Spanning Tree Protocol

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

• Schleifenfreie logische Topologie zwischen Switches und Bridges

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.

Siehe auch

Unterseiten

• Spanning Tree Protocol
• Spanning Tree Protocol/Sicherheit

Links

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

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 siehe #Bridge- und Port-IDs
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