Erweiterungen des Spanning Tree Protocol

STP erkennt Netzwerk-Schleifen

Praxis & Tipps | Praxis

Mit dem Spanning Tree Protocol (STP) machen Administratoren ihre Büronetze schon seit Jahren robuster gegen den Ausfall von Übertragungswegen. Doch die sekundenlangen Umschaltzeiten sind für industrielle Anwendungen viel zu langsam. Selbst der Nachfolger RSTP (Rapid STP) benötigt für das Umschalten bis zu einer halben Sekunde und genügt deshalb für viele industrielle Anforderungen noch nicht. Proprietäre Entwicklungen drücken die Reaktionszeit nochmals um eine Größenordnung.

Die Grundlage zum Spanning Tree Protocol bildet der Spannbaum aus der Graphentheorie. Praktische Umsetzungen findet man etwa bei Telefonnetzen oder in Computernetzwerken. In LANs kommen das Spanning Tree Protocol und seine Abkömmlinge unter anderem zum Einsatz, um eindeutige Kommunikationswege zwischen redundant verbundenen Switches zu gewährleisten. Dadurch wird das LAN robuster gegen Ausfälle einzelner Pfade. Zusätzlich werden Schleifen im Netzwerk (Auslöser von Broadcast Storms) und duplizierte Datenpakete (Frames) verhindert, was Fehler in höher liegenden Schichten vermeidet. Die Begriffe Switch (eigentlich eine Multiport Bridge) und Bridge verwenden wir in diesem Beitrag synonym, auch wenn sie strenggenommen nicht das gleiche sind.

STP arbeitet auf der MAC-Schicht (Layer 2, Data Link Layer), wo in der Regel Ethernet-Frames fließen. Die Basis des Spanning Tree Protocols ist eine zentrale Bridge, die sogenannte Root Bridge, die jeder Netzwerkteilnehmer (Knoten) über genau einen Kommunikationsweg (Pfad) erreicht. Die Pfade können von der Hardware doppelt vorhanden sein; in diesem Fall wird der zweite Pfad als Reserve (Backup Path) temporär blockiert.

In wenigen Schritten wird die Topologie des Netzwerks berechnet: Die Bridges ermitteln beim Hochfahren über STP-Frames zunächst die Root Bridge, dann ihren günstigsten Weg zur Root Bridge und legen den Port mit dem günstigsten Pfad zur Root Bridge fest. Schließlich werden alle Ports ausgewählt, die in den Spanning Tree aufgenommen werden sollen.

Für Administratoren ist der Aufwand beim Installieren gering; der langwierige Teil ist die Planung des Netzwerks. Bei vielen Switches ist (R)STP bereits ab Werk aktiv. Nach dem Verkabeln und Einschalten der Switches muss der Admin per Command Line oder über die Weboberfläche nur noch prüfen, ob der gewünschte Modus gesetzt ist, also STP oder RSTP. In der Regel kann man überall RSTP einstellen, es ist rückwärtskompatibel zum älteren STP. Gibt es im Netz sehr alte Switches, die dennoch Probleme bereiten, wählt man STP. Optional kann der Admin auch die entstehende Topologie durch Ändern der Bridge ID anpassen.

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