1、MSTP简介

以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较差，甚至通信中断。为解决交换网络中的环路问题，提出了生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）。

与众多协议的发展过程一样，生成树协议也是随着网络的发展而不断更新的，从最初的IEEE 802.1D中定义的STP到IEEE 802.1w中定义的快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol），再到最新的IEEE 802.1s中定义的多生成树协议MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。

生成树协议中，MSTP兼容RSTP、STP，RSTP兼容STP。三种生成树协议的比较如下表1所示。

STP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。

但RSTP和STP还存在同一个缺陷：由于局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，因此无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，链路被阻塞后将不承载任何流量，造成带宽浪费，还有可能造成部分VLAN的报文无法转发。

图1 STP/RSTP的缺陷示意图 

如上图1所示网络中，在局域网内应用STP或RSTP，生成树结构在图中用虚线表示，S6为根交换设备。S2和S5之间、S1和S4之间的链路被阻塞，除了图中标注了“VLAN2”或“VLAN3”的链路允许对应的VLAN报文通过外，其它链路均不允许VLAN2、VLAN3的报文通过。

      HostA和HostB同属于VLAN2，由于S2和S5之间的链路被阻塞，S3和S6之间的链路又不允许VLAN2的报文通过，因此HostA和HostB之间无法互相通讯。

      为了弥补STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1S标准定义了MSTP。MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。

                           图2  MSTP网络层次结果关系示例图

       如上图 2所示，通过MSTP把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立。每棵生成树叫做一个多生成树实例MSTI（Multiple Spanning Tree Instance），每个域叫做一个MST域（MST Region：Multiple Spanning Tree Region）。

      所谓实例就是多个VLAN的一个集合。

      通过将多个VLAN捆绑到一个实例，可以节省通信开销和资源占用率。MSTP各个实例拓扑的计算相互独立，在这些实例上可以实现负载均衡。可以把多个相同拓扑结构的VLAN映射到一个实例里，这些VLAN在端口上的转发状态取决于端口在对应MSTP实例的状态。

                                   图3 MST域内的多棵生成树示意图 

       如上图3所示，MSTP通过设置VLAN映射表（即VLAN和MSTI的对应关系表），把VLAN和MSTI联系起来。每个VLAN只能对应一个MSTI，即同一VLAN的数据只能在一个MSTI中传输，而一个MSTI可能对应多个VLAN。

       经计算，最终生成两棵生成树：MSTI1以S4为根交换设备，转发VLAN2的报文；MSTI2以S6为根交换设备，转发VLAN3的报文。

       这样所有VLAN内部可以互通，同时不同VLAN的报文沿不同的路径转发，实现了负载分担。

       2、MSTP的网络层次

                                  图4 MSTP网络层次示意图

      如上图2和4所示，MSTP网络中包含1个或多个MST域（MST Region），每个MST Region中包含一个或多个MSTI（多生成树实例）。组成MSTI的是运行STP/RSTP/MSTP的交换设备，MSTI是所有运行STP/RSTP/MSTP的交换设备经MSTP协议计算后形成的树状网络。

     3、MST域（MST Region）

     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：

     1、都启动了MSTP。

     2、具有相同的域名。

     3、具有相同的VLAN到生成树实例映射配置。

     4、具有相同的MSTP修订级别配置。

     一个局域网可以存在多个MST域，各MST域之间在物理上直接或间接相连。用户可以通过MSTP配置命令把多台交换设备划分在同一个MST域内。

     各个域之间通过stp或rstp协议计算生成一颗生成树，这颗生成树叫做CST（公共生成树，后面详细介绍）。

                                图5 MST Region的基本概念示意图

    如上图5所示的MST Region D0中由交换设备S1、S2、S3和S4构成，域中有3个MSTI。

    4、VLAN映射表

    VLAN映射表是MST域的属性，它描述了VLAN和MSTI之间的映射关系。

    如上图5所示，MST域D0的VLAN映射表是：VLAN1映射到MSTI1；VLAN2和VLAN3映射到MSTI2；其余VLAN映射到MSTI0。