Spanning Tree Protocol

1.1 Spanning Tree – Algorithmus

Arbeitsweise des Spanning Tree - Algorithmus

Die Bridges kommunizieren untereinander mit Hilfe der sog. Bridge Protocol Data Unit BPDU's.Jede Bridge benötigt eine gewisse Grundkonfiguration um den Algorithmus einsetzen zu können.Diese Einstellungen enthalten folgende Daten:

Bridge: Eindeutige Bridge-ID. 
Port: Eindeutige Port-ID. 
Port: Relative Port Priorität. 
Port: Kostenfaktor für jeden Port (je höher die Netzwerk-Performance im angeschlossenen LAN, desto geringer die Kosten). 

In Abhängigkeit der Parameter wird der logische Baum folgendermaßen automatisch von allen Bridges zusammen aufgespannt(Beispielgrafik 8k): 1.Auswahl der Root-Bridge Die Root-Bridge ist die Bridge mit der kleinsten Bridge-ID. Haben zwei Bridges die selbe ID, so wird diejenige mit der kleinsten MAC-Adresse ausgewählt. 2.Auswahl eines Root-Ports pro Bridge Mit Außnahme der Root-Bridge, wird bei jeder Bridge einer der Ports als Root-Port festgelegt.Dieser Port wird mit Hilfe des gewählten Kostenfaktors ermittelt. Die Verbindung mit dem geringsten Kostenfaktor zur Root-Bridge ist dann der Root-Port. 3.Zuordnung einer Bridge pro LAN Diese Zuordnung ist entscheidend, da sonst Schleifen entstehen können. 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.

1.2 Spanning Tree Protocol

Das Spanning Tree Protocol (STP, deutsch: Spannbaum-Protokoll) ist ein zentraler Teil von Switch-Infrastrukturen. Rechnernetzwerke können mit einer Vielzahl von Switches als Koppelungs-element aufgebaut werden.Allerdings muss die Ethernet-Technologie sicherstellen, dass zwischen zwei Rechnern jeweils nur ein Datenpfad existiert, um Pakete eindeutig weiterleiten zu können. Die Vermeidung von Effekten wie Broadcast-Stürmen wird nur erreicht, wenn ein Algorithmus existiert, der die Schleifenfreiheit der Topologie sicherstellt. Der Spanning-Tree-Algorithmus sorgt nun dafür, dass es keine unerwünscht kreisenden Pakete gibt. Er 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 mehreren Verbindungen zu anderen Switches alle bis auf eine Verbindung blockiert. Bei Ausfall der primären Verbindung können diese sofort aktiviert werden und erzeugen auf diese Weise ein hohes Maß an Fehlertoleranz.

1.2.1 Funktionsweise Um den logischen Spanning-Tree kennenzulernen, geht jeder Switch durch einen Ablauf von Portzuständen, die durch drei Timer beeinflusst werden. Wenn ein Switchport unmittelbar von einem blockierenden in einen weiterleitenden Status versetzt würde, bestünde die Gefahr, Topologieinfor - mationen zu verlieren und eine Schleife zu erzeugen. Dies ist der Grund, warum fünf Portzustände unterschieden werden

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

STP config

 Global Config:
   Spanning-Tree :  Enable 
   Mode:            STP

Parameters Config:

1.Common Internal Spanning Tree (CIST):Identifiziert Regionen in einem Netzwerk und verwaltet die CIST-Root-Bridge für das Netzwerk für jede Region und für jede Spanning Tree-Instanz in jeder Region. Es ist auch die Standard-Spanning-Tree-Instanz von MSTP, sodass jedes VLAN, das nicht Mitglied einer bestimmten MSTI ist, Mitglied der CIST ist. Funktioniert außerdem genauso wie der Spanning Tree, der zwischen Regionen und zwischen MST-Regionen und SST-Entitäten (Single Spanning Tree) ausgeführt wird.

2.Hello timer: Legt fest, wie oft das Netzwerkgerät Hallo-Nachrichten an andere Netzwerkgeräte sendet.

3.Maximum age timer: Legt fest, wie lange Protokollinformationen, die an einem Port empfangen werden, vom Netzwerkgerät gespeichert werden.

4. Forward Delay : 15 sec (4-30)

Die Vorwärtsverzögerung ist die Zeit, die im Zuhör- und Lernzustand verbracht wird.
Diese Zeit entspricht standardmäßig 15 Sekunden, Sie können die Zeit jedoch auf einen Wert zwischen 4 und 30 Sekunden einstellen.

5. TxHoldCount : 5 pps (1-20)

Transmit-Hold-Count, wird von der Port Transmit-Statusmaschine verwendet, um die Übertragungsrate zu begrenzen.

6. Max Hops : 20 hop (1-40)

Anzahl der Brücken, die BPDU in einem MSTP-fähigen Netzwerk in derselben Region passieren kann, bevor BPDU ignoriert wird.Diese Eigenschaft wirkt sich nur aus, wenn der Protokollmodus auf MSTP gesetzt ist.