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网络冗余技术-MSTP实例[精品] 网络冗余技术——多生成树协议MSTP

相关理论:

MSTP协议

概述

MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol)也称为多生成树协议，在

IEEE802.1s中定义。与STP(Spanning Tree Protocol)和RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)相比，MSTP主要引入了“实例(INSTANCE)”的概念。STP/RSTP是基于端口的，而MSTP则是基于实例的。所谓的“实例”是指多个VLAN对应的一个集合，MSTP把一台设备的一个或多个VLAN划分为一个INSTANCE，有着相同INSTANCE配置的设备就组成一个MST域(MST Region)，运行独立的生成树(这个内部的生成树称为IST，Internal Spanning-tree);这个MST region组合就相当于一个大的设备整体，与其他MST Region再进行生成树算法运算，得出一个整体的生成树，称为CST(Common Spanning Tree)。实例0具有特殊的作用，称为CIST，即公共与内部生成树，其他实例则称为MSTI，即多生成树实例。

协议基本原理

在一个有物理环路的网络环境中，运行MSTP协议的交换机要生成一个稳定的树型拓扑网络需要依靠以下元素:

(1)每个交换机拥有的唯一的桥ID(Bridge ID)，桥ID由桥优先级和MAC地址组合而成;

(2)交换机到根桥的路径花费(Root Path Cost)，以下简称根路径花费;

(3)每个端口ID(Port ID)，端口ID由端口优先级和端口号组合而成。

交换机之间通过交换BPDU(Bridge Protocol Data Units，网桥协议数据单元)帧来获得建立最佳树形拓扑结构所需要的信息。BPDU是目的MAC为01-80-C2-00-00-00的组播帧。

每个BPDU由以下这些要素组成:

(1)Root Bridge ID(本交换机所认为的根桥ID);

(2)Root Path Cost(本交换机的根路径花费);

(3)Bridge ID(本交换机的桥ID);

(4)Message Age(BPDU报文已存活的时间);

(5)Port ID(发送该BPDU报文的端口ID);

6)Forward-Delay Time、Hello Time、Max-Age Time 三个协议规定的时间参数;(

(7)其他一些诸如表示发现网络拓扑变化、本端口状态的标志位。

当交换机的一个端口收到高优先级的BPDU(更小的Bridge ID，更小的Root Path Cost等)，就在该端口保存这些信息，同时向所有端口更新并传播这些信息。如果收到比自己低优先级的BPDU，交换机就丢弃该信息。这样的机制就使高优先级的信息在整个网络中传播开，BPDU的交流就有了下面的结果:

(1)网络中选择了一台交换机为根桥(Root Bridge);

(2)除根桥外的每都有一个根端口(Root Port)，即提供最短路径到Root Bridge的端口;

(3)每台交换机都计算出了到根桥(Root Bridge)的最短路径;

(4)每个LAN都有了指派网桥(Designated Bridge)，位于该LAN与根桥之间的最短路径中。指派网桥和LAN相连的端口称为指派端口(Designated Port);

(5)根口和指派端口进入Forwarding状态。Forwarding的端口正常转发业务数据，正常进行源MAC学习;

(6)同时选举出根口的替换端口(Alternate port)和Designated Port的备份端口(Backup Port)。替换端口是指一旦根端口失效，该端口就立该变为根端口。替换端口是当一台交换机有两个端口都连在同一个LAN上，那么高优先级的端口为Designated Port，低优先级的端口为Backup Port;

(7)替换端口和备份端口，连同其他不在生成树中的端口进入Discarding状态。Discarding是端口的阻塞状态，阻塞端口除了BPDU报文外，不转发业务数据，不进行源MAC学习。MSTP协议就是利用这种方法来剪切环路。

MSTP在计算过程中，端口可能会处于一种学习(Learning)状态，处于学习状态的端口，不转发业务数据，但是会进行源MAC学习，这种端口状态为过渡状态。计算稳定后，处于正常转发业务数据的端口，其状态为Forwarding。 MSTP协议根据域(Region)进行STP计算，合理划分域非常重要。域由域名(Name)、修正值(Revision Number)、VLAN与实例的映射关系(VLAN,INSTANCE)组成，只有三者都一样的互连设备才认为在同一个域中，并进行相应的STP计算。缺省时，我司设备域名为空，修正值为0，所有VLAN都映射到实例0上。MSTP协议依靠BPDU报文传递信息。在同一个域中的交换机将互相传播和接收不同生成树实例的配置信息，进行本域内STP的计算;不同域的交换机则只是传播和接收CIST的配置信息。MSTP 协议利用CIST保证全网无环路，同时利用CIST保持了与STP/RSTP的兼容性。

实验案例:

【实验名称】

多生成树协议MSTP

【实验目的】

在接入层和分布层交换机上配置MSTP并进行验证。

【背景描述】

某企业网络管理员认识到，传统的生成树协议(STP)是基于整个交换网络产生一个树形拓扑结构，所有的VLANs都共享一个生成树，这种结构不能进行网络流量的负载均衡，使得有些交换设备比较繁忙，而另一些交换设备又很空闲，为了克服这个问题，他决定采用基于VLAN的多生成树协议MSTP，现要在交换机上做适当配置来完成这一任务。

本实验采用4台交换机设备，PC1和PC3在Vlan 10中，IP地址分别为

172.16.1.10/24

和172.16.1.30/24，PC2在Vlan 20中，PC4在Vlan 40中。

【实现功能】

在实现网络冗余和可靠性的同时实现负载均衡(分担)。

【实验拓扑】

F0/1F0/1S3550-AS3550-B

F0/24F0/24F0/23F0/23

F0/23F0/23F0/24F0/24

S2126-BS2126-A

F0/1F0/2F0/1F0/2

PC3PC4PC1PC2

Vlan10Vlan40Vlan10Vlan20

【实验设备】

接入层交换机S2126G (2台)、分布层交换机S3550-24(2台)

【实验步骤】