摘要： 本文從職業(yè)院校技能競賽背景出發(fā)，結(jié)合實際訓(xùn)練實例，突破競賽中的重點和難點，以銳捷公司的設(shè)備為載體，具體介紹了多生成樹協(xié)議MSTP在實例的運用，來具體講解MSTP的原理和配置，在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余和可靠性的同時實現(xiàn)負載均衡，這對于提升我校學(xué)生計算機技能比賽能力有重要的意義。
　　關(guān)鍵詞： 多生成樹協(xié)議MSTP 網(wǎng)絡(luò)冗余 負載均衡
　　1.實驗背景
　　某企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理員認識到，傳統(tǒng)的生成樹協(xié)議(STP)是基于整個交換網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一個樹形拓撲結(jié)構(gòu)，所有的VLANs都共享一個生成樹，這種結(jié)構(gòu)不能進行網(wǎng)絡(luò)流量的負載均衡，使得有些交換設(shè)備比較繁忙，而另一些交換設(shè)備又很空閑。為了克服這個問題，他決定采用基于VLAN的多生成樹協(xié)議MSTP，現(xiàn)要在交換機上做適當配置來完成這一任務(wù)。
　　本實驗采用4臺交換機設(shè)備，PC1和PC3在Vlan 10中，IP地址分別為172.16.1.10/24和172.16.1.30/24，PC2在Vlan 20中，PC4在Vlan 40中。
　　2.實驗功能
　　在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余和可靠性的同時實現(xiàn)負載均衡（分擔(dān)）。
　　3.實驗設(shè)備
　　接入層交換機S2126G （2臺）、分布層交換機S3550-24（2臺）
　　4.實驗理論知識背景
　　STP（生成樹協(xié)議）、RSTP（快速生成樹協(xié)議）、MSTP（多生成樹協(xié)議），這三個協(xié)議都是二層交換網(wǎng)絡(luò)中為了防止環(huán)路和實現(xiàn)鏈路冗余而設(shè)計的，下面介紹它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。
　　STP、RSTP、MSTP基本概念：
　　4.1STP（802.1d）
　　STP協(xié)議生來就是為了冗余而存在的，單純樹型的網(wǎng)絡(luò)無法提供足夠的可靠性，由此我們引入了額外的鏈路，這才出現(xiàn)了環(huán)路這樣的問題。但單純是標準的802.1D STP協(xié)議并不能實現(xiàn)真正的冗余與負載分擔(dān)。
　　STP為IEEE 802.1D標準，它內(nèi)部只有一棵STP tree，因此必然有一條鏈路要被blocking，不會轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只有另外一條鏈路出現(xiàn)問題時，這條被blocking的鏈路才會接替之前鏈路所承擔(dān)的職責(zé)，做數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。無論怎樣，總會有一條鏈路處于不被使用的狀態(tài)，冗余是有了，但是負載分擔(dān)是不可想象的。
　　cisco對STP做了改進，它使得每個VLAN都運行一棵stp tree，這樣第一條鏈路可以為vlan 1 2 3服務(wù)，對vlan 4 5 6 blocking，第二條鏈路可以為vlan 4 5 6 forwarding，對vlan 1 2 3關(guān)閉，無形中實現(xiàn)了鏈路的冗余，負載分擔(dān)。這種技術(shù)被稱之為PVST+隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的STP協(xié)議無法滿足主備快速切換的需求，因為STP協(xié)議將端口定義了5種狀態(tài)，分別為：blocking listening learning forwarding disabling，想要從blocking切換至forwarding狀態(tài)，必須要經(jīng)過50秒的周期，這50秒我們只能被動地去等待。20秒的blocking狀態(tài)下，如果沒有檢測到鄰居發(fā)來的BPDU包，則進入listening，這時要做的是選舉Root Bridge、Designate Port、Root Port，15秒后，進入learning，learning狀態(tài)下可以學(xué)習(xí)MAC地址，為最后的forwarding做準備，同樣是15秒，最后到達轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。這樣的延時在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下是讓人極為難以忍受的。
　　4.2RSTP（802.1w）
　　RSTP的出現(xiàn)解決了延時的問題，它的收斂速度很快，當然CISCO也針對這種技術(shù)推出了自己的RPVST+技術(shù)。RSTP在STP基礎(chǔ)上額外定義了兩種port role（注意這里的概念，端口角色），分別是alternate與backup。另外重新規(guī)定了port state（端口狀態(tài)），分別為discarding、Learning、Forwarding.
　　STP的一大失敗之處在于混淆了port role與port state兩種概念，在RSTP上，這樣的問題不再存在了，port state與port role無關(guān)了。alternate port責(zé)任是為另一臺交換機上的鏈路作備份，而backup port是為本交換機上的端口作備。
　　RSTP最重要的變化在于對BPDU中type字段的利用上，之前STP只使用了其中的兩個位，另外6個位中實現(xiàn)了很多的功能，包括不再需要去等待50秒的時間完成主備切換，直接利用proposal與agreement協(xié)商即可，這樣大大縮短了收斂時間。
　　RSTP還定義了兩個新的概念：edge port與link type，如果是edge port，表明下面接的只能是主機，環(huán)路的存在是不可能的，所以我們可以直接將其從discarding切換到forwarding狀態(tài)，類似于STP中的port fast技術(shù)。而link type定義了這條鏈路是point-to-point的還是shared。如果有pt-pt環(huán)境下，我們就可以快速地進行切換了。
　　4.3MSTP（802.1s）
　　STP和RSTP都采用了一棵STP tree，負載分擔(dān)不可實現(xiàn)，而CISCO的PVST+與RPVST+采用了每個VLAN一棵生成樹，雖然實現(xiàn)了負載分擔(dān)，但是會占用非常多的CPU時間。這也正是MSTP（802.1s）產(chǎn)生的原因。
　　MSTP可以將多個VLAN的生成樹映射為一個實例，即vlan map to a instance，我們不需要那么多的生成樹，只需要按照冗余鏈路的條數(shù)來得出需要幾棵生成樹。
　　如果只有兩條鏈路，并且有1-1000個VLAN，我們可以將1-500定義為instance 1，將501-1000定義到instance 2。只生成兩棵樹1和2，同樣實現(xiàn)了冗余與負載分擔(dān)。
　　MSTP是基于RSTP的，沒有RSTP，MSTP是無法運行的。
　　4.4STP、RSTP、MSTP的對比分析總結(jié)
　　4.4.1STP不能使端口狀態(tài)快速遷移，即使是在點對點鏈路或邊緣端口，也必須等待2 倍的Forward delay 的時間延遲，端口才能遷移到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。
　　4.4.2RSTP可以快速收斂，但是和STP 一樣存在以下缺陷：局域網(wǎng)內(nèi)所有網(wǎng)橋共享一棵生成樹，不能按VLAN 阻塞冗余鏈路，所有VLAN 的報文都沿著一棵生成樹進行轉(zhuǎn)發(fā)。
　　4.4.3MSTP將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)修剪成為一個無環(huán)的樹型網(wǎng)絡(luò)，避免報文在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的增生和無限循環(huán)，同時還提供了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的多個冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中實現(xiàn)VLAN 數(shù)據(jù)的負載均衡。
　　4.4.4MSTP兼容STP 和RSTP，并且可以彌補STP 和RSTP的缺陷。它既可以快速收斂，又能使不同VLAN的流量沿各自的路徑分發(fā)，從而為冗余鏈路提供了更好的負載分擔(dān)機制。
　　5.實驗步驟
　　第一步：配置接入層交換機S2126-A
　　【注意事項】
　　* 對規(guī)模很大的交換網(wǎng)絡(luò)可以劃分多個域（region），在每個域里可以創(chuàng)建多個instance（實例）；
　　* 劃分在同一個域里的各臺交換機須配置相同的域名（name）、相同的修訂號（revision number）、 相同的 instance-vlan 對應(yīng)表；
　　* 交換機可以支持65個MSTP instance，其中實例0是缺省實例，是強制存在的，其他實例可以創(chuàng)建和刪除；
　　* 將整個spanning-tree恢復(fù)為缺省狀態(tài)用命令spanning-tree reset 。
　　6.重點分析與總結(jié)
　　MSTP技術(shù)可以認為是STP和RSTP技術(shù)的升級版本，除了保留低級版本的特性外，考慮到MSTP是基于VLAN的多生成樹協(xié)議，就是在多個VLAN各自設(shè)置生成樹協(xié)議，這樣就引入了實例和域的概念，實例為VLAN的組合，這樣就可以針對一個或多個VLAN進行生成樹運算，從而不會阻斷網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)保留的鏈路，同時讓各實例的數(shù)據(jù)經(jīng)由不同的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的負載均衡。
　　參考文獻：
　?。?］張選波，王東，張國清.設(shè)備調(diào)試與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實驗指南.第一版.北京:科學(xué)出版社，2009.4.
　?。?］方洋，李文宇，張選波.RCNP實驗指南：構(gòu)建高級的交換網(wǎng)絡(luò).第一版.北京:電子工業(yè)出版社，2008.7.
　?。?］張文庫主編.企業(yè)網(wǎng)搭建及應(yīng)用.第二版.北京電子工業(yè)出版社，20011.