華為交換機之生成樹協議（MSTP）配置詳解

博文大綱：

• 一、什么是MSTP？
• 二、MSTP的基本原理是什么？
  1.MSTP的網絡層次。
  2.MST域。
  3.MSTI。
  4.端口角色。
  5.MSTP的端口狀態。
• 三、MSTP的保護功能。
  1.BPDU保護。
  2.根保護。
  3.環路保護。
  4.TC保護。
• 四、MSTP的配置過程。

一、什么是MSTP？

MSTP是一個共有的生成樹協議，在實際生產環境中得到廣泛的應用。
MSTP（Multiple Spanning tree Algorithm and protocol）是多生成樹技術，允許在一個交換環境中運行多個生成樹，每個生成樹稱為一個實例（instance）。實例時間的生成樹彼此獨立，如一個實例下的阻塞接口在另一個實例上可能是一個轉發端口。和Cisco私有的PVST技術不同，MSTP允許多個vlan運行一個生成樹實例，相比較Cisco的PVST技術，這是一個優勢，因為在Cisco交換機中，運行PVST技術，是一個實例一棵樹，實例越多，生成樹越多，交換機維護這些生成樹，也是需要消耗硬件資源及網絡開銷的。大部分情況下，運行多個生成樹實例的好處就在于鏈路的負載分擔，但是當只有一條冗余鏈路時，運行兩個生成樹實例完全可以實現負載均衡，同時又能節約系統開銷，如下圖所示：

上圖的網絡環境中存在兩個生成樹實例，不同實例的根網橋在不同的物理交換機上，不但可以實現負載分擔，而且不會因為過多的實例而占用系統資源。

MSTP將環路網絡修剪成一個無環的樹形網絡，避免廣播風暴的產生，同時還提供了數據轉發的多個冗余路徑，在數據轉發過程中實現vlan數據的負載均衡。MSTP還兼容STP和RSTP。

MSTP把一個交換網絡劃分成多個域，每個域內形成多個生成樹，生成樹之間彼此獨立。每顆生成樹稱為一個多生成樹實例（Multiple spanning tree instance，MSTI），每個域稱為一個MST域。

MSTP通過設置vlan映射表（就是vlan和MSTI的對應關系表），把vlan和MSTP聯系起來。每個vlan只能對應一個MSTI，即同一vlan的數據只能在一個MSTI中傳輸，而一個MSTI可以對應多個vlan。

二、MSTP的基本原理是什么？

在MSTP中，通過把整個互聯的二層網絡劃分成若干個域。在域內，把其中的vlan分成若干組，每組具有相同的拓撲結構，然后定義若干個MSTI，并把這些生成樹實例和不同的vlan映射起來。

所謂實例就是多個vlan的一個集合。通過將多個vlan映射到一個實例，可以節省通信開銷和資源占用率。MSTP各個實例拓撲的計算相互獨立，在這些實例上可以實現負載均衡。可以把多個相同拓撲結構的vlan映射到同一個實例里，這些vlan在接口上的轉發狀態取決于接口在對應MSTP實例的狀態。

如果僅僅是為了防止廣播風暴等環路問題，運行CST（CST也是一種生成樹協議，關于CST技術自行查閱相關資料，這里不敘述了）已經足夠。運行多實例的主要目的在于使其負載分擔鏈路負載。所以運行的生成樹實例數量一般取決于冗余線路的數量，如果只有一條冗余鏈路，那么最好運行兩個實例。如果有兩條冗余鏈路，那么運行三個實例將是最好的選擇，并盡可能保證每個實例中流量相差不大。

1、MSTP的網絡層次。

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

在下圖中的MSTP網絡包含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，由局域網中的多臺交換機及它們之間的網段構成。一個局域網可以存在多個MST域。各MST域之間在物理上直接或間接相連。用戶可以通過MSTP配置命令把多臺交換機劃分在同一個MST域內，MST域中的交換機都啟用了MSTP，配置了相同的域名及vlan映射表（vlan映射表是MST域的屬性，它描述的是vlan和MSTI之間的映射關系）。

3、MSTI。

一個MST域內可以運行多個MSTI，MSTI之間彼此獨立，MSTI可以與一個或者多個vlan對應，但每個vlan只能與一個MSTI對應。（有沒有感覺有點像父子關系？哈哈，一個兒子只能有一個親爹，但一個爸爸可以有好多兒子）。

4、端口角色。

MSTP中的端口角色主要有根端口、指定端口、預備端口、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中可以擔任不同的角色。（下面解釋下相關端口的作用，了解即可，因為這些端口角色是由生成樹協議自動協商的，不需要人為指定。）

• 根端口：非根交換機上到根交換機開銷最小的端口就是該交換機的根端口，根端口能夠轉發數據流量到根交換機。上圖中的P3、P4和P8為根端口。
• 指定端口：該交換機向下游交換機發送BPDU（一種橋協議數據單元，用來交換網橋ID、根路徑成本等信息，用來選舉交換機端口角色）或者數據流量的端口。在上圖中，P1、P2和P6為指定端口（當S3優先級高于S2時）。
• 邊緣端口：位于網絡最邊緣處，不參與生成樹計算，一般連接非交換機設備，如終端服務器、PC、路由器等。
• 預備端口：從轉發數據流量的角度來看，預備端口提供了到達根交換機的一條備份鏈路，其接口狀態為阻塞，不轉發數據流量，當根端口被阻塞時，預備端口將成為新的根端口。在上圖中P5為預備端口。
• 備份端口：當同一臺交換機的兩個端口互相連接時就存在一個環路（聚合鏈路除外），此時，交換機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。從發送BPDU來看，備份端口就是由于學習到本設備上其他端口發送的BPDU而被阻塞的端口。從轉發數據流量來看，備份端口作為指定端口的備份，提供了一條從根交換機到非根交換機的備份鏈路，在上圖中，P7就是備份端口。

5、MSTP的端口狀態。

MSTP的端口狀態只有如下三種（了解端口狀態，才可以熟練的排除生成樹故障）：

• forwarding：在這種狀態下，端口即轉發用戶流量，又接收/發送BPDU報文。
• learning：這是一種過渡狀態。在該狀態下，交換機會根據收到的用戶流量，學習MAC地址表，但是不轉發用戶流量，所以稱為學習狀態。learning狀態的端口接受/發送BPDU報文，不轉發用戶流量。
• Discarding：在這種狀態下，端口只接收BPDU報文。

三、MSTP的保護功能。

在面對一些二層生成樹***時，下面四個技術可以增加生成樹的安全性。

1、BPDU保護。

在交換機上，通常將直接與用戶終端（如PC機）或服務器等非交換機設備相連的端口配置為邊緣接口，以實現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***交換機，當這些端口收到BPDU時，交換機會自動將這些端口設置為非邊緣端口，并重新進行生成樹計算，從而引起網絡震蕩。

啟用BPDU保護功能后，如果接口收到BPDU報文，那么該接口將被自動關閉，從而避免了后續的***及由此帶來的網絡震蕩。

配置命令如下：

[Huawei]stp bpdu-protection              #開啟BPDU保護

2、根保護。

由于網絡管理人員失誤或人為惡意攻 擊，網絡中的合法交換機端口可能會收到優先級更高的BPDU，這將使目前網絡中的根失去根地位，之后將重新計算生成樹，引起網絡震蕩，還有可能將網絡流量從高速鏈路上轉移到低俗鏈路中，造成網絡擁塞。為了防止這種情況出現，交換機提供根保護功能。根保護功能通過維持指定端口的角色來保護根交換機的地位。配置了根保護功能的端口，在所有實例上的端口角色都保持為指定端口。當端口接收到優先級更高的BPDU時，端口角色不會變為非指定端口，而是進入偵聽狀態，不再轉發報文。經過足夠長的時間，如果端口一直沒有再收到優先級較高的BPDU，端口會恢復到原來的正常狀態。

配置命令：

[Huawei]in g0/0/1            #進入指定端口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp root-protection              #開啟根保護

3、環路保護。

根端口和其他阻塞端口狀態會周期性地接收來自上游交換機（在本博文的第三張配圖中，R1就是R2和R3的上游交換機，R4就是R2和R3的下游交換機）的BPDU。當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的BPDU，交換機會重新選擇根端口。原先的根端口會轉變為指定端口，而原先的阻塞端口會遷移到轉發狀態，從而造成交換網絡中可能產生環路。環路保護功能會抑制這種環路產生。在啟動了環路保護功能后，如果根端口收不到來自上游的BPDU，根端口會被設置進入阻塞狀態；而阻塞端口則會一直保持在阻塞狀態，不轉發報文，從而不會在網絡中形成環路 。

配置命令：

[Huawei]in g0/0/1                #進入根端口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp loop-protection              #啟用環路保護功能

4、TC保護。

交換機在接收到TC-BPDU報文后，會執行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***交換機，交換機短時間內會收到很多TC-BPDU報文，頻繁的刪除操作會給交換機造成很大的負擔，給網絡的穩定性帶來很大的隱患，啟用TC保護功能后，在固定的時間內，MSTP進程處理TC類型BPDU報文的次數可配置。如果在固定的時間內，MSTP進程收到TC類型的BPDU報文數量大于配置的閾值，那么MSTP進程只會處理閾值指定的次數。對于其他超出閾值的TC類型BPDU報文，定時器到期后，MSTP進程對其統一處理一次。這樣可以避免頻繁地刪除MAC地址表項和ARP表項，從而達到保護交換機的目的。

配置命令：

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

四、MSTP的配置過程。

網絡環境如下：

需求如下：

• VLAN10和VLAN20互訪
• VLAN10：S3->S1->R1
• VLAN20：S3->S2->R1

實現思路：

1、配置PC及路由器的IP地址。
2、配置交換機的vlan及trunk。
3、交換機開啟MSTP協議，配置相同區域名稱。
4、交換機建立兩個實例，分別將vlan 10 和vlan 20加入到不同的實例中，并為兩個實例指定不同的根網橋，實例1的根網橋在S1上，實例2的根網橋在S2上。

開始配置：

1、配置路由器IP地址（PC機的IP地址自行配置）：

[R1]in g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 10.1.10.254 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]in g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 10.1.20.254 24
[R1-GigabitEthernet0/0/1]un shut    <!--接口默認為開啟狀態，若為關閉狀態，可使用該命令開啟-->

2、配置各個交換機的VLAN及Trunk：

我這里將所有和客戶機連接的接口配置為Access接口，交換機和交換機連接的接口配置為trunk接口。交換機和路由器連接的接口配置為Hybrid接口。

S1的配置如下：

[S1]vlan ba 10 20                     <!--創建vlan10 和vlan20-->
[S1]in g0/0/2                     <!--進入該接口-->
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk                      <!--配置接口模式為trunk-->
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all           <!--放行所有vlan流量通過-->
[S1-GigabitEthernet0/0/2]in g0/0/1                      <!--進入該接口-->
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk                      <!--配置接口模式為trunk-->
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all            <!--放行所有vlan流量通過-->
[S1-GigabitEthernet0/0/1]in g0/0/3                     <!--進入該接口-->
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port link-type hybrid                <!--配置接口模式為Hybrid-->
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 10 <!--將vlan 10 添加到該接口的untag列表-->
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 10             <!--配置接口PVID為vlan 10-->

S2的配置如下：

[S2]vlan ba 10 20                     <!--創建vlan10 和vlan20-->
[S2]in g0/0/2                     <!--進入該接口-->
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk                       <!--配置接口模式為trunk-->
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all           <!--放行所有vlan流量通過-->
[S2-GigabitEthernet0/0/2]in g0/0/1                     <!--進入該接口-->
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk                      <!--配置接口模式為trunk--> 
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all           <!--放行所有vlan流量通過-->
[S2-GigabitEthernet0/0/1]in g0/0/3                     <!--進入該接口-->
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port link-type hybrid                <!--配置接口模式為Hybrid-->
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 20 <!--將vlan 12 添加到該接口的untag列表-->
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 20            <!--配置接口PVID為vlan 20-->

S3的配置如下：

[S3]vlan ba 10 20                     <!--創建vlan10 和vlan20-->
[S3]in g0/0/3                     <!--進入該接口-->
[S3-GigabitEthernet0/0/3]port link-type access                 <!--配置接口模式為access-->
[S3-GigabitEthernet0/0/3]port default vlan 10          <!--將接口添加到vlan 10中-->
[S3-GigabitEthernet0/0/3]in g0/0/4                     <!--進入該接口-->
[S3-GigabitEthernet0/0/4]port link-type access                <!--配置接口模式為access-->
[S3-GigabitEthernet0/0/4]port default vlan 20           <!--將接口添加到vlan 20中-->
[S3-GigabitEthernet0/0/4]in g0/0/1                     <!--進入該接口-->
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk                       <!--配置接口模式為trunk-->
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all           <!--放行所有vlan流量通過-->
[S3-GigabitEthernet0/0/1]in g0/0/2                     <!--進入該接口-->
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk                      <!--配置接口模式為trunk-->
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all           <!--放行所有vlan流量通過-->

3、配置MSTP

上面的需求是要求vlan 10的客戶端通過S3和S1到達網關，vlan 20的客戶端通過S3和S2到達網關，從而實現鏈路的負載分擔。在接下來的配置中，把S1配置為instance 1的根，而instance 1實例和vlan 10關聯，那么vlan的流量因為S2和S3之間的鏈路阻塞而通過左邊到達網關。同理，instance 2實例中配置S2為根，并通過右邊到達網關。

S1的配置如下：

[S1]stp mo mstp                     <!--將交換機配置成MSTP模式--> 
[S1]stp region-configuration                       <!--進入MSTP配置模式-->
[S1-mst-region]region-name lv                     <!--配置域名為“lv”-->
[S1-mst-region]revision-level 1                     <!--配置版本等級為“1”-->
[S1-mst-region]instance 1 vlan 10                     <!--將vlan 10加入實例1中-->
[S1-mst-region]instance 2 vlan 20                     <!--將vlan 20加入實例2中-->
[S1-mst-region]active region-configuration                      <!--激活配置（必須配置）-->
[S1-mst-region]quit                     <!--退出配置模式-->
[S1]stp instance 1 root primary                      <!--配置此交換機為實例1的主根-->
[S1]stp instance 2 root secondary                  <!--配置此交換機為實例2的備根-->

S2的配置如下：

[S2]stp mode mstp                     <!--將交換機配置成MSTP模式--> 
[S2]stp region-configuration                        <!--進入MSTP配置模式-->
[S2-mst-region]region-name lv                     <!--配置域名為“lv”-->
[S2-mst-region]revision-level 1                     <!--配置版本等級為“1”-->
[S2-mst-region]instance 1 vlan 10                    <!--將vlan 10加入實例1中-->
[S2-mst-region]instance 2 vlan 20                    <!--將vlan 20加入實例2中-->
[S2-mst-region]active region-configuration                      <!--激活配置（必須配置）-->
[S2-mst-region]quit                    <!--退出配置模式-->
[S2]stp instance 1 root secondary                      <!--配置此交換機為實例1的備根-->
[S2]stp instance 2 root primary                  <!--配置此交換機為實例2的主根-->

S3的配置如下：

[S3]stp mode mstp                     <!--將交換機配置成MSTP模式--> 
[S3]stp region-configuration                        <!--進入MSTP配置模式-->
[S3-mst-region]region-name lv                     <!--配置域名為“lv”-->
[S3-mst-region]revision-level 1                    <!--配置版本等級為“1”-->
[S3-mst-region]instance 1 vlan 10                    <!--將vlan 10加入實例1中-->
[S3-mst-region]instance 2 vlan 20                   <!--將vlan 20加入實例2中-->
[S3-mst-region]active region-configuration                      <!--激活配置（必須配置）-->

4、驗證：

在S3上查看STP接口角色及狀態信息，結果如下（其中MSTID列表示實例）：

[S3]dis stp brief              #查看STP接口角色及狀態信息
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/3        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/4        DESI  FORWARDING      NONE
   1    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   1    GigabitEthernet0/0/2        ALTE  DISCARDING      NONE
   1    GigabitEthernet0/0/3        DESI  FORWARDING      NONE
   2    GigabitEthernet0/0/1        ALTE  DISCARDING      NONE
   2    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE
   2    GigabitEthernet0/0/4        DESI  FORWARDING      NONE

可以看到實例 1中的GigabitEthernet0/0/2和實例 2中的GigabitEthernet0/0/1處于阻塞狀態。同時，兩個實例之間相互獨立，彼此不受影響。而且現在vlan 10中的客戶端可以和vlan 20中的客戶端進行通信。

5、總結：

從上面的配置中發現，若要將所有實例配置在同一個域中，只需要配置同樣的域名即可，但版本等級需一致，域中各個vlan對應的實例也需要一致。同一個生成樹實例中，只能有一個主根和備根。需要注意的是，生成樹協議無法實現互為備份（即主設備宕機，備份設備立馬接替主設備的工作），它只能實現負載均衡，若需要實現互為備份，還需要使用VRRP技術，該技術將在后續博文寫出。

————本文至此結束，感謝閱讀。