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Spanning Tree Protocol: Unterschied zwischen den Versionen

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= TMP =
= TMP =
== Aufspannen des Baumes ==
; Ablauf
{| class="wikitable sortable options"
|-
! Schritt !! Option
|-
| 1 || Einschalten („Power up“) aller Bridges
|-
| 2 ||Alle Bridges stellen ihre Ports auf „Blocked“
|-
| 3 || Jede Bridge nimmt an, sie sei die Root-Bridge, und sendet ihre Bridge ID  an eine bestimmte Multicast-Gruppe
|-
| 4 || Die Bridge mit der kleinsten Bridge-ID (besteht aus Bridge Priority & MAC-Adresse) wird zur Root-Bridge
|-
| 5 || Die Root-Bridge sendet sogenannte Konfigurations-BPDUs (Bridge Protocol Data Unit) aus
|-
| 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)
|-
| 7 || Die Designated Bridge wird festgelegt, dies ist die Bridge mit dem Root-Port
|}
=== Wahl der Root-Bridge ===
; Bestimmung erfolgt anhand der Bridge ID
* Kleinste Bridge ID gewinnt
* Bei gleichen Bridge IDs entscheidet die kleinere MAC-Adresse
=== Festlegung der Root-Ports ===
; Jede Nicht-Root-Brücke muss einen Root Port ausweisen
* wird durch den ''billigsten/schnellsten'' Weg der in Richtung Root Brücke zeigt ermittelt
=== Bestimmung der Designated-Ports ===
; Jedes Segment hat einen Designated-Port
* Die Root Bridge hat nur Designated Ports
* Wegekosten '0'
; Jedem ''Root-Port'' liegt ein ''Designated-Port' gegenüber
* Auf Segmenten ohne Root-Port entscheiden die geringsten Wegekosten darüber
* Sind die Wegekosten gleich, entscheidet die kleinste MAC Adresse welcher Switch den Designated-Port erhält
* Dem Designated-Port liegt auf diesem Segment dann ein Blocked-Port gegenüber
=== Zuordnung einer Bridge pro LAN ===
; Zuordnung ist entscheidend, um entsehende Schleifen zu verhindern
Wenn nur eine Bridge an ein spezielles LAN angebunden ist, ist die Wahl einfach:
* Der Port, der zu diesem LAN gehöhrt wird ihm auch global zugeordnet.
* 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.
* Hat die dem LAN zugewiesene Bridge mehrere Ports in diesem LAN, so wird der Port mit der geringsten Priorität genutzt.
=== Pfadkosten ===
{| class="wikitable sortable"
! Bandbreite !! STP-Kosten
|-
| 10 MBit/s || 100
|-
| 16 MBit/s|| 62
|-
| 100 MBit/s || 19
|-
| 200 MBit/s || 12
|-
| 622 MBit/s || 6
|-
| 1 GBit/s || 4
|-
| 10 GBit/s || 2
|-
| 20+ GBit/s || 1
|}
Eine 40- und eine 100-GBit-Verbindung haben in Summe die gleichen Wegekosten, wie eine 10-GBit Verbindung
* hier würde es Sinn machen, die Ports einzeln zu konfigurieren
=== Topologie-Erkennung ===
; Portzustände
* Um die logische Netzwerktopologie kennenzulernen, durchläuft jeder ''Trunk-Port'' folgende Zustände
{| class="wikitable options"
! Portzustand  !! Beschreibung
|-
| Disabled || Verwirft Frames; lernt keine Adressen; empfängt und verarbeitet keine BPDUs
|-
| Blocking || Verwirft Frames; lernt keine Adressen; empfängt und verarbeitet BPDUs
|-
| 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
|}
; Für diesen Zustandsübergang werden in der Standardkonfiguration 50 Sekunden benötigt
=== Timer ===
; Zeitspanne in der ein Port in einem Zustand verweilt
* wird durch Timer bestimmt
* Nur die Root-Bridge kann die Einstellungen verändern
* Drei Timer beeinflussen den Zustandswechsel und damit die Ausführungsgeschwindigkeit des Algorithmus
{| class="wikitable options"
|-
! Timer !! Beschreibung
|-
| Hello timer || Legt fest, wie oft das Netzwerkgerät Hallo-Nachrichten an andere Netzwerkgeräte sendet
|-
| Maximum age timer || Legt fest, wie lange Protokollinformationen, die an einem Port empfangen werden, vom Netzwerkgerät gespeichert werden
|-
| 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
|}
== Topologie ==
== Topologie ==
=== STP ===
=== STP ===

Version vom 16. April 2023, 14:53 Uhr

Spanning Tree Protocol - Schleifenunterdrückung bei redundanten Verbindungen zwischen Bridges oder Switches topic - Kurzbeschreibung

Beschreibung

STP (Spanning Tree Protocol)
Familie: Inter-Switch-Kommunikation
Einsatzgebiet: Management von logischen Ethernet-Verbindungen
Protokollstapel: Netzzugang STP
Ethernet
Standards: IEEE-Normen 802.1D, 802.1w, 802.1s, IEEE 802.1aq, IEEE 802.1Q
Spanning-Tree unterdrückt kreisende Ethernet-Frames
  • Identifiziert Mehrfachwege
  • indem er Topologien mit redundanten Wegen durch eine logische Blockierung bestimmter Pfade in eine Baumtopologie überführt, die keine Schleifen besitzt
  • Dazu werden auf den Switches mit redundante Verbindungen zu anderen Switches bis auf eine blockiert
  • Bei Ausfall der primären Verbindung können diese aktiviert
  • Erzeugen so ein hohes Maß an Fehlertoleranz
Beispiel einer Spanning Tree Topologie
IEEE 802.1D
Redundante Wege
  • Ausgehend von einem "Root"-Punkt wird nur ein Weg aktiviert
Switch-Infrastrukturen
  • Rechnernetzwerke können mit einer Vielzahl von Switches aufgebaut werden
Eindeutiger Datenpfad
  • Pakete eindeutig weiterleiten
  • Ethernet-Technologie muss sicherstellen, dass
  • zwischen zwei Rechnern jeweils nur ein Datenpfad existiert
Vermeidung von Broadcast-Stürmen
Wird nur erreicht, wenn ein Algorithmus existiert, der die Schleifenfreiheit der Topologie sicherstellt
Der Spanning Tree–Algorithmus (STA) wurde von Radia Perlman entworfen und 1990 als IEEE 802.1D standardisiert
  • Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit dieses Konzeptes ist, dass der aufspannende Baum für den Nutzer vollkommen transparent erstellt werden kann.
  • Als einzige Aktion muss der Spanning-Tree-Algorithmus auf den Switches aktiviert sein.
Bridge Protocol Data Unit (BPDU)

Austausch von Konfigurationsnachrichten

  • Multicast-Paket
  • standardmäßig alle zwei Sekunden
  • nicht unerhebliche Netzlast
Redundanz
Einerseits ist Redundanz in einem Netz besonders wichtig, weil damit Netzwerke fehlertolerant werden.
  • Redundante Topologien schützen vor unerwünschten Ausfallzeiten im Netz aufgrund von Fehlern einer einzigen Verbindung, eines Anschlusses oder einer Netzeinheit.
Andererseits wird durch diese Redundanz in der Topologie die Möglichkeit für die fehlerhafte Doppelübertragungen von Informationen eröffnet.
  • Dem entgegenwirkt STP (Spanning Tree Protocol), indem es redundante Wege zwar erlaubt, aber immer nur genau einen Weg aktiv hält.
  • Dies führt zu einer schleifenfreien logischen Topologie, bei der zwischen zwei Rechnern im Netz immer nur ein aktiver Pfad besteht.

Installation

Syntax

Optionen

Parameter

Umgebungsvariablen

Exit-Status

Anwendungen

Fehlerbehebung

Konfiguration

Dateien

Siehe auch

Unterseiten

Sicherheit

Dokumentation

RFC

Man-Pages

Info-Pages

Links

Einzelnachweise

Projekt

Weblinks

  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Spanning_Tree_Protocol
  2. https://www.admin-magazin.de/Das-Heft/2014/03/Wie-organisiert-Spanning-Tree-ein-Ethernet-Netzwerk
  3. http://www.bbs-1.de/bbs1/umat/netze/netz7.html
  4. https://www.tp-link.com/us/configuration-guides/configuring_spanning_tree/
  5. Appendix E: Broadcasts in Switched LAN Internetworks [1]
  6. Defense Against the DoS/DDoS Attacks on Cisco Routers [2] (Memento vom 21. Juni 2011 im Internetarchive) (englisch)
  7. Disassociation Broadcast Attack Using ESSID Jack [3]
  8. The Broadcast Storm Problem in a Mobile Ad Hoc Network [4] (PDF; 1,2 MB)


Testfragen

Warum wird das Spanning Tree Protocol eingesetzt?

  • Vermeidung von Schleifen in Netzwerken mit redundanten Verbindungen
  • Vermeidung von Broadcaststürmen
  • STP verhindert dies durch logische Pfade und blockieren von entsprechenden Ports der Switches oder Bridges

Wie wird die Root-Brigde ermittelt?

  • Eine Root Bridge wird anhand Ihrer Bridge ID ermittelt
  • Die Bridge mit der niedrigsten Brigde ID' wird Root Bridge

Wie kann die Wahl der Root Bridge beeinflusst werden?

  • Man kann die Priorität der Bridge in 4096 Schritten ändern
  • Standardmäßig hat eine Bridge im Werkszustand eine Priorität von 32768
  • Diese kann z.B. senken

Pfadkosten: Etage01 zu Core = 10Gbit -> 10.000.000.000 / 10GBit = Pfadkosten 1 Gesamt Pfadkosten Port 25 = 1

Etage01 über Etage02 = 1Gbit -> 10.000.000.000 / 1Gbit = Pfadkosten 10 Etage02 zu Core = 10Gbit -> 10.000.000.000 / 10Gbit = Pfadkosten 1 Gesamt Pfadkosten Port 26 = 11

Welcher Port wird deaktiviert?

Port 26 wird deaktiviert, da Pfadkosten > Pfadkosten Port 25

Testfrage 5

Antwort5


TMP

Topologie

STP

Beispiel einer Spanning Tree Topologie

RSTP

Funktionen wie STP
schnellere Konvergenz
  • Bei signalisierten Topologie Änderungen, wird die vorhandene Netzstruktur weiter genutzt, während ein Alternativpfad berechnet wird
  • Erst anschließend wird ein neuer Baum zusammengestellt

MSTP

MSTP
Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)
  • Erweiterung von RSTP
Ermöglicht mit VLANs verschiedene Instanzen des Spannbaums
  • Für ein VLAN oder eine Gruppe von VLANs können unabhängige STP-Instanzen gebildet werden
    • die innerhalb eines LANs jeweils eigene unterschiedliche Spannbäume nutzen

CIST

Common Internal Spanning Tree
  • Umfasst alle LANs, STP- und RSTP-Bridges und MSTP-Regionen in einem Netzwerk
  • Das CIST bestimmt automatisch die MST-Regionen in einem Netzwerk und definiert die Root-Bridge (Switch) und den designierten Port für jede Region
  • 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

Bridge Protocol Data Unit (BPDU)

Dateneinheit, die Briges/Switches austauschen, um Spanning Tree zu verwalten
Bridge Protocol Data Unit
2 Byte 1 Byte 1 Byte 1 Byte 8 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte
Protocol ID Version Message Type Flags Root ID Cost of Path Bridge ID Port-ID Message Age Max age Hello timer Forward Delay
Feld Beschreibung
Flags
  • TC (Topology Change)
  • TCA (Topology Change Acknowledgement)

siehe #Topologieänderungen

Root Bridge ID ID der Root Bridge
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)
Bridge ID ID der Sendebrücke
Port ID Port-ID
Message Age Zeit, seit die Root-Bridge die Informationen in dieser BPDU generiert hat
Max Age Maximale Lebensdauer für Konfigurations-BPDUs
Hello Time Timeout benutzt von Hello timer
Forward Delay Timeout benutzt von Forward Delay timer
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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