计算网络之MSTP协议与VRRP协议

一.MSTP协议

MSTP协议出现是基于STP协议和RSTP协议的，要了解MSTP协议就需要先了解其它两个协议

首先，STP协议是交换机生成树协议，它的出现主要是为了解决二层交换机环路的问题，当多个交换机构成环路时，就会发生网络风暴，即一个数据包不断的在环路中传递，浪费交换机资源

为了解决这一问题，就诞生了生成树协议STP，有很多交换机也是自运行STP协议，如华为的，STP解决环路的主要方法是阻塞端口，

当环路存在会在交换机中选取根桥交换机，负责数据的转发，其根桥的端口都是指定端口用来发送数据的

而其它交换机就会选举出根端口或指定端口，根端口负责接收数据

当没有被选上的端口就会阻塞，即不是根端口也不是指定端口

STP也叫单生成树协议，当环路被阻塞一个端口后，其构成的网络拓扑就好比一棵树一样，但是这种STP协议由于出现早，技术不成熟，导致了它对于链路的选举十分慢

所以后面就出现了RSTP快速生成树协议，它的收敛速度很快，并且在STP的基础上增加了2种端口标识，并且把端口属性充分地按照状态和角色解耦

但是RSTP协议也是单生成树协议，它和STP应用面临相同的问题，即无法实现负载均衡

如上图：

当使用STP或RSTP协议时，以阻塞端口解除环路时，它的问题就是不能实现负载均衡，但是容灾能力依旧存在

不管是PC9还是PC10，访问LSW9和LSW10，路径都是同样的路径3，路径4，这使得路径3的开销会很大，而被阻塞的那个路径没有数据传输的开销，这就使得它们不能实现负载均衡

还有一个问题就是次优路径的问题，我们看图PC10，如果他要去LSW10应该是通过被阻塞的那条路径是最短的，但是它是被阻塞的，导致它要绕道LSW9然后到LSW10，所以就产生了链路存在最优路径，而被迫走次优路径的情况

所以为了解决这些问题，MSTP孕育而生了

MSTP出现解决了STP收敛慢的特点，又解决了RSTP不能实现负载均衡和次优路径的问题

MSTP协议也叫多生成树协议，听名字就知道，它不再是单独的一棵生成树，MSTP是基于实例来划分生成树的，实例可以有255个，每个实例中装的都是VLAN，每个实例可以装多个Vlan

这样我们大概就可以知道，MSTP中生成树就是根据Vlan来划分成的，每个实例都有自己的一些vlan，所以不同的实例就会走自己的生成树，从而不同的生成树堵塞端口也不一样

如上图：

这就是MSTP生成树协议的解除环路的方式，它不在统一构建单颗生成树，而是依旧实例vlan构建多棵生成树

由于LSW9是PC9的网关，而LSW10是PC10的网关，在通信时它们会依据生成树去找网关，这就解决了负载均衡的问题

当到达网关后，它可以沿着网关去任何一条路径，并且两个实例的路径时对立的，不存在走重的路径，这就解决了一个PC去网关需要去另外一个PC的路径借道到网关，使得发生次优路径的情况

理论我们已经清楚了，记住提到MSTP协议一定要想到多生成树，现在来看看实现

二.MSTP配置（ENSP）

配命令：

LSW9：

vlan batch 10 20
stp instance 1 root primary
stp instance 2 root secondary
stp region-configuration
 region-name huawei
 instance 1 vlan 10
 instance 2 vlan 20
 active region-configuration
interface Ethernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
interface Ethernet0/0/2
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

LSW10：

vlan batch 10 20
stp instance 1 root secondary
stp instance 2 root primary
stp region-configuration
 region-name huawei
 instance 1 vlan 10
 instance 2 vlan 20
 active region-configuration
interface Ethernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
interface Ethernet0/0/2
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

LSW11：

vlan batch 10 20
stp region-configuration
 region-name huawei
 instance 1 vlan 10
 instance 2 vlan 20
 active region-configuration
interface Ethernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10
interface Ethernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 20
interface Ethernet0/0/21
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
interface Ethernet0/0/22
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

提出MSTP协议的关键配置：

stp mode mstp

切换默认STP协议为MSTP协议

stp region-configuration

进入MSTP协议的配置

region-name huawei

配置服务为华为云服务区域名称

instance 1 vlan 10

将Vlan10加入实例1
instance 2 vlan 20

将Vlan20加入实例2
active region-configuration

激活MSTP配置

三.抓包分析MSTP

如上图：

实例10的路径是沿着LSW11  到  LSW9  在到LSW10因为ping的是对方的网关，自己的网关是LSW9

根据抓包路径就可以看到实例10是阻塞的LSW11 到  LSW10这条路径，

如果是STP协议那么实例20也应该是堵塞的这条路径，但是这是MSTP协议，我们在看看实例20的抓包，相同的也是ping对方的网关，也就是实例10的网关

如上图

实例20走的路径则是和实例10相反，为什么呢？因为多生成树协议，解决了次优路径的问题，

通过图就可以看到LSW11  到  LSW10的路径到网关是最短的，LSW10是实例20的网关，因为要先到网关再到实例10的网关

同时我们也可以发现LSW11 到 LSW9这段路径被阻塞了，然后具体分析一下

实例10堵塞的是路径：LSW11----LSW10

实例20堵塞的是路径：LSW11----LSW9

通过上面的抓包就大概可以了解到为什么MSTP是多生成树协议了吧，因为它真的生成了多棵树，而且是更具最优路径来生成树

补充：

要想实例10去网关都走LSW9，其实相对于LSW9来说，它就是实例10这颗生成树的根桥交换机，所以要想它被选为实例10的根桥交换机，就可以对其进行配置：

stp instance 10 root primary

在LSW9交换机上配置stp实例10为其根桥

相同的道理，实例20去网关都走LSW10，那么LSW10也是实例20的根桥交换机，对其配置：

stp instance 20 root primary

如上，配置LSW10后它就是实例10这颗生成树的根桥了，数据包会优先到根桥交换机，然后转发

这样它即是根桥交换机又是网关，二者兼得

四.VRRP协议

什么是VRRP协议？

VRRP叫路由冗余协议，是一种提高网络可靠性的容错协议，它可以在主机的下一跳设备故障时，及时将业务切换到备份设备，从而保证网络的正常通信

从定义中我们需要抓住一个关键字，备份，路由冗余协议需要备份什么，当然是路由

VRRP常常用于备份网关，它和MSTP协议结合使用，首先我们要知道VRRP是怎么来备份的，

它在备份的设备上设置一个网关，且优先级大于100，因为默认的VRRP虚拟接口是100，大于100则表示在本机未故障的时候优先级是最高的，而其它设备上就需要备份设置相同的网关，不更改优先级就是100，那么它就是次优网关

当然，多备份的时候，只要小于主交换机的时候，也是可以当作备份的网关

这就和浮动路由很像，有两条路径都可以到达目的地址，但是在路由表中会记录最优的那条路径，当最优路径down掉以后，另外一条次优路径才会浮起来，保证链路通畅

相同的VRRP的配置中只要主网关还存在，那么其它的网关都是浮动的，无效路由，只有主网关（优先级最高的）宕机以后，其它的备份网关才会浮起来

VRRP配置的网关也是一个在虚接口上，所以它可以在物理层上将两个或多个路由器逻辑的划分为一个，根据优先级来决定去那个路由器

这也是VRRP主要的实现方式，逻辑的将多个路由器网关构成一个网关

如上图：

当两个VRRP虚拟接口网关都存在的时候，则是优先级高的来当网关，提供网关服务

当优先级高的网关2宕机以后，备份网关1也就浮动起来了，然后由网关1来当网关，然后继续提供网关服务

VRRP实验（ENSP）

实现的目的

LSW9作为192.168.1.0网段的主网关，并且作为192.168.2.0的备份网关

LSW10作为192.168.2.0网段的主网关，并且作为192.168.1.0的备份网关

然后来看配置：

LSW9：

interface Vlanif10
 ip address 192.168.1.200 255.255.255.0
 vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254
 vrrp vrid 1 priority 200

interface Vlanif20
 ip address 192.168.2.200 255.255.255.0
 vrrp vrid 2 virtual-ip 192.168.2.254

LSW10：

interface Vlanif10
 ip address 192.168.1.200 255.255.255.0
 vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254

interface Vlanif20
 ip address 192.168.2.200 255.255.255.0
 vrrp vrid 2 virtual-ip 192.168.2.254
 vrrp vrid 2 priority 200

如上，

在交换机上配置IP地址是需要先进入Vlanif中的，如果是在路由器上配置就进入接口中就行了

首先给Vlanif增加一个IP地址，因为VRRP是虚拟接口，所以不需要直接配置在Vlanif接口上

而是在此接口上虚拟化一个VRRP，在LSW9上192.168.1.254的优先级为200，而192.168.2.254的优先级为100（默认）

且在LSW10上192.168.1.254优先级为100，192.168.2.254的优先级为200

由此LSW9为192.168.1.0的主网关，为192.168.2.0的备份网关

LSW10为192.168.2.0的主网关，为192.168.1.0备份网关

在任何一个交换机故障后，VRRP配置会使备份顶上来，维护链路完整通信。