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1. Multiple Spanning Tree Protocol（多实例生成树 802.1s）特征

  • 解决网络中单生成树的问题
    • 部分 VLAN 路径链路故障，导致的业务中断
    • 无法流量负载分担
    • 二层次优路径
  • MSTP 兼容 RSTP/STP

    1. MST 域

同一个 MST 域都启动了 MSTP、有相同域名、生成树实例映射（MSTI）、修订级别

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1）VLAN 映射表

VLAN 和 MSTI 之间的映射关系

2）IST（内部生成树）

MST 域内的一棵生成树，由 MSTI 0产生

  • 如图所示：

    • MST Region 1 中的所有设备组成一个 MSTI 0 的 IST
    • MST Region 2 中的所有设备组成一个 MSTI 0 的 IST
    • MST Region 3 中的所有设备组成一个 MSTI 0 的 IST
    • MST Region 4 中的所有设备组成一个 MSTI 0 的 IST

      3）CST（公共生成树）

      连接不同 MST 域，把每个 IST 域看作一个节点。通过 STP 或 RSTP 计算出来的 CST 端口角色通称为「域边缘端口」

  • 如图所示：

    • CE6、CE7、CE10、CE11 相互之间有链路相连，则构成了一个 CST

  • 如图所示 CST 的角色选举：

    • CE6 的为总根，在没有自环的情况下，所有接口都是 DP
    • CE7 与 CE10 和 CE11 相连的接口通过 RPC、Bridge ID 比较后，都成为 DP
    • CE10 与 CE7 和 CE11 相连的接口由于自身 Bridge ID 更大，选举失败则成为 AP
    • CE11 与 CE7 相连的接口由于自身 Bridge ID 更大，选举失败则成为 AP；与 CE10 相连的接口由于 Bridge ID 更优，则成为 AP

      4）CIST（公共和内部生成树）

      CIST 是把所有 MST 域的 IST + CST 的通称，通过 STP 或 RSTP 计算出来的生成树。CIST 用于连接所有的 STT

  • 如图所示：

    • 每个 IST 域中的 MSTI 0 优先级都为0
    • 整个 CIST 中通过 STP 或 RSTP 计算方式，计算出整个 CIST 树

      5）STT（单生成树）

      运行在 STP/RSTP 的交换设备或 MST 域中只有一台交换设备

6）域根

分为 IST 域根［距离总根 Cost 最近的设备］和 MSTI 域根［MSTI 的根桥］

  • MSTI 域域根计算如图所示：

    • MST Region 1 中
      • CE5 成为 MSTI 2 的域根
      • CE6 成为 MSTI 0 和 MSTI 1 的域根
    • MST Region 2 中
      • CE3 成为 MSTI 1 和 MSTI 2 的域根
      • CE8 成为 MSTI 0 的域根
    • MST Region 3 中
      • CE9 成为 MSTI 2 的域根
      • CE10 成为 MSTI 0 和 MSTI 1 的域根
    • MST Region 4 中
      • CE12 成为 MSTI 0 的域根
      • CE15 成为 MSTI 1 和 MSTI 2 的域根

        7）总根

        CIST 的根桥，只有是 CST 之间才会通过系统 ID （「MSTI 0 优先级 + MAC 地址」）选举总根

  • 如图所示：

    • CE6、CE7、CE10、CE11 之间通过 BPDU 报文中的系统 ID 选举总根
    • 根据系统 ID 计算得出 CE8 成为总根

      8）主桥（IST Master，IST 域根）

      每个 MST 域中距离总根 Cost 最近的设备，比较 CST 的「RPC 值」。成为主桥的设备同时是指定交换设备。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

  • 如图所示：

    • CE7、CE10、CE11 与总根直连的设备成为主桥（IST 域根）、指定交换设备，并且［直连端口角色变为 Master］

      9）端口角色

  • RP、DP、AP、BP 和 EP 与 RSTP 机制相同

  • Master 端口：MST 域中连接到总根最近的端口（特殊的域边缘端口）
  • 域边缘端口：MST 域的边缘并连接其他的 MST 域或 SST 的端口

    3. MSTP Message

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MSTP Message 格式解析

  • Protocol Identifier：协议标识符
  • Protocol Version Identifier：协议版本
    • 0：STP
    • 2：RSTP
    • 3：MSTP
  • BPDU Type：BPDU 类型
    • 0x00：STP 的配置 BPDU
    • 0x02：STP 的 TCN BPDU
    • 0x08：RSTP/MSTP 的BPDU
  • CIST Flags：CIST 标志
  • CIST Root Identifier：总根设备 ID（MSTI 0 优先级 + MAC 地址）
  • CIST External Path Cost：CIST外部路径开销，本设备的 MST 域到总根 MST 域的路径开销
  • CIST Regional Root Identifier：主桥的设备 ID（MSTI 优先级 + MAC 地址）
  • CIST Port Identifier：本端口在 IST 中的指定端口 ID（优先级 + 端口 ID）
  • Message Age：BPDU 的生存期
  • Max Age：BPDU 的最大生存期，超时则认为到根交换机的链路故障
  • Hello Time：BPDU 的发送时间，缺省为 2s
  • Forward Delay：转发时延，固定 15s
  • Version 1 Length：Version1 BPDU 的长度，值固定为 0
  • Version 3 Length：Version3 BPDU 的长度
  • MST Configuration Identifier：MST 配置标识，只有一下四个字段完全相同的，并且互联的交换机，才属于同一个域
    • Configuration Identifier Format Selector：固定为 0
    • Configuration Name：“域名”，32 字节长字符串
    • Revision Level：2 字节非负整数
    • Configuration Digest：利用 HMAC-MD5 算法将域中 VLAN 和实例的映射关系加密成 16 字节的摘要
  • CIST Internal Root Path Cost：CIST 内部路径开销指从本端口到 IST Master 交换机的路径开销
  • CIST Bridge Identifier：CIST 的指定交换机 ID
  • CIST Remaining Hops：BPDU 报文在 CIST 中的剩余跳数
  • MSTI Configuration Messages：MSTI 配置信息
    • MSTI Flags：MSTI 标志
    • MSTI Regional Root Identifier：MSTI 域根交换机 ID
    • MSTI Internal Root Path Cost：MSTI 内部路径开销指从本端口到MSTI域根交换机的路径开销
    • MSTI Bridge Priority：本交换机在 MSTI 中的指定交换机的优先级
    • MSTI Port Priority：本交换机在 MSTI 中的指定端口的优先级
    • MSTI Remaining Hops：BPDU 在 MSTI 中的剩余跳数

      4. MSTP 的选举原则

参与 CIST 计算的优先级为：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

比较原则：

  1. 首先，比较根交换设备 ID
  2. 如果根交换设备 ID 相同，再比较外部路径开销
  3. 如果外部路径开销相同，再比较域根 ID
  4. 如果域根 ID 仍然相同，再比较内部路径开销
  5. 如果内部路径仍然相同，再比较指定交换设备 ID
  6. 如果指定交换设备 ID 仍然相同，再比较指定端口 ID
  7. 如果指定端口 ID 还相同，再比较接收端口 ID

    5. MSTI 的计算

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
  • VLAN 报文的转发路径
    • 在 MST 域内，沿着其对应的 MSTI 转发
    • 在 MST 域间，沿着 CST 转发

      6. 增强 P/A 机制

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  1. 协商开始时，每一台设备都认为自己是根桥，端口是指定端口，状态为 Discarding
  2. 相互发送 Proposal 和 Agreement 同时置位的 BPDU 报文，通过 BPDU 报文选举出根桥，同时下游设备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
  3. 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
  4. 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