STP

Was ist STP(Spanning Tree Protocol)?

Einfach ausgedrückt wurde das STP-Protokoll entwickelt, um das Schleifenproblem im Netzwerk zu lösen. Sein vollständiger Name lautet Spanning Tree protocol, das auf der 2. Netzwerkschicht des OSI-Modells arbeitet. Sein Protokollstandard ist IEEE802.1D. STP optimiert die Ringnetzwerkstruktur zu einer Baumnetzwerkstruktur, indem einige Links in einen blockierenden Zustand versetzt werden.

Warum brauchen wir STP?

Um die Zuverlässigkeit der Struktur zu verbessern, bestehen häufig mehrere physische Verbindungen zwischen Geräten. Diese redundante Einstellung führt zwangsläufig zu Schleifen. In einem L2-Netzwerk erzeugen Schleifen Broadcast-Stürme, die dazu führen, dass Netzwerkbandbreite und Verarbeitungsressourcen erschöpft werden und das Netzwerk schließlich lahmgelegt wird. Das STP-Protokoll löst das Problem der kontinuierlichen Weiterleitung von Nachrichten in einem Ringnetzwerk.

Grundkonzepte von STP

STP wandelt die Ringstruktur in eine Baum-Netzwerkstruktur um. Es gibt vier Begriffe, die verstanden werden müssen: Root Bridge, Root Port, Designated Port und Pfadkosten.

In einem STP-Netzwerk gibt es nur eine Root Bridge. Im Allgemeinen wird ein Gerät mit guter Leistung und hoher Netzwerkschicht als Root Bridge ausgewählt. Die Root Bridge ist eindeutig, aber nicht unveränderlich und ändert sich entsprechend den Änderungen in der Netzwerktopologie.

Der Root-Port bezeichnet den Port mit den niedrigsten Kosten zur Root-Bridge unter allen STP-Ports auf einem Gerät und ist dafür verantwortlich, Daten zur Root-Bridge weiterzuleiten. Auf einem Gerät, auf dem das STP-Protokoll ausgeführt wird, gibt es nur einen Root-Port.

Es sollte beachtet werden, dass das Root-Bridge-Gerät keinen Root-Port hat. Designated Ports haben auf verschiedenen Ebenen unterschiedliche Definitionen. Für ein Gerät ist der direkt verbundene Port auf dem Gerät, das direkt mit ihm verbunden und für das Senden von Konfigurationsnachrichten verantwortlich ist, der Designated Port. Für ein Netzwerk ist der direkt verbundene Port auf dem Gerät, das Konfigurationsnachrichten an dieses Netzwerksegment weiterleitet, der Designated Port.

Die Pfadkosten beziehen sich auf den Kostenwert des Ports, und die Root-Pfadkosten beziehen sich auf die kumulierten Pfadkosten im Prozess des Erreichens der Root-Bridge.

Wie funktioniert STP?

Wenn das Netzwerk initialisiert wird, betrachten sich alle Geräte als Root Bridge. Durch den Austausch von BPDU-Nachrichten wird das Gerät mit der höchsten Priorität als Root Bridge ausgewählt. Wenn die Prioritäten gleich sind, werden die MAC-Adressen verglichen. Jedes Nicht-Root-Bridge-Gerät bestimmt den Port mit dem geringsten Overhead für den Empfang von Konfigurationsnachrichten als Root-Port. Wenn der Overhead gleich ist, wird die BID verglichen.

Das Gerät bestimmt auf Grundlage der Port-Konfigurationsnachricht und der Pfadkosten des Root-Ports an beiden Enden jedes physischen Pfads jeweils einen der Ports als designierten Port. Zu diesem Zeitpunkt werden die verbleibenden Ports ohne Identitäten blockiert. Dieser Schritt dient dazu, die Bildung von Schleifen zu verhindern.

Nachdem die Root Bridge, der Root Port und der Designated Port erfolgreich gewählt wurden, ist die gesamte Baumtopologie eingerichtet. Nachdem die Topologie stabil ist, leiten nur der Root Port und der Designated Port Datenverkehr weiter, während sich andere Nicht-Root- und Nicht-Designated-Ports in einem blockierenden Zustand befinden. Sie empfangen nur STP-Protokollpakete, leiten aber keinen Benutzerverkehr weiter.

Die Anwendung von STP

Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, ist das Layer 2 Ringnetzwerk mit STP konfiguriert, um zu verhindern, dass Nachrichten endlos im Netzwerk zirkulieren, und ein Port an Gerät 1 ist blockiert.