B07【多链路问题】生成树协议之MSTP与其他技术概要
前言
STP是一个相对老旧的标准，RSTP虽然在STP的基础上进行了一定程度的优化，但是依然与STP一样存在一个较大的短板，即其基本原理是将环路中的某个或者某些接口进行阻塞，这将直接导致被阻塞的链路无法承载业务流量，从而造成网络资源的浪费，而且还有可能造成部分VLAN的报文无法转发。
MSTP在这方面进行了改良，MSTP增加了对vlan技术的识别，通过生成多棵树使得不同 VLAN 的流量可以在不同的链路上进行负载分担。
不过对于单个VLAN而言，始终存在某条或者某些链路无法承载其流量的情况。因此在现代园区网络中，还有许多其他技术或者解决方案已经被用于替代生成树技术。
这就是后面会介绍的smart link、堆叠与集群，甚至未来介绍的VRRP也可以算这类解决方案。
MSTP
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（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）。
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。
MSTP是由RSTP升级而来的，RSTP持有的原理与特性MSTP都持有并且也一致，因此不再做介绍，本文着重介绍MSTP中的“M”（多实例、多生成树）。
此外，关于MSTP是如何基于实例/vlan进行生成树计算的，大体上也是基于BPDU进行比较优先级等信息，但碍于篇幅，本文也不做介绍。
概念
在以太网中部署MSTP协议后可实现如下功能：
- 形成多棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。
- 多棵生成树在VLAN间实现负载均衡，不同VLAN的流量按照不同的路径转发。
如果以某一个vlan为视角，则它眼中只存在一棵生成树。
MSTP可以将整个二层网络划分为多个MST域，并将每个MST域作为单台交换设备对待，在MST域间通过计算生成CST（Common Spanning Tree，公共生成树）。
在MST域内，MSTP根据VLAN和生成树实例的映射关系，针对不同的VLAN生成不同的生成树实例MSTI（Multiple Spanning Tree Instance）。
其中实例0的MSTI称为IST（Internal Spanning Tree，内部生成树），一般默认所有vlan都处于实例0内。
所有MST域的IST加上CST就构成一棵完整的生成树，即CIST（Common and Internal Spanning Tree，公共和内部生成树）。
一般来说，只使用一个MSTI域即可。
具体情况等我们介绍案例就能明白了，先看一下配置命令。
配置
执行命令system-view，进入系统视图。
执行命令stp enable，使能交换设备的生成树功能。
默认情况下，设备的生成树功能处于启用状态。
执行命令stp mode mstp，配置交换设备生成树协议的工作模式为MSTP。
默认情况下，交换设备的工作模式为MSTP。
执行命令stp region-configuration，进入MST域视图。
执行命令region-name name，配置MST域的域名。
默认情况下，MST域的域名等于交换设备桥MAC的MAC地址。
选择执行以下两个步骤中的其中一个，配置多生成树实例与VLAN的映射关系。
- 执行命令instance instance-id vlan { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] }，手动配置多生成树实例和VLAN的映射关系。
- 执行命令vlan-mapping modulo modulo，配置多生成树实例和VLAN按照缺省算法自动分配映射关系。
默认情况下，MST域内所有的VLAN都映射到生成树实例0。
vlan-mapping modulo modulo是指VLAN ID减1后除以modulo值的余数再加1，即(VLAN ID-1)％modulo+1。通过此算法来分配到对应的实例中，即余数加1为几就将此VLAN分配到实例几中。
当需要配置生成树实例与MUX VLAN间的映射关系时，建议同一个MUX VLAN下的主VLAN、互通型和隔离型从VLAN配置在同一个生成树实例下，否则可能导致部分环路。
一般建议使用手动配置。
（可选）执行命令revision-level level，配置MST域的MSTP修订级别。
默认情况下，MST域的MSTP修订级别为0。
MSTP是标准协议，各厂商设备的MSTP修订级别一般都默认为0。
如果某厂商的设备不为0，为保持MST域内计算，在部署MSTP时，需要将各设备的MSTP修订级别修改为一致。
执行命令active region-configuration，激活MST域的配置，使以上配置生效。如果不执行本操作，以上配置无法生效。
如果在激活后又修改了交换设备的MST域相关参数，可再次执行该命令以使修改后的参数生效。
修改MST域配置时，在执行active region-configuration前，请先执行check region-configuration，确定未生效的域参数配置是否正确；在执行active region-configuration后，请关注设备上是否有激活失败的提示信息，如果有激活失败的提示信息，请重新进行MST域配置以确保配置正确。
如果要指定根桥与备份根桥：
执行命令system-view，进入系统视图。
（可选）执行命令stp [ instance instance-id ] root primary，配置当前设备为根桥设备。
配置后该设备优先级值自动为0，将不能更改设备优先级。
如果不指定instance，则配置设备在实例0上为根桥设备。
（可选）执行命令stp [ instance instance-id ] root secondary，配置当前交换设备为备份根桥设备。
配置后该设备优先级值自动为4096，将不能更改设备优先级。
如果不指定instance，则配置设备在实例0上为备份根桥设备。
案例
现使用四台交换机互联，链路上放行的vlan如图所示，再配置右侧的MSTP命令。
我们使用display stp brief命令检查一下当前MSTP的状态信息。
[MSTID]为前面配置的实例；[Role]为端口的状态，我们前面在STP/RSTP中学习过的[ROOT]:根端口、[DESI]:指定端口、[ALTE]:备用端口（阻塞端口）。
1 | [SW1]display stp brief |
1 | [SW2]display stp brief |
1 | [SW3]display stp brief |
1 | [SW4]display stp brief |
根据以上的状态信息，我们可以知道MSTP将拓扑生成出了以下五个MSTI：
实例0的MSTI树用于未划vlan或者未处于其他实例中的vlan的数据传输。
实例1为vlan10使用的，实例2为vlan20使用的，实例3为vlan30使用的，实例4为vlan40使用的。
Smart Link和Monitor Link
虽然MSTP很好用，但它作为生成树协议，它还有一个短板——其收敛速度依旧有限，不能尽量保证业务通信无感知，接下来介绍一个更为有效的技术。
Smart Link，又叫做备份链路。一个Smart Link由两个接口组成，其中一个接口作为另一个的备份。
Smart Link常用于双上行组网（也就是成“v”状，一台设备连接了两台设备），提供可靠高效的备份和快速的切换机制。
Smart Link技术有以下优点：
- 能够实现在双上行组网的两条链路正常情况下，一条链路处于转发状态，而另一条处于阻塞待命状态，从而可避免环路的不利影响。
- 配置和使用更为简洁，便于用户操作。
- 当主用链路发生故障后，流量会在毫秒级的时间内迅速切换到备用链路上，极大限度地保证了数据的正常转发。
在一些组网中，Smart Link无法监视到上行接口的状态，从而导致拓扑协议无法进行链路切换。
Monitor Link组也叫监控链路组，由上行接口和下行接口共同组成；它通过监控设备的上行接口，根据其Up/Down状态的变化来触发下行接口Up/Down状态的变化
因而可以在相连的上行设备上配置Monitor Link，通过监控上行链路对下行链路进行同步设置，达到上行链路故障迅速传达给下行设备，从而触发下游设备上的Smart Link进行链路的切换，防止长时间因上行链路故障而出现流量丢失。
如图所示，对于SW4来说，配置连接SW2与SW3的两台链路为一个Smart Link。实现使用主链路通信，备用链路堵塞；当SW4检查到主链路故障时，切换为备用链路。
但如果故障点在SW1与SW2的链路上（假设SW2与SW4的链路为Smart Link的主链路），那么SW4是无法检查到该故障，依旧会使用主链路进行通信。
而在SW2与SW3上配置Monitor Link后，当它们发现与SW1的链路发生故障后，就会将与SW4相连的接口关闭，从而让SW4发现链路故障，进而触发Smart Link的主备切换。
如果在同一个组网中，同一时刻双上行链路中只有一条处于转发状态，另一条链路不承载流量，则链路利用率只有50%。
Smart Link支持负载分担实例，可以配置指定实例对应的VLAN数据通过备用链路进行转发（其他vlan流量从主链路转发），使得主链路和备份链路承载不同VLAN数据流量的转发，达到负载分担的目的。
配置
Smart Link
注意：如果要配置Smart Link，要先进去对应的接口下执行命令stp disable关闭当前接口的STP功能。
如果不关闭接口的STP功能，接口将无法加入Smart Link组。
基本功能配置：
执行命令system-view，进入系统视图。
执行命令smart-link group group-id，创建并进入Smart Link组视图。设备最多支持创建16个Smart Link组。
（可选）执行命令protected-vlan reference-instance { instance-id1 [ to instance-id2 ] }，配置Smart Link组保护实例。
配置了Smart Link组的保护实例之后，Smart Link功能只对保护实例中映射的VLAN数据有效。
如果不配置Smart Link组绑定保护实例，则Smart Link功能对所有VLAN数据有效。
执行命令port interface-type interface-number master，将指定接口加入Smart Link组，并配置为主接口。
执行命令port interface-type interface-number slave，将指定接口加入Smart Link组，并配置为从接口。
一个Smart Link组包括一个主接口和一个从接口。
（可选）执行命令smart-link hold-time hold-time，配置Smart Link倒换的延时时间。
默认情况下，延时时间为0秒，即立刻倒换。
（可选）执行命令restore enable，使能Smart Link组的回切功能。
默认情况下，Smart Link组回切功能处于关闭状态。
当Smart Link组中主链路出现故障时，会自动倒换到备链路。
当原主链路故障恢复后，为了保持流量稳定，它将维持在阻塞状态，不进行抢占。
（可选）执行命令timer wtr wtr-time，设置Smart Link组回切时间。
默认情况下，Smart Link组回切时间为60秒。
执行命令smart-link enable，启用Smart Link组功能。
负载分担配置：
执行命令system-view，进入系统视图。
执行命令stp region-configuration，进入MST域视图。
执行命令instance instance-id vlan { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] }，配置实例和VLAN的映射关系。
默认情况下，所有的VLAN都映射到Instance 0。且Instance 0为默认配置，不需要创建。
执行命令active region-configuration，激活MST域的配置。
执行命令quit，返回系统视图。
执行命令smart-link group group-id，进入Smart Link组视图。
执行命令load-balance instance { instance-id1 [ to instance-id2 ] } slave，用来配置该实例绑定的VLAN报文从备用接口发送，实现负载分担方式。
Monitor Link
执行命令system-view，进入系统视图。
执行命令monitor-link group group-id，创建并进入Monitor Link组视图。
执行命令port interface-type interface-number uplink ，配置单接口为Monitor link组的上行接口。
或者执行命令smart-link group group-id uplink，配置Smart Link组为Monitor Link组的上行链路。
如果要将Smart Link组加入到Monitor Link组中，需要先将Monitor Link组中已经存在的上行链路接口删除。
执行命令port interface-type interface-number downlink [ downlink-id ] ，配置单接口为Monitor link组的下行接口。
（可选）执行命令timer recover-time recover-time，配置自动回切时间。
默认情况下，Monitor Link组的回切功能处于启用状态，且默认回切时间为3秒。
案例
以图中拓扑为例，SW4将上行到SW2与SW3的链路加入Smart Link组，并选择SW2为主链路。
为了避免上行交换机的上行链路故障，SW4无法发现并切换链路；在上行交换机上配置Monitor Link。
另外SW的上行链路也有两条，因此也配置为Smart Link组。
先配置SW4的Smart Link：
1 | <Huawei>system-view |
配置SW3的Monitor Link：
1 | <Huawei>system-view |
配置SW2的Smart Link和Monitor Link：
1 | <Huawei>system-view |
堆叠与集群
本文仅接受堆叠与集群的概念，暂不介绍具体的原理与配置。
堆叠Stack是指将多台支持堆叠特性的交换机通过堆叠线缆连接在一起，从逻辑上变成一台交换设备，作为一个整体参与数据转发。
而集群CSS (Cluster Switch System）与堆叠类似，只是集群是特指用于框式交换机上的技术。
该拓扑只是介绍概念，实际现网不会这么连接，因为如果交换机A故障了，那么交换机A下的用户就断网了。
一般来说，堆叠都是使用在汇聚层/核心层交换机上，下行的交换机连接着堆叠组的交换机；这样配置堆叠后，再使用链路聚合即可达到冗余备份与带宽提高的目标。
整体上看，在中大型企业网络结构中，堆叠/集群的应用如下：
堆叠与集群是属于交换设备上的，在路由设备上也有类似的方案——VRRP，这个我们之后单独介绍。