞狀態(tài)）：在這種狀態(tài)下，端口只接收BPDU報文。

三、 MSTP的保護(hù)功能

在面對一些二層生成樹攻~擊時，下面四個技術(shù)可以增加生成樹的安全性。

1、 BPDU保護(hù)

在交換機(jī)上，通常將直接與用戶終端（如PC機(jī)）或服務(wù)器等非交換機(jī)設(shè)備相連的端口配置為邊緣接口，以實(shí)現(xiàn)這些端口的快速收斂，正常情況下，這些端口是不會接收到BPDU。如果有人偽造BPDU惡意攻~擊交換機(jī)，當(dāng)這些端口收到BPDU時，交換機(jī)會自動將這些端口設(shè)置為非邊緣端口，并重新進(jìn)行生成樹計算，從而引起網(wǎng)絡(luò)震蕩。

啟用BPDU保護(hù)功能后，如果接口收到BPDU報文，那么該接口將被自動關(guān)閉，從而避免了后續(xù)的攻~擊及由此帶來的網(wǎng)絡(luò)震蕩。

配置命令如下：

[LSW1]stp bpdu-protection #開啟BPDU保護(hù)

2、 根保護(hù)

由于網(wǎng)絡(luò)管理人員失誤或人為惡意攻 擊，網(wǎng)絡(luò)中的合法交換機(jī)端口可能會收到優(yōu)先級更高的BPDU，這將使目前網(wǎng)絡(luò)中的根失去根地位，之后將重新計算生成樹，引起網(wǎng)絡(luò)震蕩，還有可能將網(wǎng)絡(luò)流量從高速鏈路上轉(zhuǎn)移到低俗鏈路中，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。為了防止這種情況出現(xiàn)，交換機(jī)提供根保護(hù)功能。根保護(hù)功能通過維持指定端口的角色來保護(hù)根交換機(jī)的地位。配置了根保護(hù)功能的端口，在所有實(shí)例上的端口角色都保持為指定端口。當(dāng)端口接收到優(yōu)先級更高的BPDU時，端口角色不會變?yōu)榉侵付ǘ丝冢沁M(jìn)入偵聽狀態(tài)，不再轉(zhuǎn)發(fā)報文。經(jīng)過足夠長的時間，如果端口一直沒有再收到優(yōu)先級較高的BPDU，端口會恢復(fù)到原來的正常狀態(tài)。

配置命令如下：

[LSW1]in g0/0/1 #進(jìn)入指定端口
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]stp root-protection #開啟根保護(hù)

3、 環(huán)路保護(hù)

根端口和其他阻塞端口狀態(tài)會周期性地接收來自上游交換機(jī)（在本博文的第三張配圖中，R1就是R2和R3的上游交換機(jī)，R4就是R2和R3的下游交換機(jī)）的BPDU。當(dāng)鏈路擁塞或者單向鏈路故障時，這些端口無法接收來自上游交換機(jī)的BPDU，交換機(jī)會重新選擇根端口。原先的根端口會轉(zhuǎn)變?yōu)橹付ǘ丝冢鹊淖枞丝跁w移到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，從而造成交換網(wǎng)絡(luò)中可能產(chǎn)生環(huán)路。環(huán)路保護(hù)功能會抑制這種環(huán)路產(chǎn)生。在啟動了環(huán)路保護(hù)功能后，如果根端口收不到來自上游的BPDU，根端口會被設(shè)置進(jìn)入阻塞狀態(tài)；而阻塞端口則會一直保持在阻塞狀態(tài)，不轉(zhuǎn)發(fā)報文，從而不會在網(wǎng)絡(luò)中形成環(huán)路 。

配置命令如下：

[LSW1]in g0/0/1 #進(jìn)入根端口
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]stp loop-protection #啟用環(huán)路保護(hù)功能

4、 TC保護(hù)

交換機(jī)在接收到TC-BPDU報文后，會執(zhí)行MAC地址表項和ARP表項的刪除操作，如果有人偽造TC-BPDU報文惡意攻~擊交換機(jī)，交換機(jī)短時間內(nèi)會收到很多TC-BPDU報文，頻繁的刪除操作會給交換機(jī)造成很大的負(fù)擔(dān)，給網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性帶來很大的隱患，啟用TC保護(hù)功能后，在固定的時間內(nèi)，MSTP進(jìn)程處理TC類型BPDU報文的次數(shù)可配置。如果在固定的時間內(nèi)，MSTP進(jìn)程收到TC類型的BPDU報文數(shù)量大于配置的閾值，那么MSTP進(jìn)程只會處理閾值指定的次數(shù)。對于其他超出閾值的TC類型BPDU報文，定時器到期后，MSTP進(jìn)程對其統(tǒng)一處理一次。這樣可以避免頻繁地刪除MAC地址表項和ARP表項，從而達(dá)到保護(hù)交換機(jī)的目的。

配置命令如下：

[LSW1]stp tc-protection threshold 3 #指定閾值為3。

四、 簡單配置MSTP

實(shí)驗環(huán)境：

三臺交換機(jī)，兩天終端PC，交換機(jī)開啟MSTP協(xié)議，區(qū)域名稱HUAWEI，修訂版本級別為1。分別建立MSTI1和MSTI2，VLAN10映射到MSTI1，VLAN20映射到MSTI2，MSTI1的根網(wǎng)橋在S1上，MSTI2的根網(wǎng)橋在S2上。VLAN10中的客戶端地址為10.1.10.1，VLAN20中的客戶端地址為10.1.20.1。利用MSTP實(shí)現(xiàn)VLAN10和VLAN20的互訪，并且VLAN10的流量通過路徑S3→S1→R1到達(dá)網(wǎng)關(guān)，VLAN20的流量通過路徑S3→S2→R1到達(dá)網(wǎng)關(guān)。

拓?fù)鋱D如下：

推薦步驟：

1. 配置客戶端和路由器的IP地址
2. 配置VLAN及Trunk
3. 配置MSTP
4. 驗證

操作步驟：

1. 配置客戶端和路由器的IP地址

R1

[R1]INT G0/0/0 #進(jìn)入接口
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 10.1.10.254 24 #配置IP地址
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1 #進(jìn)入接口
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 10.1.20.254 24 #配置IP地址
[R1-GigabitEthernet0/0/1]quit #保存退出

1. 配置VLAN及Trunk

S1

[S1]vlan batch 10 20 #批量創(chuàng)建vlan
[S1]int g0/0/2 #進(jìn)入接口
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk #配置為trunk模式
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all #配置承載所以vlan通信
[S1-GigabitEthernet0/0/2]int g0/0/1 #進(jìn)入接口
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk #配置為trunk
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all #配置承載所有vlan通信
[S1-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/3 #進(jìn)入接口
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 10 #轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)移除vlan 10的標(biāo)識
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 10 #配置PVID為vlan 10
[S1-GigabitEthernet0/0/3]quit #保存退出

S2

[S2]vlan batch 10 20
[S2]int g0/0/2
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk 
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all
[S2-GigabitEthernet0/0/2]int g0/0/1
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk 
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all
[S2-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/3
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port link-type hybrid 
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 20 #轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)移除vlan 20的標(biāo)識
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 20 #配置PVID為vlan 20
[S2-GigabitEthernet0/0/3]quit

S3

[S3]vlan batch 10 20 #批量創(chuàng)建vlan
[S3]int eth0/0/3 #進(jìn)入接口
[S3-Ethernet0/0/3]port link-type access #接口配置為access模式
[S3-Ethernet0/0/3]port default vlan 10 #vlan 10加入接口
[S3-Ethernet0/0/3]int eth 0/0/4 #進(jìn)入接口
[S3-Ethernet0/0/4]port link-type access #接口配置為access模式
[S3-Ethernet0/0/4]port default vlan 20 #vlan 20加入接口
[S3-Ethernet0/0/4] int eth0/0/1 #進(jìn)入接口
[S3-Ethernet0/0/1]port link-type trunk #接口配置為trunk模式
[S3-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all #承載所以vlan通信
[S3-Ethernet0/0/1]int e0/0/2 #進(jìn)入接口
[S3-Ethernet0/0/2]port link-type trunk #接口配置為trunk模式
[S3-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all #承載所有vlan通信
[S3-Ethernet0/0/2]quit #保存并退出

1. 配置MSTP

S1

[S1]stp mode mstp #開啟生成樹（將交換機(jī)配置成MSTP模式）
[S1]stp region-configuration #進(jìn)入到stp配置模式
[S1-mst-region]region-name HUAWEI #配置stp域名
[S1-mst-region]revision-level 1 #配置stp版本為1
[S1-mst-region]instance 1 vlan 10 #將vlan 10添加到stp實(shí)例1中
[S1-mst-region]instance 2 vlan 20 #將vlan 20添加到stp實(shí)例2中
[S1-mst-region]active region-configuration #激活生成樹實(shí)例 （必須激活，否則無效）
[S1-mst-region]quit #保存并退出
[S1]stp instance 1 root primary #配置為實(shí)例1的根網(wǎng)橋
[S1]stp instance 2 root secondary #配置為實(shí)例2的備份根網(wǎng)橋

S2

[S2]stp mode mstp #開啟生成樹（將交換機(jī)配置成MSTP模式）
[S2]stp region-configuration #進(jìn)入到stp配置模式
[S2-mst-region]region-name HUAWEI #配置stp域名 
[S2-mst-region]revision-level 1 #配置stp版本為1
[S2-mst-region]instance 1 vlan 10 #將vlan 10添加到stp實(shí)例1中
[S2-mst-region]instance 2 vlan 20 #將vlan 20添加到stp實(shí)例2中
[S2-mst-region]active region-configuration #激活生成樹實(shí)例 （必須激活，否則無效）
[S2-mst-region]quit 
[S2]stp instance 1 root secondary #配置為實(shí)例1的備份根網(wǎng)橋
[S2]stp instance 2 root primary #配置為實(shí)例2的根網(wǎng)橋

S3

[S3]stp mode mstp #開啟生成樹（將交換機(jī)配置成MSTP模式）
[S3]stp region-configuration #進(jìn)入到stp配置模式
[S3-mst-region]region-name HUAWEI #配置stp域名
[S3-mst-region]revision-level 1 #配置stp版本為1
[S3-mst-region]instance 1 vlan 10 #將vlan 10添加到stp實(shí)例1中
[S3-mst-region]instance 2 vlan 20 #將vlan 20添加到stp實(shí)例2中
[S3-mst-region]active region-configuration #激活生成樹實(shí)例 （必須激活，否則無效）
[S3-mst-region]quit

1. 驗證

驗證中可以看出，instance 1中的Ethernet0/0/2和instance 2中的Ethernet0/0/1處于阻塞狀態(tài)，同時，兩個實(shí)例之間互相獨(dú)立，彼此不受影響。