1. MSTP基础概念

1.1 单个生成树弊端

1.1.1 部分VLAN路径不通

如图所示，使用一台3700连接终端网段，上行使用两条链路连接两台5700。
配置VLAN2通过两条链路上行，配置VLAN3只通过一条链路上行。
为了解决VLAN2的环路，需要运行生成树，在运行单个生成树的情况下，假设3700与5700-B相连的端口成为预备端口，进入Discarding状态。此时，VLAN3的路径被断开，就无法上行到5700-B。

1.1.2 无法使用流量分担

如图所示，使用一台3700连接终端网段，上行使用两条链路连接两台5700做双机热备份，并实现流量分担。
为了实现双机热备份，需要在3700上配置两条上行链路为Trunk链路，配置两条链路上都允许通过所有VLAN，两条5700之间的链路也配置为Trunk链路，允许通过所有VLAN。
将VLAN2的三层接口配置在5700-A上，将VLAN3的三层接口配置在5700-B上。
我们希望VLAN2和VLAN3分别使用不同的链路上行到相应的三层接口，可是如果网络中只有一个生成树，3700和两台5700所形成的环路就会被打开，例如，3700连接到5700-B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5700-A，不能实现流量分担。

1.1.3 次优二层路径

如图所示，3700和两台5700相连的链路配置为Trunk链路，允许通过所有VLAN，两台5700之间的链路也配置为Trunk链路。允许通过所有VLAN。
运行单个生成树之后，环路被打开，VLAN2和VLAN3都直接上行到5700-A。
在5700-A上配置VLAN2的三层接口，在5700-B上配置VLAN3的三层接口，则VLAN3到达三层接口的路径就是次优的，最优的路径应当是直接上行到5700-B。

1.2 MSTP解决方案——多生成树实例

MSTP允许将一个或多个VLAN映射到一个多生成树实例（MST Instance）上，MSTP为每个MST Instance单独计算根交换机，单独设置端口状态，即在网络中计算多个生成树。
每个MST Instance都使用单独的RSTP算法，计算单独的生成树。
每个MST Intance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取值范围为0~15，默认所有VLAN映射到MST Instance 0。
本例中，在网络中配置两个MST Instance，VLAN2映射到MST Instance 1，VLAN3映射到MST Instance 2。
通过修改交换机上不同MST Instance的交换机优先级，可以将不同的交换机设置成不同的MST Instance的根交换机。
本例中，设置5700-A为MST Instance 1的根交换机，设置5700-B为MST Instance 2的根交换机。
启用了多个MST Instance之后，可以看出，VLAN2的数据直接上行到5700-A，VLAN3的数据直接上行到5700-B。如此，单生成树的弊端：流量分担，某些VLAN路径不可达，二层次优路径等问题都可以得到解决。

1.3 MST配置表

为了在交换机上标识VLAN和MST Instance的映射关系，交换机维护一个MST配置表（MST Configuration Tbale）
MST配置表的结构是4096个连续的两字节元素组，代表4096个VLAN，第一个元素和最后一个元素均设置为0，第二个元素表示VLAN 1映射到的MST Instance的MSTID，第三个元素表示VLAN 2映射到的MST Instance的MSTID，以此类推，倒数第二个元素（4095个元素）表示VLAN 4094映射到的MST Instance的MSTID。
交换机初始化时，此表格所有字段设置为全0，表示所有VLAN映射到Instance 0.

1.4 MST区域

MSTP允许一组相邻的交换机组成一个MST区域（MST Region）。同一个区域的交换机有着相同的VLAN到MST Instance的映射关系。
除了Instance 0之外，每个区域的MST Instance都独立计算生成树，不管是否包含相同的VLAN，不管VLAN是否通过区域间链路，区域间的生成树计算互不影响。

1.5 MST配置标识

交换机通过MST配置标识（MST Configuration Identifier）来标识自己所在的区域。
MST配置标识被封装在交换机相互发送的BPDU中，如图所示，MST配置标识的数据结构包括四部分，只有四部分设置都相同的相邻交换机才能被认为是在同一个区域中。
Configuration Identifier Format Selector：配置标识格式选择符，长度为一个字节，固定设置为0.
Configuration Name：配置名称，也就是交换机的MST域名，长度为32字节。每个交换机都配置一个MST域名，默认为交换机的MAC地址。
Configuration Digest：配置摘要，长度为16字节。相同区域的交换机应当维护相同的VLAN到MST Instance的映射表，可是MST配置表太大（8192字节），不适合在交换机之间相互发送，此字段是使用MD5算法从MST配置表中算出的摘要信息。
Revision Level：修订级别，长度为两个字节，取值范围为全0。由于Configuration Digest是MST配置表的摘要信息，因此有很小的可能会出现MST配置表不同但摘要信息却相同的情况，这会导致本来不在同一区域的交换机被认为在同一区域中，此字段是一个额外的标识字段，建议不同的区域使用不同的数值，以消除上述可能产生错误的情况。

1.6 MST基本配置

1.7 MST高级配置

MSTP工作模式
主用/备用交换机
MSTP最大跳数
调整时间参数
网络直径与时间参数的关系
边缘端口保护
根交换机的指定端口保护
环路功能保护
TC-BPDU保护功能

2. MSTP进阶概念

2.1 MSTP域

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。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
所谓实例就是针对一组VLAN的一个独立计算的STP。通过将多个VLAN捆绑到一个实例，相对于每个VLAN独立计算来说，可以节省通信开销和资源占用率。MSTP各实例的计算过程相互独立，使用多个实例可以实现物理链路的负载均衡。当把多个相同拓扑结构的VLAN映射到一个实例之后，这些VLAN在端口上的转发状态取决于该端口在对应MSTP实例中的状态。

2.2 CST/IST/CIST/总根/主桥

CIST：公共和内部生成树CIST，是通过STP或RSTP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。
- 总根是整个网络中优先级最高的网桥，即为CIST的根桥。
- 拓扑中，MST域内的红线和MST域间的蓝线共同组成了CIST。CIST的根桥为MST Region1中的S1。

CST：公共生成树CST（Common Spanning Tree），是连接交换网络内所有MST域的一棵生成树。
- CST就是这些节点通过STP或RSTP协议计算生成的一棵生成树。
- 拓扑中，由蓝线组成CST。CST的根即为MST Region1。

IST：内部生成树IST（Internal Spanning Tree）是各MST域内的一棵生成树。
- MST域内每颗生成树都对应一个实例号，IST的实例号为0。实例0无论有没有配置都是存在的，没有映射到其他实例的VLAN默认都会映射到实例0，即IST上。
- IST是CIST在MST域中的一个片段。
- 拓扑中，由红线组成IST。

主桥（Master Bridge）：也就是IST Master，它是域内距离总根最近的交换设备。
- 如果总根在MST域中，则总根为该域的主桥。
- 拓扑中，Master桥为黄色的网桥，即为S1/S4/S7。

构成单生成树SST（Single Spanning Tree）有两种情况：
- 运行STP或RSTP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。
- 拓扑中没有给出实例。

2.3 MSTI/MSTI域根

MSTI

一个MST域内可以存在多颗生成树，每颗生成树都称为一个MSTI。MSTI域根是每个多生成树实例的树根。域中不同的MSTI有各自的域根。
MSTI之间彼此独立，MSTI可以与一个或者多个VLAN对应。但一个VLAN只能与一个MSTI对应。
每一个MSTI对应一个实例号，实例号从1开始，以区分实例号为0的IST。
拓扑中，VLAN2映射到实例2，即MSTI 2，VLAN4映射到实例4，即MSTI 4。

MSTI域根

MSTI域根是每个MSTI上优先级最高的网桥，MST域内每个MSTI可以指定不同的根。
拓扑中，假设S9在MSTI 2中优先级最高，所以S9为MSTI 2中的域根，假设S8在MSTI 4中优先级最高，所以S8为MSTI 4中的域根。

2.4 MSTP端口角色

MSTP在RSTP的基础上新增了2种端口，MSTP的端口角色共有7种：根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口、边缘端口、Master端口和域边缘端口。

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端口是特殊的域边缘端口，Master端口在CIST上的角色是Root Port，在其它各实例上的角色都是Master端口。
拓扑中，S7面向Region 1的端口为Master口。

域边缘端口
MST域内网桥和其他MST域或者STP/RSTP网桥相连的端口为域边界端口。
拓扑中，S8面向Region 2的端口为域边界端口。

由于网桥在不同MSTI上可以具有不同的角色，所以网桥端口在MSTI上可能有不同的角色。唯一例外的是Master端口，该端口在所有MSTI上的角色都相同，都为Master端口。

3. MSTP报文结构

目前MSTP的BPDU报文存在两种格式：

Dot1S：IEEE802.1S规定的报文格式
legacy：私有协议报文格式
采用的端口收发MSTP报文格式可配置（STP Compliance）功能，能够实现对BPDU报文格式的自适应
无论是域内的MST BPDU还是域间的，除MST专有字段，其它消息和RST BPDU相同：
- RST BPDU中的Root ID字段在MSTP中表示CIST中的总根ID。
- EPC字段在MSTP中表示CIST外部路径开销，即发送此BPDU的网桥所属的域距离总根所属的域的CST路径开销。
- Bridge ID字段在MSTP中表示CIST域根ID。（其实所谓的CIST域根就是主桥，即IST Master）
- Port ID字段在MSTP表示MSTP中CIST指定端口ID。
- MST专有字段：
  - Version 3 Length，Version3 BPDU的长度，用于对接收到的BPDU进行校验。
  - MST Configuration Identifier，MST配置标识，表示MST域的标签信息，包含4个字段。标识自己所在的区域。MST配置标识包括四部分数据结构，只有四部分设置都相同的相邻交换机才被认为是在同一个区域中。
    - Format Selector：配置标识格式选择符，长度为一个字节，固定设置为0。
    - Name：配置名称，也就是给交换机的MST域名，长度为32字节。每个交换机都配置一个MST域名，默认为交换机的MAC地址。
    - Digest：配置摘要，长度为16字节。相同区域的交换机应当维护相同的VLAN到MST Instance的映射表，可是MST配置表太大（8192字节），不适合在交换机之间相互发送。此字段是使用MD5算法从MST配置表中算出的摘要信息。
    - Revision Level：修订级别，长度为两个字节，默认取值为全0。由于Configuration Digest是MST配置表的摘要信息，因此有很小的可能MST配置表不同但摘要信息却相同的情况，这会导致本来不在同一区域的交换机认为在同一区域中，此字段是一个额外的标识字段，建议不同的区域使用不同的数值，以消除上述可能的错误的情况。
- CIST Internal Root Path Cost，CIST内部路径开销指从本端口到IST Master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。
- CIST Bridge Identifier，CIST的指定交换设备ID，即发送此BPDU的交换机。
- CIST Remaining Hops，BPDU报文在CIST中的剩余跳数。用来限制MST的规模。从CIST域根（IST Master）开始，BPDU每经过一个网桥的转发，跳数就被减1；网桥丢弃收到的跳数为0的BPDU。
MSTI Configuration Messages(may be absent)，MSTI配置信息。
- MSTI Flag，1个自己，第1位到第7位和RSTP定义的相同，第8位为Master标志位，表示该网桥是否为Master桥，取代RSTP中的TCA位。
- MSTI region Root ID，表示该MST实例的域根ID。
- MSTI IRPC，表示发送此BPDU的网桥到达MSTI域根的路径开销。
- MSTI Bridge Priority，发送此BPDU的网桥的优先级。
- MSTI Port Priority，发送此BPDU端口的优先级。
- MSTI Remaining Hops，定义同CIST剩余跳数，表示BPDU在该MST实例中剩余跳数。

4. MSTP拓扑计算

4.1 比较原则

MSTP拓扑计算基本原则

MSTP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。域内则通过计算生成多颗生成树，每颗生成树都被称为是一个多生成树实例。其中实例0被称为IST，其它的多生成树实例为MSTI。MSTP同STP一样，使用配置消息进行生成树的计算，只是配置消息中携带的是设备上MSTP的配置信息。

向量解释

根交换设备ID，根交换设备ID用于选择CIST中的根交换设备（即选举总根和IST Master）。根交换设备ID = Priority(16bits) + MAC(48bits)。其中Priority为MSTI0的优先级。
外部路径开销（ERPC），从CIST的域根到达总根所在域的外部路径开销。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(16bits) + MAC(48bits)。（注意域根跟普通的STP或者MSTP域内的根桥是不一样的，域根指的是主桥，即IST Master）
内部路径开销（IRPC），本桥到达域根的路径开销。
指定交换设备，发送该BPDU的网桥。
指定端口，指定交换设备上同本设备上根端口相连的端口。Port ID = Priority(4位) + 端口号（12位）。端口优先级必须是16的整数倍。
接收端口，接收到BPDU报文的端口。Port ID = Priority(4位) + 端口号（12位）。端口优先级必须是16的整数倍。

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。

4.2 CST计算

CST计算

CST和IST计算方式和RSTP类似。在进行CST计算时，将会把MST域看做逻辑上的一个网桥，其中网桥ID为IST域根的ID。
CIST的比较向量为{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}，但是在CST的计算中，比较向量为{总根，外部路径开销，域根ID，指定端口ID，接收端口ID}。

拓扑描述
假设网络中S1为Region1的域根，S4为Region2的域根，S7为Region3的域根。S1优先级最高，S4优先级最低，且各个路径开销相同。（也就是说，先在MST域内选举域根）
初始时，每个域被看做一个网桥，网桥ID为域根ID。每个域向其他域发送以该域根为总根的BPDU，外部开销为0。
经过RSTP计算，可以确定S1为总根。
经过外部路径开销，可以确定每个域根面向Region1的端口为Master端口。
经过比较域根ID优先级，可以确定域边界端口的角色。

4.3 IST计算

IST计算

CST和IST计算方式和RSTP类似。在每个MST域内MSTP通过计算生成IST，CST和IST构成了整个交换设备网络的CIST。
CIST的比较向量为{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}，但是在IST的计算中，比较向量为{域根，内部路径开销，指定桥ID，指定端口ID，接收端口ID}。

拓扑描述
CST计算完成之后，S1为Region1的域根，S4为Region2的域根，S7为Region3的域根。需要注意，此时的域根并不一定是各个域中优先级最高的网桥，而只是距离总根最近的网桥。
域内以域根为根桥，结合内部路径开销确定各个网桥端口角色，最终得到IST。（这里的根桥是IST的根桥，而不是MSTI的根桥，需要注意）
域内网桥通过比较内部路径开销确定IST根端口。
通过比较BPDU的优先级确定IST上的端口角色。

4.4 Region 1计算

MST1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。

拓扑描述
Region1通过配置将VLAN2映射到实例2，将VLAN4映射到实例4，其余VLAN映射到IST。
对网桥指定不同实例不同的优先级，假设S2为实例2的根桥，S3为实例4的根桥。
实例2中，各个网桥的优先级大小为S2>S1>S3，经过运算阻塞S3面向S1的端口。
实例4中，各个网桥的优先级大小为S3>S1>S2，经过运算阻塞S2面向S1的端口。

MSTI的特点
每个MSTI独立计算自己的生成树，互不干扰。
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。

4.5 Region 2计算

MST2计算

拓扑描述

Region2通过配置将VLAN2映射到实例2，将VLAN3映射到实例3，其余VLAN映射到IST。
对网桥指定不同实例不同的优先级，假设S5为实例2的根桥，S6为实例3的根桥。
实例2中，各个网桥的优先级大小为S5>S4>S6，经过运算阻塞S6面向S4的端口。
实例3中，各个网桥的优先级大小为S6>S4>S5，经过运算阻塞S5面向S4的端口。

4.6 Region 3计算

MST3计算

拓扑描述

Region2通过配置将VLAN2映射到实例2，将VLAN4映射到实例4，其余VLAN映射到IST。
对网桥指定不同实例不同的优先级，假设S9为实例2的根桥，S8为实例4的根桥。
实例2中，各个网桥的优先级大小为S9>S10>S8>S7，经过运算阻塞S7面向S8和S10的端口，阻塞S8面向S10的端口。
实例4中，各个网桥的优先级大小为S8>S7>S10>S9，经过运算阻塞S9面向S7和S10的端口，阻塞S10面向S7的端口。

4.7 MSTP计算结果

MSTI计算

CIST以及各域内的MSTI均计算完毕，从拓扑中可以看到每个域内的VLAN映射关系是独立的。
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（包括IST路径）转发。
- 在MST域间，沿着CST转发。

5. MSTP与RSTP交互

MSTP与RSTP交互

RSTP/STP网桥将MSTP域看做一个桥ID为域根ID的RSTP桥
当RSTP/STP网桥收到MST BPDU后，会提取BPDU中的{总根，外部路径开销，域根ID，指定端口ID}作为RSTP/STP的{RID，RPC，BID，PID}
当MSTP网桥收到RSTP/STP的BPDU后，会将BPDU中的{RID，RPC，BID，PID}对应到MSTP中，其中，BID作为MSTP中的域根ID，也作为指定交换机ID，内部路径开销为0。

6. MSTP快速收敛

在MSTP中，P/A机制工作过程如下：

上游设备发送Proposal报文，请求进行快速迁移。下游设备接收到后，把与上游设备相连的端口设置为根端口，并阻塞所有非边缘端口。
上游设备继续发送Agreement报文。下游设备接收到后，根端口转为Forwarding状态。
下游设备回应Agreement报文。上游设备接收到后，把与下游设备相连的端口设置为指定端口，指定端口进入Forwarding状态。

缺省情况下，华为使用增强的快速迁移机制。如果华为设备与其他厂商的设备进行互通，而其他厂商的设备P/A机制使用普通的快速迁移机制，此时，可在华为设备上通过命令stp no-agreement-check设置P/A机制为普通的快速迁移机制，从而实现华为设备和其他厂商的设备进行互通。