一、MSTP在数据中心服务器接入中的典型应用

数据中心网络架构的越来越扁平化，这种架构弱化了汇聚交换机的功能，在很多数据中心中，通过接入交换扩展服务器的接入数量，然后通过核心交换进行高速二层传输。在这种二层网络中，STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）为广泛采用的环路避免协议。

服务器接入的传统应用中有如下两种方式：

图1：两种MSTP应用组网

第一种拓扑我们称之为“矩形设计”，核心和接入交换机上均使能STP，没有单点故障，扩展性也比较好。但是，它存在的问题是，当其中一台接入交换机（比如左侧的接入交换机）的上行链路存在故障时，这台接入交换机的上行流量均要通过右侧接入交换机上行，那么右侧接入交换机的上行链路则可能存在拥塞。

第二种拓扑我们称之为“三角形组网”，同样使能STP，接入交换机均双上行到两台核心交换，在其中一台接入上行链路故障时，可通过STP快速切换到另外一条上行链路，避免了第一种拓扑中的上行拥塞问题，因此，这种拓扑在实际应用中得到了更为广泛的应用。后文的较佳实践举例中我们也采用了这种拓扑。

二、MSTP的生成树计算方法简单回顾

首先简单回顾下MSTP的运行的基本原理。MSTP将整个二层网络划分成不同的域（MST Region），一个域我们可以看出一个节点，如图2所示，整个网络就简化成了右侧的简单的4个节点的连接，我们称之为CST（Common Spanning Tree，公共生成树），CST为避免环路，采用的是RSTP协议进行的生成树计算，这是域间的计算方法。

图2： CST（公共生成树）

在域内，不同的域各自计算自己的多生成树，互相不干扰，相同的域内，按照实例（instance）分成不同的生成树，一个instance计算出一个生成树来，我们把图2中的Region1 来放大至图3，假如Region1 包含两个实例，instance1对应的VLAN为VLAN11至VLAN20，instance2对应的VLAN为VLAN21至VLAN30。

图3：稳定状态下的网络状态拓扑

核心交换机Core-1为Region1中instance1的域根，同时为instance0的根（即CIST ROOT，用于CST的计算），核心交换机Core-2为Region1中instance2的域根。那么，在稳定的状态下，我们分别得到图3所示的两个实例下的状态拓扑图：在instance1中，接入交换机LSW-1和LSW-2的右侧上行链路被阻塞，VLAN11-20的数据通过左侧的链路上行；在instance2中，状态相反，左侧的链路被阻塞，VLAN21-30的数据通过右侧链路上行。这样，不同VLAN的数据实现了负载分担和相互备份。

在实际的应用中,MSTP往往与VRRP配合起来使用，比如，在上图中，我们往往将VLAN 11-20的VRRP的Master设置在Core-1上，VLAN21-30的VRRP Master设置在Core-2上，这样，就形成了两种不同走向的数据流：

图4：MSTP中数据流的走向

三、MSTP中VLAN扩容的操作

下面，我们来考虑在MSTP中进行VLAN扩容，比如数据中心先前在规划的时候，只规划了VLAN11-30这20个VLAN，后续随着业务的不断发展，需要增加新的业务，要增加VLAN 31-100这70个VLAN。而现网又是有业务在运行，如何在最现网中增加这70个VLAN而又最大程度的减少业务的中断时间呢？这就是我们要下面要讨论的核心内容。

增加VLAN，实际上是改变了instance与VLAN的映射关系，也就是改变了MST Region，因为MST Region是通过instance与VLAN的映射关系通过散列算法计算出来的，这样我们在增加VLAN过程中相当于人为地把一个MST Region分裂成了两个MST Region（一个是没有增加VLAN的，一个是增加VLAN后的）。以先在接入交换机LSW-1中增加VLAN31-100与instance的对应关系为例，如图5:

图5：在LSW-1的instance中增加VLAN

为了便于说明，图中我们仅举了一台接入交换机LSW-1。本来网络所有设备属于同一个的MST Region，现在分裂成两个MST Region，我们称之为Region A和Region B，LSW-1因为VLAN与instance的映射关系与其它交换机不同而单独属于Region B。

现在来看CST的计算，由于我们将Core-1设置为了整个网络的总根（CIST Root），因此，Region B到Region A的两个通路必定有一个被阻塞，如图5，LSW-1的Port2被阻塞，LSW-1上的先前所有的业务都要通过Port1上行，对比图3中的状态，相当于VLAN21-30的流量要从Port2上行切换到Port1上行，VLAN11-20的依然通过Port1上行，保持不变。这个切换时间还是比较快的。

下面来看如果单独修改核心交换机Core-2的配置的情况，修改后CST的生成树状态如下：

图6：修改Core-2导致流量中断

Core-2的Port1被选成 Master Port，为Forwarding状态；Core-2的Port2端口变成discarding，接入交换机LSW-1的Port2在instance2中依然为forwarding状态，对应的流量依然通过此端口上行（见图3和图4）。此时LSW-1属于原来的Region A，而Core-2属于另外一个Region B，LSW-1的Port2无法收到Region A的instance2的BPDU报文，一直等待到BPDU超时。这个等待超时的过程长达18秒（视厂家不同超时时间略不相同），使得原instance 2对应的VLAN 21-30的流量中断。

从上面的两个例子可以看出，在现网中直接增加VLAN会导致流量多次的倒换和中断，并且在有些步骤中流量的倒换时间过长。

那么，如何解决在修改过程中经过MSTP计算导致的流量倒换时间过长问题？我们不妨改变一下思路，在修改前主动地将环路破坏掉，提前将流量切换到期望的走向（比如，在接入交换机上，提前将流量全部切换到Port1上）。在无环路的情况下，无论怎么修改LSW-1，MSTP中的端口状态都不会改变了，这样流量就不会因为MSTP协议的计算导致不可控的中断。破坏这种环路的方法很简单，只要手动关闭掉LSW-1上的Port2端口即可。

四、小结

根据上面的思路，我们在对图4所示的MSTP应用进行VLAN扩容的时候，较佳的操作步骤应该为：

第一步：依次手动关闭所有接入交换机的其中一个上行端口，使流量倒换；

第二步：依次修改接入交换机的instance与VLAN的映射，增加VLAN，MST Region分裂，但是流量走向不因配置而改变。

第三步：在最短的时间内修改核心交换机的instance与VLAN的映射，与接入交换机形成相同的MST Region；

第四步：依次手动恢复接入交换机的上行端口，网络恢复正常。

另外，由于在MSTP中增加和删除VLAN对于MSTP产生的效果是一样的（MST Region分裂），因此，上述步骤同样适用于在MSTP中进行删除VLAN的操作。