STP - Spanning Tree Protocol erklärt

Was ist STP?

bitte ist ein Verbindungsverwaltungsprotokoll, das zur Unterstützung redundanter Verbindungen entwickelt wurde und das Umschalten von Schleifen im STP-Netzwerk stoppt. Es ist ein Layer-2-Protokoll, das auf Bridges und Switches ausgeführt wird und auf den Switch-Schnittstellen aktiviert werden sollte. IEEE-standardisierte STP-Protokolle als IEE 802.1D. Die vollständige Form von STP ist das Spanning Tree Protocol.

In diesem Netzwerk-Tutorial lernen Sie:

Warum brauchen wir STP?

Hier ist eine Situation, in der das Spanning Tree Protocol wichtig ist:

  • Die Zuverlässigkeit (Fehlertoleranz) des Netzwerks wird durch die Einführung von Redundanz exponentiell erhöht.
  • Schaltet den Flutverkehr von allen Ports aus, wenn der Verkehr an ein noch unbekanntes Ziel gesendet werden muss.
  • Broadcast- und Multicast-Verkehr wird an jeden Port weitergeleitet, mit Ausnahme des Ports, auf dem der Verkehr angekommen ist.
  • Das Spanning-Tree-Protokoll wird verwendet, um aus einer physikalischen Topologie mit Schleifen eine schleifenfreie logische Topologie zu erstellen.

Wie funktioniert STP? Beispiel

Spanning Trees verwenden einen Algorithmus, um die redundanten Verbindungen im LAN zu suchen und die besten Pfade auszuwählen. Es wird hauptsächlich verwendet, um alle Links entweder weiterzuleiten oder zu blockieren.

Nach diesem Vorgang befinden sich wahrscheinlich alle Verbindungen ohne eine redundante Verbindung im Weiterleitungszustand. Die redundanten Links, die nicht so gut waren wie die ausgewählten Links, würden blockieren. Spanning Tree verwendet niemals mehrere Links zum selben Ziel. Bei Spanning Tree gibt es keine Load-Sharing-Funktion.

Arten von STP:

Hier sind verschiedene Arten von Spanning Tree-Protokollen:

Standard Beschreibung Abkürzung
IEEE 802.1D.Schleifenverhinderung
Automatische Neukonfiguration des Baums bei Änderungen
Langsame Konvergenz (bis zu 50 bps)
bitte
IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree-Protokoll
  • Verbessertes STP mit schnellerer Konvergenz
  • Abwärtskompatibel mit STP
RSTP
IEEE 802.1Q Virtuelles LAN
Definieren eines gemeinsamen Spannbaums für alle VLANs
CST
Cisco proprietär Pro VLAN Spanning Tree
  • 1STP-Instanz pro VLAN
  • PVST + ist eine verbesserte Variante von PVST
PVRST + oderR-PVST +
Cisco proprietärPro VLAN Rapid Spanning TreePVRST + oderR-PVST +
IEEE 802.1sMultiple Spanning Tree-Protokoll
Mehrere Instanzen von VLAN, die 1 STP zugeordnet sind.
MSTP oder ml STP

Kriterien für Spanning Tree:

Die drei Kriterien für die Spanning-Tree-Schleife helfen bei der Entscheidung, ob die Schnittstelle den Weiterleitungsstatus hat:

  • Alle Schnittstellen auf der Root-Bridge sollten in einen Weiterleitungszustand versetzt werden.
  • Bei anderen Bridges, die nicht die Root-Bridge sind, wird der Port, der der Root-Bridge am nächsten liegt, in einen Weiterleitungszustand versetzt.
  • Die Bridge mit der geringsten Admin-Distanz zur Root-Bridge wird als Designated Bridge bezeichnet.

Stufe des STP-Protokolls

Vier Stufen von Spanning-Tree-Port-Zuständen sind:

Stadien von STP



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Sperrstatus

Der Blockstatus ist ein nicht designierter Port und nimmt niemals an der Frame-Weiterleitung teil. Das Zeitlimit beträgt 20 Sekunden oder unbegrenzt. Eine Schnittstelle geht immer in den Sperrzustand, wenn Sie STP aktivieren.

Hörstatus

Der Listening-Zustand ist der erste Zustand. Es ist eine Schnittstelle, die nach dem Sperrzustand betreten wird. Die Schnittstelle hilft Ihnen bei der Ermittlung dass die Schnittstelle, die an der Frame-Weiterleitung teilnehmen soll.

Der Listening-Zustand führt die folgenden Funktionen aus:

  • Verwirft am Port empfangene Frames
  • Lernt keine Adressen
  • Empfängt BPDUs

Lernzustand

Der Lernstatus hilft bei der Vorbereitung auf die Teilnahme an der Frameweiterleitung. Die Schnittstelle ermöglicht es uns, den Lernzustand von der Hörtafel aus einzugeben.

Der Lernzustand führt die folgenden Funktionen aus:

  • Verwirft am Port empfangene Frames
  • Empfängt BPDUs
  • Lernt Adressen

Versandstatus:

Eine Schnittstelle im Weiterleitungszustand bildet die Weiterleitungsrahmen. Diese Schnittstelle geht aus dem Lernzustand in den Weiterleitungszustand über, der die folgenden Funktionen ausführt:

  • Empfängt und leitet Frames weiter, die am Port empfangen werden
  • Lernt Adressen
  • Empfängt BPDUs

Deaktivierter Status

Dieser Zustand nimmt nicht an der Spanning-Tree-Schleife teil, da der Port administrativ deaktiviert ist und sein Timing ebenfalls unbegrenzt ist.

Eine deaktivierte Schnittstelle führt die folgenden Funktionen aus:

  • Verwirft am Port empfangene Frames
  • Lernt keine Adressen
  • Empfängt keine BPDUs

Wichtige Begriffe im Spanning Tree Protocol

Hier sind einige wichtige Begriffe, die verwendet werden

Brücke:

Bridge ist eine wichtige Komponente von VTP, die zwei oder mehr LAN-Segmente verbindet.

Root-Bridge (RB):

Sie ist die Brücke, die einen Verbindungspunkt für alle Segmente bietet. Alle Bridges in einem LAN haben einen Pfad zum Root. Mit STP können Sie die Root-Bridge automatisch auswählen. Wenn der STP-Netzwerkadministrator jedoch möchte, kann er den RB entsprechend dem Netzwerk ändern.

Nicht-Root Bridge (NRB):

Eine Mittags-Root-Bridge ist jede Bridge, die nicht die Root-Bridge ist.

Root-Port (RP):

Der Root-Port ist ein Port, der zur Root-Bridge führt.

Designierter Port (DP):

Jedes LAN-Segment hat 1 Designated Port. Jede Bridge empfängt auch die Frames von DP und leitet sie über ihren RP an die Root Bridge weiter.

Port-ID:

Die Port-ID hilft Ihnen, den Root-Port zu bestimmen. Es besteht aus einem konfigurierbaren 1-Byte-Prioritätswert und einer eindeutigen Portnummer jeder Bridge.

Pfadkosten (PC):

Path Cost, auch PC genannt, hilft bei der Entscheidung für die beste Topologie in Bezug auf die Weiterleitungsgeschwindigkeit. STP verwendet das Konzept der Pfadkosten.

Ausgewiesene Häfen

Ein designierter Port ist ein deaktivierter Port und wird von einem Netzwerkadministrator blockiert. Dieser Port kann kein Paket an einen anderen Switch senden. Es ist auch keine belegte MAC-Adresse in der MAC-Tabelle.

Nicht designierte Ports

Ein nicht designierter Port ist ein gesperrter Switch-Port. Er wird auch als blockierter Port oder manchmal als alternativer Port bezeichnet. Es kann keine Pakete an den nächsten Switch weiterleiten. Außerdem wird die MAC-Adresse nicht in die MAC-Tabelle eingetragen.

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) ist ein Netzwerkprotokoll, das eine schleifenfreie Topologie für Ethernet-Netzwerke gewährleistet.

Bridge Protocol Data Units (BPDU)

Das Spanning Tree Protocol erfordert ein STP-Netzwerkgerät, um Nachrichten auszutauschen, um eine schleifenfreie Logiktopologie zu unterstützen. Diese Nachrichten werden BPDUS (Bridge Protocol Data Units) genannt. Jedes Netzwerkgerät sendet BPDUs, die den Austausch von Topologieinformationen unterstützen.

BPDUS hilft Switches, Folgendes zu tun:

  • Wählen Sie einen einzelnen Switch aus, der als Wurzel des Spanning Tree fungiert
  • BPDUS hilft auch bei der Berechnung des kürzesten Pfads von sich selbst zum Root-Switch, der für jedes LAN-Segment als einer der Switches am nächsten zum Root-Switch bezeichnet wird.
  • Wählen Sie einen seiner Ports als Root-Port aus (wenn es sich um einen No-Switch handelt)
  • Wählen Sie den Port aus, der Teil des Spanning-Tree-Algorithmus ist, der als Designated Ports bezeichnet wird.
  • Blockiert die nicht designierten Ports.

Konfiguration BPDU

Es ist eine eindeutige Bridge-ID des Root-Geräts in der Netzwerktopologie. Sie fungiert als Bridge-ID der sendenden Bridge, eine Kennung des sendenden Ports.

Topology Change Notification (TCN) BPDU

Als Root-Bridge wird ein Netzwerkgerät ausgewählt. Die kürzeste Entfernung zur Root-Bridge sollte für jedes Netzwerkgerät basierend auf den Pfadkosten berechnet werden.

Für jedes LAN-Segment wird eine designierte Bridge ausgewählt. Dies ist auch das Netzwerkgerät, das der Root-Bridge am nächsten ist, daher sollte es an die Root weitergeleitet werden. Dies ist der Port, der den besten Pfad von der Bridge zu jeder Root-Bridge bietet.

Unterschiede zwischen STP und RSTP

bitte RSTP
Bei STP sendet die Bridge nur eine BPDU aus, wenn sie auf ihrem RP (Root-Protokoll) von RB (der Root-Bridge) überprüft wird.RSTP ermöglicht es dem Switch, zu jeder Hallo-Zeit BPDU auszusenden.
STP umfasst zwei Porttypen: Root Port und Designated PortDie RSTP-Methode umfasst zusätzliche Ports, alternative Ports und Backup-Ports.

Zusammenfassung:

Das STP-Protokoll ist als Verbindungsverwaltungsprotokoll definiert, das redundante Verbindungen unterstützt, die Schaltschleifen im STP-Netzwerk stoppen.

Bundesland Beschreibung BPDUs verarbeiten MAC lernen
DuInitialisierung eines Ports.NEINNEIN
BehinderteVerwaltungsstatus, der nicht an STP-Standardvorgängen teilnimmt.NEINNein
BlockierungDer Port leitet keine Ethernet-Frames weiter.Ja (nur BPDUS empfangen und verarbeiten)Nein
HörenIn diesem STP-Zustand wird die Berechnung der schleifenfreien Topologie durchgeführt. Dem Port wird seine Rolle zugewiesen.Ja (BPDUS senden und empfangen)NEIN
LernenDies ist ein zusätzlicher Zustand, um die Weiterleitung von Ethernet-Frames zu verzögern, wodurch Sie eine Überflutung des Netzwerks vermeiden können.JawohlJa (beliebte MAC-Adresstabelle)
WeiterleitungNormaler Betrieb der Weiterleitung von Ethernet-Frames.JawohlJawohl