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| = TMP =
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| == Beschreibung ==
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| {| class="wikitable" style="float:right; margin-left: 10px;"
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| ! bgcolor="#EEEEEE" colspan="3" font="size:larger" | STP (Spanning Tree Protocol)
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| |-
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| ! style="text-align:left" | Familie:
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| | rowspan="1" colspan="2" | Inter-Switch-Kommunikation
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| |-
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| ! style="text-align:left" | Einsatzgebiet:
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| | rowspan="1" colspan="2" | Management von logischen Ethernet-Verbindungen
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| |-
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| | rowspan=2" style="background:#EEEEEE"| '''Protokollstapel:'''
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| | rowspan="2" style="background:#d58300; text-align:center""| '''Netzzugang'''
| |
| | rowspan="1" colspan="1" style="background:#ffa500; text-align:center"| '''STP'''
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| |-
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| | rowspan="1" colspan="6" style="background:#ffc93b; text-align:center""| '''Ethernet'''
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| |-
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| ! style="text-align:left" | Standards:
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| | rowspan="1" colspan="2" | IEEE-Normen 802.1D, 802.1w, 802.1s, IEEE 802.1aq, IEEE 802.1Q
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| |}
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| ; Spanning-Tree sorgt dafür, dass es keine unerwünscht kreisenden Pakete gibt
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| * Identifiziert Mehrfachwege, indem er Topologien mit redundanten Wegen durch eine logische Blockierung bestimmter Pfade in eine Baumtopologie überführt, die keine Schleifen besitzt.
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| * Dazu werden auf den Switches mit redundante Verbindungen zu anderen Switches bis auf eine blockiert.
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| * Bei Ausfall der primären Verbindung können diese aktiviert
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| * Erzeugen so ein hohes Maß an Fehlertoleranz.
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| [[Datei:Stp.png|mini| 400px|Beispiel einer Spanning Tree Topologie]]
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| ; IEEE 802.1D
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| * Schleifenfreie logische Topologie zwischen [[Switch]]es und [[Bridge]]s
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| ; Redundante Wege
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| * Ausgehend von einem "Root"-Punkt wird nur ein Weg aktiviert
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| ; Switch-Infrastrukturen
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| * Rechnernetzwerke können mit einer Vielzahl von Switches aufgebaut werden
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| ; Eindeutiger Datenpfad
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| * Pakete eindeutig weiterleiten
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| * Ethernet-Technologie muss sicherstellen, dass
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| * zwischen zwei Rechnern jeweils nur ein Datenpfad existiert
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| ; Vermeidung von [[Broadcast-Sturm|Broadcast-Stürmen]]
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| : Wird nur erreicht, wenn ein Algorithmus existiert, der die Schleifenfreiheit der Topologie sicherstellt.
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| ; Der Spanning Tree–Algorithmus (STA) wurde von Radia Perlman entworfen und 1990 als IEEE 802.1D standardisiert
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| * Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit dieses Konzeptes ist, dass der aufspannende Baum für den Nutzer vollkommen transparent erstellt werden kann.
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| * Als einzige Aktion muss der Spanning-Tree-Algorithmus auf den Switches aktiviert sein.
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| ; Bridge Protocol Data Unit (BPDU)
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| Austausch von Konfigurationsnachrichten
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| * Multicast-Paket
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| * standardmäßig alle zwei Sekunden
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| * nicht unerhebliche Netzlast
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| ; Redundanz
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| : Einerseits ist Redundanz in einem Netz besonders wichtig, weil damit Netzwerke fehlertolerant werden.
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| :* Redundante Topologien schützen vor unerwünschten Ausfallzeiten im Netz aufgrund von Fehlern einer einzigen Verbindung, eines Anschlusses oder einer Netzeinheit.
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| : Andererseits wird durch diese Redundanz in der Topologie die Möglichkeit für die fehlerhafte Doppelübertragungen von Informationen eröffnet.
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| :* Dem entgegenwirkt '''STP (Spanning Tree Protocol)''', indem es redundante Wege zwar erlaubt, aber immer nur genau einen Weg aktiv hält.
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| :* Dies führt zu einer schleifenfreien logischen Topologie, bei der zwischen zwei Rechnern im Netz immer nur ein aktiver Pfad besteht.
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| == Aufspannen des Baumes ==
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| ; Ablauf
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| {| class="wikitable sortable options"
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| |-
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| ! Schritt !! Option
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| |-
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| | 1 || Einschalten („Power up“) aller Bridges
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| |-
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| | 2 ||Alle Bridges stellen ihre Ports auf „Blocked“
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| |-
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| | 3 || Jede Bridge nimmt an, sie sei die Root-Bridge, und sendet ihre Bridge ID an eine bestimmte Multicast-Gruppe
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| |-
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| | 4 || Die Bridge mit der kleinsten Bridge-ID (besteht aus Bridge Priority & MAC-Adresse) wird zur Root-Bridge
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| |-
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| | 5 || Die Root-Bridge sendet sogenannte Konfigurations-BPDUs (Bridge Protocol Data Unit) aus
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| |-
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| | 6 || Jede Bridge bestimmt den Port mit den kleinsten Pfadkosten zur Root-Bridge als Root-Port (Bei Ports mit gleichen Kosten gewinnt die kleinere Port-ID)
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| |-
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| | 7 || Die Designated Bridge wird festgelegt, dies ist die Bridge mit dem Root-Port
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| |}
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| === Wahl der Root-Bridge ===
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| ; Bestimmung erfolgt anhand der Bridge ID
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| * Kleinste Bridge ID gewinnt
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| * Bei gleichen Bridge IDs entscheidet die kleinere MAC-Adresse
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| === Festlegung der Root-Ports ===
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| ; Jede Nicht-Root-Brücke muss einen Root Port ausweisen
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| * wird durch den ''billigsten/schnellsten'' Weg der in Richtung Root Brücke zeigt ermittelt
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| === Bestimmung der Designated-Ports ===
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| ; Jedes Segment hat einen Designated-Port
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| * Die Root Bridge hat nur Designated Ports
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| * Wegekosten '0'
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| ; Jedem ''Root-Port'' liegt ein ''Designated-Port' gegenüber
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| * Auf Segmenten ohne Root-Port entscheiden die geringsten Wegekosten darüber
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| * Sind die Wegekosten gleich, entscheidet die kleinste MAC Adresse welcher Switch den Designated-Port erhält
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| * Dem Designated-Port liegt auf diesem Segment dann ein Blocked-Port gegenüber
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| === Zuordnung einer Bridge pro LAN ===
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| ; Zuordnung ist entscheidend, um entsehende Schleifen zu verhindern
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| Wenn nur eine Bridge an ein spezielles LAN angebunden ist, ist die Wahl einfach:
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| * Der Port, der zu diesem LAN gehöhrt wird ihm auch global zugeordnet.
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| * Haben mehrere Bridges einen direkten Zugang zu einem LAN, wird der Port ausgewählt, welcher die geringsten Kosten bei einer Verknüpfung mit der Root-Bridge verursacht.
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| * Hat die dem LAN zugewiesene Bridge mehrere Ports in diesem LAN, so wird der Port mit der geringsten Priorität genutzt.
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| === Pfadkosten ===
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| {| class="wikitable sortable"
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| ! Bandbreite !! STP-Kosten
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| |-
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| | 10 MBit/s || 100
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| |-
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| | 16 MBit/s|| 62
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| |-
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| | 100 MBit/s || 19
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| |-
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| | 200 MBit/s || 12
| |
| |-
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| | 622 MBit/s || 6
| |
| |-
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| | 1 GBit/s || 4
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| |-
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| | 10 GBit/s || 2
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| |-
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| | 20+ GBit/s || 1
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| |}
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| Eine 40- und eine 100-GBit-Verbindung haben in Summe die gleichen Wegekosten, wie eine 10-GBit Verbindung
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| * hier würde es Sinn machen, die Ports einzeln zu konfigurieren
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| === Topologie-Erkennung ===
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| ; Portzustände
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| * Um die logische Netzwerktopologie kennenzulernen, durchläuft jeder ''Trunk-Port'' folgende Zustände
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| {| class="wikitable options"
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| ! Portzustand !! Beschreibung
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| |-
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| | Disabled || Verwirft Frames; lernt keine Adressen; empfängt und verarbeitet keine BPDUs
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| |-
| |
| | Blocking || Verwirft Frames; lernt keine Adressen; empfängt und verarbeitet BPDUs
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| |-
| |
| | Listening || Verwirft Frames; lernt keine Adressen; empfängt, verarbeitet und überträgt BPDUs
| |
| |-
| |
| | Learning || Verwirft Frames; lernt Adressen; empfängt, verarbeitet und überträgt BPDUs
| |
| |-
| |
| | Forwarding || Leitet Frames weiter, lernt Adressen; empfängt, verarbeitet und überträgt BPDUs
| |
| |}
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| ; Für diesen Zustandsübergang werden in der Standardkonfiguration 50 Sekunden benötigt
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| === Timer ===
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| ; Zeitspanne in der ein Port in einem Zustand verweilt
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| * wird durch Timer bestimmt
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| * Nur die Root-Bridge kann die Einstellungen verändern
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| ; Drei Timer beeinflussen den Zustandswechsel und damit die Ausführungsgeschwindigkeit des Algorithmus
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| {| class="wikitable options"
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| |-
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| ! Timer !! Beschreibung
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| |-
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| | Hello timer || Legt fest, wie oft das Netzwerkgerät Hallo-Nachrichten an andere Netzwerkgeräte sendet
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| |-
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| | Maximum age timer || Legt fest, wie lange Protokollinformationen, die an einem Port empfangen werden, vom Netzwerkgerät gespeichert werden
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| |-
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| | Forward Delay || Vorwärtsverzögerung ist die Zeit, die im Zuhör- und Lernzustand verbracht wird. Standardmäßig 15 Sekunden, kann jedoch auf einen Wert zwischen 4 und 30 Sekunden einstellen werden
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| |}
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| == Topologie ==
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| === STP ===
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| [[Datei:Spanning tree topology.png| Beispiel einer Spanning Tree Topologie]]
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| === RSTP ===
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| ; Gleichen Funktionen wie STP
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| ; Viel schnellere Konvergenz
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| * Bei signalisierten Topologie Änderungen, wird die vorhandene Netzstruktur weiter genutzt, während ein Alternativpfad berechnet wird
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| * Erst anschließend wird ein neuer Baum zusammengestellt
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| === MSTP ===
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| [[Datei:MSTP Concept.png|400px|mini|MSTP]]
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| ; Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)
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| * Erweiterung von [[#RSTP]]
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| ; Ermöglicht mit VLANs verschiedene Instanzen des Spannbaums
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| * Für ein VLAN oder eine Gruppe von VLANs können unabhängige STP-Instanzen gebildet werden
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| ** die innerhalb eines LANs jeweils eigene unterschiedliche Spannbäume nutzen
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| === CIST ===
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| ; Common Internal Spanning Tree
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| * Umfasst alle LANs, STP- und RSTP-Bridges und MSTP-Regionen in einem Netzwerk
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| * Das CIST bestimmt automatisch die MST-Regionen in einem Netzwerk und definiert die Root-Bridge (Switch) und den designierten Port für jede Region
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| * Der CIST umfasst den Common Spanning Tree (CST), den Internal Spanning Tree (IST) innerhalb jeder Region und alle multiplen Spanning-Tree-Instanzen (MSTIs) in einer Region
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| == Bridge Protocol Data Unit ==
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| Die ''Bridge Protocol Data Unit'' (BPDU) ist die Dateneinheit, die Briges und Switches austauschen, um den Spanning Tree zu verwalten.
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| {| class="header" border="1" cellpadding="4" cellspacing="0" style="text-align:center;margin:auto;"
| |
| |+ '''Bridge Protocol Data Unit'''
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| |-
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| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 1 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 1 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 1 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 8 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| ! style="text-align:center !important; font-weight: normal;" "width="8%"| 2 Byte
| |
| |-
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Protocol ID]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Version]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Message Type]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Flags]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Root ID]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Cost of Path]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Bridge ID]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Port-ID]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Message Age]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Max age]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Hello timer]]
| |
| | style="background-color:#aaffcc;" | [[Forward Delay]]
| |
| |}
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| {| class="wikitable sortable options"
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| |-
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| ! Feld!!Beschreibung
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| |-
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| | Flags || Es werden zwei Flags verwendet:
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| * TC (Topology Change)
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| * TCA (Topology Change Acknowledgement).
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| Die Verwendung von beiden wird im Abschnitt "Topologieänderungen" beschrieben.
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| | Root Bridge ID || ID der Root Bridge. Dies ist, was die sendende Brücke für die aktuelle Root-Bridge hält.
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| |-
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| | Root Path Cost || Kosten für den kürzesten Weg von der Sendebrücke zur Wurzelbrücke. Die Kosten betragen 0, wenn die sendende Brücke die Root-Brücke ist (oder glaubt, dass sie werden soll).
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| |-
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| | Bridge ID || ID der Sendebrücke.
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| |-
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| | Port ID || Port-ID. Die Syntax finden Sie im Abschnitt "Bridge- und Port-IDs".
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| |-
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| | Message Age || Wie viel Zeit ist vergangen, seit die Root-Bridge die Informationen in dieser BPDU generiert hat.
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| |-
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| | Max Age || Maximale Lebensdauer für Konfigurations-BPDUs.
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| |-
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| | Hello Time || Timeout benutzt von Hello timer.
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| |-
| |
| | Forward Delay || Timeout benutzt von Forward Delay timer
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| | Bridge ID || Ist eine "Kennung" (8 Byte) die sich aus einer sogenannten Priority (2 Byte -> 2^16 Bit -> max. 65.536) und der MAC-Adresse (6 Byte) des Switch zusammensetzt
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| |}
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| [[Kategorie:Switch]] | | [[Kategorie:Switch]] |
| [[Kategorie:T2600G/L2/STP]] | | [[Kategorie:T2600G/L2/STP]] |
| [[Kategorie:OSI 2 Data Link]] | | [[Kategorie:OSI 2 Data Link]] |