Spanning-Tree Protokoll

Spanning-Tree Protocol

Redundanz

aus Sicherheitsgründen
man hat mindestens zwei verschiedene Pfade zu einem bestimmten Ziel
reduziert Überlastung
unterstützt hohe Verfügbarkeit und Lastenverteilung im Netz

Probleme, welche durch redundante Pfade (loops) erzeugt werden

Broadcast storm
Multiple frame transmission
inkorrekte MAC-Einträge

Switche miteinander zu verbinden kann zu Problemen führen. Das Spanning-Tree Protokoll (STP) blockiert automatisch bei Bedarf einzelne Ports um Loops zu verhindern.

Vorgehensweise

eine Root-Bridge wählen (Switch mit kleinster BID)
pro Switch einen Root-Port wählen (Port am nähesten zur Root-Bridge)
pro Segment (Leitung) einen Designated-Port wählen (Port am nähesten zur Root-Bridge)
alle restlichen Ports blockieren

Elemente von STP

BID (Bridge ID)
2 Byte priority (0 - 65535) + 6 Byte MAC-Adresse priority = 4 bit priority + 12 bit vlan-id (Standardwert für priority: 32768 + 1)

BPDU (Bridge Protocol Data Unit) Kosten einer Leitung

10 Mbps = 100
100 Mbps = 19
1 GBps = 4
10 GBps = 2

Zustände eines Switchports

0 = Disabled (administratively down)
1 = Blocking (warten) | kann BPDUs empfangen
2 = Listening (Switchtopologie erstellen) | kann BPDUs empfangen und senden
3 = Learning (CAM erstellen) | kann BPDUs empfangen und senden sowie Datenframes auswerten
4 = Forwarding (Daten weiterleiten) | kann BPDUs empfangen und senden sowie Datenframes auswerten und weiterleiten

Konfiguration (bei Cisco)

Root Switch festlegen (kleinste BID)
SWITCH(config)# spanning-tree vlan 10 root primary
SWITCH(config)# spanning-tree vlan 10 root secondary
SWITCH(config)# spanning-tree vlan 10 priority 4096

Spanning-Tree Portfast

Portfast: Sofort von Blocking zu Forwarding
wird ein Switchport aktiv, weil ein Gerät eingesteckt wurde, wechselt der Switchport über den Blocking State in den Listening, Learning und anschließend in den Forwarding State.
bei Blocking, Listening und Learning leitet der Switch noch keine Pakete von angeschlossenen Geräten weiter, sondern sendet und bearbeitet nur BPDUs
wenn Forwarding erreicht ist (schleifenfreie Topologie) leitet der Switch auch Pakete von angeschlossenen Geräten weiter
garantiert eine schleifenfreie Topologie

Es führt eventuell zu unerwüschten Verzögerungen (z.B. Rechner mit SSD booten zu schnell um eine DHCP-Adresse zu beziehen)

Zur Abhilfe können Ports als "Portfast" konfiguriert werden

nehmen dann nicht mehr an der Berechnung teil
wechseln erheblich schneller in den Forwarding State

Konfiguration - global (bei Cisco)

access-switch> enable
access-switch> configure terminal
access-switch(config)# spanning-tree portfast default

Konfiguration - Interface (bei Cisco)

access-switch(config)# interface fastethernet 0/1
access-switch(config-if)# spanning-tree portfast

Interfaces sollten nur dann als Portfast konfiguriert werden, wenn sichergestellt werden kann, dass an diesem kein weiterer Switch angeschlossen wird.

Diese Ports sind dann nur für Endgeräte (Rechner, Drucker, Server, ...)