Spanning Tree Protocol erklärt | Schritt für Schritt

Table of Contents

• Einleitung 🌟
• Was ist Spanning Tree Protocol (STP)?
  • Arten des STP
• Warum ist STP wichtig?
• Probleme bei Schleifen und ihre Lösungen
  • Broadcast-Sturm
  • Unstabile MAC-Adresstabellen
  • Duplikatrahmen
• Der STP-Wahlprozess
  • Wahl des Wurzel-Switches
  • Wahl des Routen-Ports
  • Wahl der Designated Ports
  • Blocking-Ports
• Konvergenzzeit und Timer
• Rapid STP
• Vor- und Nachteile des Spanning Tree Protokolls
• Anwendungen und Implementierung des STP
• Fazit 🌟

🌟 Einleitung

Herzlich willkommen zu unserem Artikel über das Spanning Tree Protocol (STP)! In diesem Artikel werden wir uns ausführlich mit dem STP befassen. Das Spanning Tree Protocol ist ein wichtiges Thema für die CCNA-Prüfung und kann zunächst einschüchternd wirken. Keine Sorge, wir werden Ihnen Schritt für Schritt erklären, wie das STP funktioniert und warum es so wichtig ist. Beginnen wir mit einer Einführung, um das Thema zu umreißen.

Was ist Spanning Tree Protocol (STP)?

Das Spanning Tree Protocol, auch bekannt als STP, ist ein Verfahren zur Vermeidung von Schleifen bei der Verwendung von redundanten Switches. Ein Netzwerk mit Schleifen kann zu einer Vielzahl von Problemen führen. STP verhindert diese Schleifen, indem es redundante Verbindungen blockiert und nur eine einzige aktive Verbindung zulässt. Durch die Blockierung von Ports und die Auswahl des besten Weges zur Verbindung kann das STP einen stabilen und zuverlässigen Netzwerkbetrieb gewährleisten.

Arten des STP

Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Arten des STP entwickelt. Die Hauptarten sind:

• Standard STP oder 802.1d
• PVST (Per VLAN Spanning Tree)
• Rapid PVST (Rapid Per VLAN Spanning Tree)

Jede dieser Arten hat ihre eigenen Besonderheiten und Merkmale, aber sie folgen alle einem ähnlichen Prinzip. In diesem Artikel werden wir uns hauptsächlich auf das Standard STP konzentrieren, da es das grundlegende Konzept am besten erklärt.

Warum ist STP wichtig?

STP ist von entscheidender Bedeutung für die Stabilität und den reibungslosen Betrieb von Netzwerken, insbesondere in großen Netzwerken mit vielen Switches und VLANs. Es verhindert das Auftreten von Schleifen, die zu Störungen des Netzwerkverkehrs, Überlastungen und Abstürzen führen können. Indem es redundante Verbindungen blockiert und den besten Weg zur Wurzel des Baums auswählt, gewährleistet das STP eine effiziente Netzwerknutzung und verhindert Ausfälle.

Probleme bei Schleifen und ihre Lösungen

Schleifen in einem Netzwerk können schwerwiegende Probleme verursachen, darunter Broadcast-Stürme, instabile MAC-Adresstabellen und das Auftreten von Duplikaten. Lassen Sie uns jeden dieser Probleme genauer betrachten und die Lösungen diskutieren.

Broadcast-Sturm

Ein Broadcast-Sturm tritt auf, wenn Broadcast-Nachrichten endlos in einem Netzwerk zirkulieren. Dies kann zu einer erheblichen Überlastung des Netzwerks führen und die Kommunikation beeinträchtigen. Das STP löst dieses Problem, indem es redundante Verbindungen blockiert und sicherstellt, dass Broadcast-Nachrichten nur einmal übertragen werden.

Unstabile MAC-Adresstabellen

Wenn Schleifen im Netzwerk auftreten, können Switches instabile MAC-Adresstabellen entwickeln. Dies führt dazu, dass sie ständig ihre Adresstabellen aktualisieren und dadurch den Netzwerkverkehr verlangsamen. Das STP verhindert instabile MAC-Adresstabellen, indem es redundante Verbindungen blockiert und sicherstellt, dass jede MAC-Adresse nur über den besten Weg weitergeleitet wird.

Duplikatrahmen

Schleifen im Netzwerk können auch dazu führen, dass Duplikatrahmen auftreten. Dies bedeutet, dass dieselben Datenpakete mehrmals über das Netzwerk gesendet werden. Das STP verhindert Duplikatrahmen, indem es redundante Verbindungen blockiert und sicherstellt, dass Datenpakete nur über den besten Weg gesendet werden.

🌟 Der STP-Wahlprozess

Der STP-Wahlprozess besteht aus mehreren Schritten, um den besten Pfad zur Wurzel des Baums und die besten Ports für die Datenübertragung zu wählen. Dieser Prozess folgt einem strengen Algorithmus, der sicherstellt, dass das Netzwerk stabil und effizient ist.

Wahl des Wurzel-Switches

Der Wurzel-Switch ist der wichtigste Switch im Netzwerk und dient als Referenz für alle anderen Switches. In diesem Schritt wählt das STP den Switch mit der niedrigsten Bridge ID (BID) als Wurzel-Switch aus. Die BID besteht aus der priorisierten ID und der MAC-Adresse des Switches.

Um den Wurzel-Switch zu wählen, senden alle Switches sog. Bridge Protocol Data Units (BPDU) aus, die Informationen über ihre Bridge ID und Kosten enthalten. Der Switch mit der niedrigsten BID wird zum Wurzel-Switch gewählt. Dadurch ist sichergestellt, dass das Netzwerk einen einzigen zentralen Kontrollpunkt hat.

Wahl des Routen-Ports

Nach der Wahl des Wurzel-Switches wählt jeder nicht-Wurzel-Switch seinen besten Pfad zur Wurzel aus. Dieser Pfad wird als Routen-Port bezeichnet. Der Routen-Port wird basierend auf der Kostenberechnung gewählt. Die Kosten sind die Summe der Kosten aller ausgehenden Ports des Switches zum Wurzel-Switch.

Wenn mehrere Links den gleichen Kostenwert haben, werden tiefergehende Entscheidungen getroffen, wie beispielsweise die niedrigste Nachbar-Bridge-ID, die niedrigste Port-Priorität und die niedrigste Port-Nummer.

Wahl der Designated Ports

Sobald der Routen-Port ausgewählt ist, werden die verbleibenden Links darauf geprüft, ob sie als Designated Ports fungieren sollen. Designated Ports sind diejenigen, die den besten Pfad zu einer bestimmten Segment- oder VLAN-Gruppe bieten.

Die Wahl der Designated Ports erfolgt auch durch Kostenvergleich. Wenn mehrere Links den gleichen Kostenwert haben, werden wie zuvor tiefergehende Entscheidungen getroffen.

Blocking-Ports

Alle Ports, die weder Routen-Ports noch Designated Ports sind, werden schließlich in den Blocking-Zustand versetzt. Blocking-Ports blockieren den Verkehr und verhindern so das Auftreten von Schleifen in einem Netzwerk.

[🌟] Konvergenzzeit und Timer

Eines der wichtigsten Themen im Zusammenhang mit STP ist die Konvergenzzeit. Konvergenz bezieht sich auf die Zeit, die das Netzwerk benötigt, um nach einer Änderung des Topologiezustands wieder stabil zu werden. Diese Zeitspanne wird durch verschiedene Timer geregelt:

• Hello-Timer: Der Hello-Timer bestimmt, wie oft der Root-Switch Hello-Nachrichten sendet, um den Zustand des Netzwerks mitzuteilen. Standardmäßig beträgt der Hello-Timer 2 Sekunden.

• Max-Age-Timer: Der Max-Age-Timer bestimmt, wie lange ein Switch auf Hello-Nachrichten warten kann, bevor er den Zustand des Netzwerks als ungültig betrachtet. Der Max-Age-Timer beträgt standardmäßig das Zehnfache des Hello-Timers, also 20 Sekunden.

• Forward-Delay-Timer: Der Forward-Delay-Timer bestimmt die Verzögerungszeit zwischen den Zuständen Listening und Learning. Standardmäßig beträgt der Forward-Delay-Timer 15 Sekunden.

Die richtige Konfiguration dieser Timer ist entscheidend, um eine schnelle Konvergenz im Netzwerk sicherzustellen.

Rapid STP

Um die Konvergenzzeit weiter zu verkürzen, wurde eine verbesserte Version des STP namens Rapid STP (RSTP) entwickelt. RSTP bietet eine schnellere Konvergenz und optimierte Leistung im Vergleich zum Standard STP. RSTP reduziert die Dauer der einzelnen Zustände und ermöglicht eine schnellere Reaktion auf Netzwerkänderungen.

Vor- und Nachteile des Spanning Tree Protokolls

Das Spanning Tree Protocol bietet viele Vorteile, wie zum Beispiel die Vermeidung von Schleifen, die Stabilität des Netzwerks und die effiziente Nutzung der Bandbreite. Es gibt jedoch auch einige Nachteile des STP, wie zum Beispiel die Konvergenzzeit und die Möglichkeit von Problemen bei der Fehlkonfiguration.

Vorteile des Spanning Tree Protokolls:

• Verhindert Schleifen und sorgt für Netzwerkstabilität
• Ermöglicht die effiziente Nutzung der Bandbreite
• Automatische Konfiguration der Netzwerkpfade

Nachteile des Spanning Tree Protokolls:

• Lange Konvergenzzeit bei großen Netzwerken
• Potenzielle Probleme bei der Fehlkonfiguration

Der Einsatz des Spanning Tree Protokolls erfordert daher eine sorgfältige Planung und Konfiguration, um diese potenziellen Nachteile zu minimieren.

Anwendungen und Implementierung des STP

Das Spanning Tree Protocol wird in vielen Netzwerken weltweit eingesetzt, insbesondere in Campus-Netzwerken, Rechenzentren und Unternehmensnetzwerken. Die Implementierung des STP erfordert die Konfiguration von Switches und die sorgfältige Planung der Netzwerktopologie.

Es gibt verschiedene Implementierungen des STP, darunter Cisco's PVST (Per VLAN Spanning Tree), das erweiterte Funktionen bietet, um STP auf VLAN-Ebene zu konfigurieren. Die Wahl der Implementierung hängt von den Anforderungen und der Komplexität des Netzwerks ab.

🌟 Fazit

In diesem Artikel haben wir das Spanning Tree Protocol (STP) ausführlich behandelt. STP ist ein wichtiges Konzept für die Netzwerksicherheit und die Vermeidung von Schleifen. Es stellt sicher, dass redundante Verbindungen blockiert werden und nur der beste Pfad zur Datenübertragung genutzt wird. Der STP-Wahlprozess und die Timer stellen sicher, dass das Netzwerk stabil und effizient arbeitet.

Obwohl STP einige Nachteile haben kann, ist es ein unverzichtbares Protokoll für die Netzwerkstabilität. Durch die Implementierung von STP können Netzwerkadministratoren die Zuverlässigkeit und Leistung ihres Netzwerks verbessern.

[Quelle](URL der verwendeten Ressourcen)