STP – Spanning Tree Protocol erklärt

Warum brauchen wir STP?

Hier ist eine Situation, in der das Spanning Tree Protocol wichtig ist:

• Die Zuverlässigkeit (Fehlertoleranz) des Netzwerks wird durch die Einführung von Redundanz exponentiell erhöht.
• Switches überschwemmen den Datenverkehr über alle Ports, wenn der Datenverkehr an ein noch unbekanntes Ziel gesendet werden muss.
• Broadcast- und Multicast-Verkehr wird an jeden Port weitergeleitet, mit Ausnahme des Ports, an dem der Verkehr angekommen ist.
• Das Spanning-Tree-Protokoll wird verwendet, um aus einer physischen Topologie mit Schleifen eine schleifenfreie logische Topologie zu erstellen.

Wie funktioniert STP? Beispiel

Spanning Trees verwenden einen Algorithmus, um nach redundanten Links im zu suchen LAN und wählen Sie die besten Wege aus. Es wird hauptsächlich verwendet, um alle Links entweder weiterzuleiten oder zu blockieren.

Nach diesem Vorgang befinden sich wahrscheinlich alle Links ohne redundanten Link im Weiterleitungsstatus. Die redundanten Links, die nicht so gut sind wie die ausgewählten Links, würden blockieren. Spanning Tree verwendet niemals mehrere Links zum gleichen Ziel. Bei Spanning Tree gibt es keine Lastverteilungsfunktion.

Arten von STP

Hier gibt es verschiedene Arten von Spanning Tree-Protokollen:

Standard	Beschreibung	Abkürzung
IEEE 802. 1D.	Schleifenverhinderung Automatische Neukonfiguration des Baums bei Änderungen Langsame Konvergenz (bis zu 50 bps)	STP
IEEE 802. 1w	Rapid-Spanning-Tree-Protokoll Verbessertes STP mit schnellerer Konvergenz Abwärtskompatibel mit STP	RSTP
IEEE 802. 1Q	Virtuelles LAN Definieren eines gemeinsamen Spannbaums für alle VLANs	CST
Cisco Proprietäre	Pro VLAN Spanning Tree 1STP-Instanz pro VLAN PVST+ ist eine verbesserte Variante von PVST	PVRST+ oderR-PVST+
Cisco Proprietäre	Pro VLAN Rapid Spanning Tree	PVRST+ oderR-PVST+
IEEE 802.1s	Multiple Spanning Tree-Protokoll Mehrere VLAN-Instanzen sind einem STP zugeordnet.	MSTP oder Ml STP

Kriterien für Spanning Tree

Die drei Kriterien für die Spanning Tree-Schleife helfen bei der Entscheidung, ob sich die Schnittstelle im Weiterleitungsstatus befindet:

• Alle Schnittstellen auf der Root-Bridge sollten in einen Weiterleitungsstatus versetzt werden.
• Bei anderen Bridges, die nicht die Root-Bridge sind, wird der Port, der der Root-Bridge am nächsten liegt, in den Weiterleitungsstatus versetzt.
• Die Brücke mit der geringsten Administratordistanz zur Root-Brücke wird als designierte Brücke bezeichnet.

Stufe des STP-Protokolls

Die vier Stufen der Spanning-Tree-Port-Zustände sind:

Sperrzustand

Der Blockstatus ist ein nicht festgelegter Port und nimmt niemals an der Frame-Weiterleitung teil. Das Zeitlimit beträgt 20 Sekunden oder unbegrenzt. Eine Schnittstelle wechselt immer in den Blockierungszustand, wenn Sie STP aktivieren.

Zuhörender Zustand

Der Hörzustand ist der erste Zustand. Es handelt sich um eine Schnittstelle, die nach dem Sperrzustand betreten wird. Die Schnittstelle hilft Ihnen bei der Bestimmung dass die Schnittstelle, die an der Frame-Weiterleitung teilnehmen soll.

Der Abhörstatus führt die folgenden Funktionen aus:

• Verwirft am Port empfangene Frames
• Lernt keine Adressen
• Empfängt BPDUs

Lernzustand

Der Lernstatus hilft bei der Vorbereitung auf die Teilnahme an der Frame-Weiterleitung. Die Schnittstelle ermöglicht es uns, den Lernstatus von der Hörliste aus einzugeben.

Der Lernzustand führt die folgenden Funktionen aus:

• Verwirft am Port empfangene Frames
• Empfängt BPDUs
• Lernt Adressen

Weiterleitungsstatus

Eine Schnittstelle im Weiterleitungszustand bildet die Weiterleitungsframes. Diese Schnittstelle wechselt vom Lernzustand in den Weiterleitungszustand, der die folgenden Funktionen ausführt:

• Empfängt und leitet Frames weiter, die am Port empfangen werden
• Lernt Adressen
• Empfängt BPDUs

Behinderter Zustand

Dieser Zustand nimmt nicht an der Spanning Tree-Schleife teil, da der Port administrativ deaktiviert ist und sein Timing ebenfalls unbegrenzt ist.

Eine deaktivierte Schnittstelle führt die folgenden Funktionen aus:

• Verwirft am Port empfangene Frames
• Lernt keine Adressen
• Empfängt keine BPDUs

Wichtige Begriffe, die im Spanning Tree Protocol verwendet werden

Hier werden einige wichtige Begriffe verwendet

Bridge

Bridge ist eine wichtige Komponente von VTP, die zwei oder mehr LAN-Segmente verbindet.

Root Bridge (RB)

Es ist die Brücke, die einen Verbindungspunkt für alle Segmente bietet. Alle Bridges in einem LAN haben einen Pfad zum Root. Mit STP können Sie die Root-Bridge automatisch auswählen. Wenn der STP-Netzwerkadministrator dies jedoch wünscht, kann er oder sie den RB entsprechend dem Netzwerk ändern.

Nicht-Root-Brücke (NRB)

Eine Noon-Root-Bridge ist jede Bridge, die nicht die Root-Bridge ist.

Root-Port (RP)

Der Root-Port ist ein Port, der zur Root Bridge führt.

Designierter Port (DP):

Jedes LAN-Segment verfügt über einen designierten Port. Jede Bridge empfängt außerdem die Frames vom DP und leitet sie über ihren RP an die Root Bridge weiter.

Port-ID:

Die Port-ID hilft Ihnen bei der Entscheidung über den Root-Port. Es besteht aus einem konfigurierbaren 1-Byte-Prioritätswert und einer eindeutigen Portnummer jeder Bridge.

Pfadkosten (PC):

Path Cost, auch PC genannt, hilft bei der Entscheidung über die beste Topologie im Hinblick auf die Weiterleitungsgeschwindigkeit. STP verwendet das Konzept der Pfadkosten.

Ausgewiesene Häfen

Ein ausgewiesener Port ist ein deaktivierter Port und wird von einem Netzwerkadministrator blockiert. Dieser Port kann kein Paket an einen anderen Switch senden. Es handelt sich auch nicht um eine ausgefüllte MAC-Adresse in der MAC-Tabelle.

Nicht ausgewiesene Ports

Ein nicht designierter Port ist ein Switch-Port, der blockiert ist. Er wird auch als blockierter Port oder manchmal auch als alternativer Port bezeichnet. Es kann keine Pakete an den nächsten Switch weiterleiten. Es füllt auch nicht die MAC-Adresse in der MAC-Tabelle.

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) ist ein Netzwerkprotokoll, das eine schleifenfreie Topologie für Ethernet-Netzwerke gewährleistet.

Bridge Protocol Data Units (BPDU)

Das Spanning Tree Protocol erfordert, dass ein STP-Netzwerkgerät Nachrichten austauscht, um eine schleifenfreie Logiktopologie zu unterstützen. Diese Nachrichten werden BPDUS (Bridge Protocol Data Units) genannt. Jedes Netzwerkgerät sendet BPDUs, die den Austausch von Topologieinformationen erleichtern.

BPDUS unterstützt Switches bei Folgendem:

• Wählen Sie einen einzelnen Switch aus, der als Wurzel des Spanning Tree fungiert
• BPDUS hilft auch dabei, den kürzesten Weg von sich selbst zum Root-Switch zu berechnen, der für jedes LAN-Segment als einer der Switches bezeichnet wird, der dem Root am nächsten liegt.
• Wählen Sie einen seiner Ports als Root-Port aus (wenn es sich um einen No-Switch handelt).
• Nehmen Sie die Ports auf, die Teil des Spanning-Tree-Algorithmus sind und als designierte Ports bezeichnet werden.
• Blockiert die nicht zugewiesenen Ports.

Konfigurations-BPDU

Es handelt sich um eine eindeutige Bridge-ID des Root-Geräts in der Netzwerktopologie. Es fungiert als Bridge-ID der sendenden Bridge, als Kennung des sendenden Ports.

Topology Change Notification (TCN) BPDU

Ein Netzwerkgerät wird als Root-Bridge ausgewählt. Für jedes Netzwerkgerät sollte anhand der Pfadkosten die kürzeste Entfernung zur Root-Bridge berechnet werden.

Für jedes LAN-Segment wird eine bestimmte Bridge ausgewählt. Dies ist auch das Netzwerkgerät, das der Root-Bridge am nächsten liegt, daher sollte es an die Root weitergeleitet werden. Dies ist der Port, der den besten Pfad von der Bridge zu jeder Root-Bridge bietet.

Unterschiede zwischen STP und RSTP

STP	RSTP
Bei STP sendet die Bridge nur dann eine BPDU, wenn sie auf ihrem RP (Root-Protokoll) von RB (der Root-Bridge) überprüft wird.	RSTP ermöglicht es dem Switch, bei jeder Hallo-Zeit BPDU zu senden.
STP umfasst zwei Porttypen: Root-Port und Designated Port	Die RSTP-Methode umfasst zusätzliche Ports, alternative Ports und Backup-Ports.

Zusammenfassung

Das STP-Protokoll ist als Link-Management-Protokoll definiert, das zur Unterstützung redundanter Links entwickelt wurde und Schaltschleifen im STP-Netzwerk verhindert.

Staat	Beschreibung	Verarbeiten Sie BPDUs	Lernen Sie MAC
Inti	Initialisierung eines Ports.	NEIN	NEIN
Deaktiviert	Verwaltungsstaat, der nicht am STP-Standardbetrieb teilnimmt.	NEIN	Nein
Blockierung	Der Port leitet keine Ethernet-Frames weiter.	Ja (nur BPDUS empfangen und verarbeiten)	Nein
Hören	In diesem STP-Zustand wird die Berechnung der schleifenfreien Topologie durchgeführt. Dem Port wird seine Rolle zugewiesen.	Ja (BPDUS senden und empfangen)	NEIN
Lernen	Dies ist ein zusätzlicher Zustand, um die Weiterleitung von Ethernet-Frames zu verzögern, wodurch Sie eine Überlastung des Netzwerks vermeiden können.	Ja	Ja (beliebte MAC-Adresstabelle)
Weiterleitung	Normaler Vorgang zum Weiterleiten von Ethernet-Frames.	Ja	Ja