一、什麼是MSTP？
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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，每個生成樹稱爲一個實例（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，因爲在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於鏈路的負載分擔，但是當只有一條冗餘鏈路時，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，而且不會因爲過多的實例而佔用系統資源。
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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餘路徑，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。
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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。每顆生成樹稱爲一個多生成樹實例（Multiple spanning tree instance，MSTI），每個域稱爲一個MST域。
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MSTP通過設置vlan映射表（就是vlan和MSTI的對應關係表），把vlan和MSTP聯繫起來。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。
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二、MSTP的基本原理是什麼？
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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，然後定義若干個MSTI，並把這些生成樹實例和不同的vlan映射起來。
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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佔用率。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映射到同一個實例裏，這些vlan在接口上的轉發狀態取決於接口在對應MSTP實例的狀態。
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如果僅僅是爲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，關於CST技術自行查閱相關資料，這裏不敘述了）已經足夠。運行多實例的主要目的在於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於冗餘線路的數量，如果只有一條冗餘鏈路，那麼最好運行兩個實例。如果有兩條冗餘鏈路，那麼運行三個實例將是最好的選擇，並儘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。
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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域中的交換機都啓用了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之間的映射關係）。
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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係？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）。
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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，瞭解即可，因爲這些端口角色是由生成樹協議自動協商的，不需要人爲指定。）
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爲根端口。
指定端口：該交換機向下遊交換機發送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爲指定端口（當S3優先級高於S2時）。
邊緣端口：位於網絡最邊緣處，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，其接口狀態爲阻塞，不轉發數據流量，當根端口被阻塞時，預備端口將成爲新的根端口。在上圖中P5爲預備端口。
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，備份端口就是由於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，備份端口作爲指定端口的備份，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（瞭解端口狀態，纔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，所以稱爲學習狀態。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爲邊緣接口，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。如果有人僞造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爲非邊緣端口，並重新進行生成樹計算，從而引起網絡震盪。
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啓用BPDU保護功能後，如果接口收到BPDU報文，那麼該接口將被自動關閉，從而避免了後續的及由此帶來的網絡震盪。
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配置命令如下：
[Huawei]stp bpdu-protection #開啓BPDU保護2、根保護
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由於網絡管理人員失誤或人爲惡意攻n 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，之後將重新計算生成樹，引起網絡震盪，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。爲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爲指定端口。當端口接收到優先級更高的BPDU時，端口角色不會變爲非指定端口，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。
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配置命令：
[Huawei]in g0/0/1 #進入指定端口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp root-protection #開啓根保護3、環路保護
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根端口和其他阻塞端口狀態會週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爲指定端口，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。在啓動了環路保護功能後，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 。
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配置命令：
[Huawei]in g0/0/1 #進入根端口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp loop-protection #啓用環路保護功能4、TC保護
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交換機在接收到TC-BPDU報文後，會執行MAC地址表項和ARP表項的刪除操作，如果有人僞造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，啓用TC保護功能後，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報文數量大於配置的閾值，那麼MSTP進程只會處理閾值指定的次數。對於其他超出閾值的TC類型BPDU報文，定時器到期後，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。
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配置命令：
[Huawei]stp tc-protection threshold 3 #指定閾值爲3四、MSTP的配置過程。
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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、交換機開啓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，併爲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 <!--接口默認爲開啓狀態，若爲關閉狀態，可使用該命令開啓-->2、配置各個交換機的VLAN及Trunk：
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我這裏將所有和客戶機連接的接口配置爲Access接口n，交換機和交換機連接的接口配置爲trunk接口n。交換機和路由器連接的接口配置爲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 <!--配置接口模式爲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 <!--配置接口模式爲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 <!--配置接口模式爲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爲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 <!--配置接口模式爲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 <!--配置接口模式爲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 <!--配置接口模式爲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爲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 <!--配置接口模式爲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 <!--配置接口模式爲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 <!--配置接口模式爲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 <!--配置接口模式爲trunk-->
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all <!--放行所有vlan流量通過-->3、配置MSTP
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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配置爲instance 1的根，而instance 1實例和vlan 10關聯，那麼vlan的流量因爲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爲根，並通過右邊到達網關。
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 <!--配置域名爲“lv”-->
[S1-mst-region]revision-level 1 <!--配置版本等級爲“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 <!--配置此交換機爲實例1的主根-->
[S1]stp instance 2 root secondary <!--配置此交換機爲實例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 <!--配置域名爲“lv”-->
[S2-mst-region]revision-level 1 <!--配置版本等級爲“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 <!--配置此交換機爲實例1的備根-->
[S2]stp instance 2 root primary <!--配置此交換機爲實例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 <!--配置域名爲“lv”-->
[S3-mst-region]revision-level 1 <!--配置版本等級爲“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：
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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）：
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[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處於阻塞狀態。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。
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5、總結：
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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爲備份（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，若需要實現互爲備份，還需要使用VRRP技術，該技術將在後續博文寫出。