Spannende Baumprotokoll

Das Spannende Baumprotokoll (STP) ist ein Netzwerkprotokoll Das baut einen Schleifenfreiheit auf Logische Topologie zum Ethernet -Netzwerke. Die Grundfunktion von STP besteht darin, zu verhindern Brückenschleifen und die Rundfunkstrahlung Das resultiert von ihnen. Spanning Tree erlaubt auch a Netzwerk-Design Backup -Links bereitstellen, die bereitgestellt werden Fehlertoleranz Wenn ein aktiver Link fehlschlägt.

Wie der Name schon sagt, erstellt STP a Spannungsbaum Das charakterisiert die Beziehung von Knoten innerhalb eines Netzwerks von Connected Layer-2 Brücken, und deaktiviert diese Links, die nicht Teil des Spanning -Baumes sind und einen einzigen aktiven Pfad zwischen zwei beliebigen Netzwerkknoten hinterlassen. STP basiert auf einem Algorithmus, der von erfunden wurde Radia Perlman Während sie für sie arbeitete Digital Equipment Corporation.^[1][2]

Im Jahr 2001 die IEEE eingeführt Schnellspannungsbaumprotokoll (RSTP) als 802.1W. RSTP bietet eine erheblich schnellere Wiederherstellung als Reaktion auf Netzwerkänderungen oder -ausfälle und führt dazu ein neues Konvergenzverhalten und Brückenhafenrollen ein. RSTP wurde so konzipiert, dass er mit Standard-STP rückwärtskompatibel ist.

STP wurde ursprünglich als standardisiert als IEEE 802.1d aber die Funktionalität des Spanning Tree (802.1d), schneller Spannungsbaum (802.1W) und Mehrfachspannungsbaum (802.1s) wurde inzwischen in integriert IEEE 802.1q-2014.^[3]

Protokollbetrieb

Schaltet mit Spanning Tree Protocol -Implementierung in einem lokalen Netzwerk (LAN). Ein Schalter ist der STP Wurzelbrücke. Alle Schaltanschlüsse, die eine Verbindung zwischen zwei Schalter verbinden, sind entweder a Wurzelanschluss (RP), a ausgewiesener Port (Dp) oder a Blockierter Port (BP).

Nach dem Verknüpfungsfehler berechnet und umfasst der Spanning Tree-Algorithmus einen neuen Baumstamm.

Schalter mit Spanning Tree Protocol -Implementierung in einem lokalen Netzwerk (LAN)

Die Notwendigkeit des Spanning -Baumprotokolls (STP) entstand, weil Schalter in lokale Netzwerke (LANS) werden häufig mit redundanten Links miteinander verbunden, um die Widerstandsfähigkeit zu verbessern, falls eine Verbindung scheitern sollte.^{[4]: 386} Diese Verbindungskonfiguration erstellt jedoch a Schaltschleife ergebend Rundfunkstrahlungen und MAC -Tabelle Instabilität.^{[4]: 388} Wenn redundante Links zum Anschließen von Schalter verwendet werden, müssen Schaltschleifen vermieden werden.^{[4]: 385}

Um die Probleme zu vermeiden, die mit redundanten Verbindungen in einem geschalteten LAN verbunden sind, wird STP auf Switches implementiert, um die Netzwerk -Topologie zu überwachen. Jede Verbindung zwischen Schaltern und insbesondere redundante Verbindungen wird katalogisiert. Der Spanning-Tree-Algorithmus blockiert dann die Weiterleitung von redundanten Links, indem eine bevorzugte Verbindung zwischen Schalter im LAN eingerichtet wird. Dieser bevorzugte Link wird für alle Ethernet-Frames verwendet, es sei denn, er fehlschlägt, in diesem Fall ist eine nicht bevorzugte redundante Verbindung aktiviert. Wenn STP in einem Netzwerk implementiert wird, bezeichnet er einen Schicht-2-Switch als Wurzelbrücke. Alle Schalter wählen dann ihre beste Verbindung zur Root Bridge für die Weiterleitung und blockieren andere redundante Links. Alle Schalter kommunizieren ständig mit ihren Nachbarn in der LAN Brückenprotokolldateneinheiten (BPDUS).^{[4]: 388}

Vorausgesetzt, es gibt mehr als eine Verbindung zwischen zwei Schalter, berechnet die STP -Root -Brücke die Kosten jedes Pfades basierend auf der Bandbreite. STP wählt den Pfad mit den niedrigsten Kosten aus, dh die höchste Bandbreite, wie der bevorzugte Link. STP ermöglicht diese bevorzugte Verbindung als einziger Pfad, der für Ethernet -Frames zwischen den beiden Schalter verwendet wird, und deaktivieren Sie alle anderen möglichen Links, indem Sie die Schaltanschlüsse bezeichnen, die den bevorzugten Pfad als verbinden Wurzelanschluss.^{[4]: 393}

Nachdem STP-aktivierte Switches in einem LAN die Root Bridge gewählt haben, weisen alle Nicht-Root-Brücken einen ihrer Ports als Root-Port zu. Dies ist entweder der Port, der den Schalter mit der Stammbrücke verbindet, oder wenn es mehrere Pfade gibt, der Port mit dem bevorzugten Pfad, der von der Wurzelbrücke berechnet wird. Da nicht alle Schalter direkt mit der Stammbrücke verbunden sind, kommunizieren sie unter Verwendung von STP BPDUS. Jeder Switch fügt die Kosten für seinen eigenen Weg zu den von den benachbarten Schalter erhaltenen Kosten hinzu, um die Gesamtkosten eines bestimmten Pfades zur Stammbrücke zu bestimmen. Sobald die Kosten aller möglichen Pfade zur Root Bridge addiert wurden, weist jeder Switch einen Port als Root -Port zu, der mit den niedrigsten oder höchsten Bandbreite mit den niedrigsten Kosten verbunden ist und schließlich zur Stammbrücke führt.^{[4]: 394}

Pfadkosten

Der STP -Pfadkostenverzug wurde ursprünglich durch die Formel berechnet 1 gbit/s/Bandbreite. Wenn schnellere Geschwindigkeiten verfügbar wurden, wurden die Standardwerte angepasst, da die Geschwindigkeiten über 1 Gbit/s von STP nicht zu unterscheiden wären. Sein Nachfolger RSTP verwendet eine ähnliche Formel mit einem größeren Zähler: 20 tbit/s/Bandbreite. Diese Formeln führen zu den Stichprobenwerten in der Tabelle.^{[5]: 154}

Hafenstaaten

Alle Schaltanschlüsse in der LAN, in der STP aktiviert ist, werden kategorisiert.^{[4]: 388}

Blockierung

Ein Port, der eine Schaltschleife verursachen würde, wenn er aktiv wäre. Um die Verwendung von Schleifenpfaden zu verhindern, werden keine Benutzerdaten über einen Blockierungsanschluss gesendet oder empfangen. BPDU -Daten werden noch im Blockierungszustand empfangen. Ein blockierter Port kann in den Weiterleitungsmodus eingehen, wenn die anderen verwendeten Links ausfallen und der Spanning -Baumalgorithmus feststellt, dass der Port zum Weiterleitungsstatus übergehen kann.

Hören

Der Switch verarbeitet BPDUS und wartet auf mögliche neue Informationen, die dazu führen würden, dass sie in den Blockierungszustand zurückkehren. Es bevölkert das nicht MAC -Tabelle Und es leitet keine Frames weiter.

Lernen

Während der Port noch keine Frames weiterleitet, lernt er Quelladressen von empfangenen Frames und fügt sie zur Mac -Tabelle hinzu.

Weiterleitung

Ein Port in den normalen Betriebsrahmen und weiterleiten. Der Port überwacht eingehendes BPDUs, das darauf hinweist, dass er in den Blockierungszustand zurückkehren sollte, um eine Schleife zu verhindern.

Deaktiviert

Ein Netzwerkadministrator hat den Switch -Port manuell deaktiviert.

Wenn ein Gerät zum ersten Mal an einen Switch -Anschluss angeschlossen ist, wird es nicht sofort begonnen, Daten weiterzuleiten. Es wird stattdessen eine Reihe von Zuständen durchlaufen, während es BPDUS verarbeitet und die Topologie des Netzwerks bestimmt. Der an einen Host wie einen Computer, Drucker oder angehörte Port Server Geht immer in den Weiterleitungsstaat, wenn auch nach einer Verzögerung von etwa 30 Sekunden, während es die Zuhör- und Lernzustände durchläuft. Die Zeit, die in den Zuhör- und Lernzuständen verbracht wird, wird durch einen Wert bestimmt, der als Vorwärtsverzögerung bezeichnet wird (Standard 15 Sekunden und von der Stammbrücke festgelegt). Wenn ein anderer Schalter ist angeschlossen, der Port kann im Blockierungsmodus bleiben, wenn festgestellt wird, dass er im Netzwerk eine Schleife verursachen würde. TCN (Topology Change Benachrichtigung) BPDUs werden verwendet, um andere Schalter von Portänderungen zu informieren. TCNs werden von einem Nicht-Wurzelschalter in das Netzwerk injiziert und an das Stammverfahren ausgebildet. Nach Erhalt des TCN setzt der Root Switch das Topology Change Flag in seinem normalen BPDUS. Diese Flagge wird an alle anderen Switches ausbreitet und weist sie an, ihre Weiterleitungstischeinträge schnell zu veranstalten.

Aufbau

Vor der Konfiguration von STP sollte die Netzwerktopologie sorgfältig geplant werden.^[6] Grundlegende Konfiguration erfordert, dass STP für alle Switches im LAN und dieselbe Version von STP für jeweils ausgewählte Switches aktiviert ist. Der Administrator kann bestimmen, welcher Schalter die Root Bridge ist, und die Schalter entsprechend konfigurieren. Wenn die Root Bridge untergeht, weist das Protokoll automatisch eine neue Root Bridge basierend auf Bridge ID zu. Wenn alle Switches die gleiche Brücken -ID haben, z. B. die Standard -ID, und die Root Bridge sinkt, entsteht eine Unentschieden -Situation und das Protokoll weist einen Schalter als Root Bridge basierend auf den Switch -MAC -Adressen zu. Sobald den Schalter eine Brücken -ID zugewiesen wurde und das Protokoll den Stammbrückenschalter gewählt hat, wird der beste Pfad zur Root Bridge basierend auf Portkosten, Pfadkosten und Portpriorität berechnet.^[7] Letztendlich berechnet STP die Pfadkosten auf der Grundlage der Bandbreite eines Links, jedoch können Verbindungen zwischen Schalter die gleiche Bandbreite haben. Administratoren können die Auswahl des bevorzugten Pfades des Protokolls beeinflussen, indem die Portkosten konfiguriert werden. Je niedriger der Portkosten ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Protokoll die angeschlossene Verbindung als Root -Port für den bevorzugten Pfad auswählt.^[8] Die Auswahl, wie andere Schalter in der Topologie ihren Wurzelanschluss auswählen, oder den geringsten Kostenpfad zur Stammbrücke, kann durch die Portpriorität beeinflusst werden. Die höchste Priorität bedeutet, dass der Weg letztendlich weniger bevorzugt wird. Wenn alle Ports eines Schalters die gleiche Priorität haben, wird der Port mit der niedrigsten Zahl ausgewählt, um Frames weiterzuleiten.^[9]

Wurzelbrücke und die Brückenausweise

Ein Beispielnetzwerk. Die nummerierten Kästchen repräsentieren Brücken, dh Schalter in einem LAN. Die Nummer ist die Brücken -ID. Die beschrifteten Wolken repräsentieren Netzwerksegmente. Die kleinste Brücken -ID ist 3. Brücke 3 ist also die Wurzelbrücke.

Das Wurzelbrücke des Spanning -Baumes ist die Brücke mit der kleinsten (niedrigsten) Brücken -ID. Jede Brücke verfügt über eine konfigurierbare Prioritätsnummer und eine MAC -Adresse. Die Brücken -ID ist die Verkettung der Brückenpriorität und der MAC -Adresse. Zum Beispiel die ID einer Brücke mit Priorität 32768 und Mac 0200.0000.1111 ist 32768.0200.0000.1111. Die Brückenprioritätsausfall beträgt 32768 und kann nur in Vielfachen von 4096 konfiguriert werden.^[a] Beim Vergleich von zwei Brücken -IDs werden die Prioritätsteile zuerst verglichen und die MAC -Adressen werden nur verglichen, wenn die Prioritäten gleich sind. Der Schalter mit der niedrigsten Priorität aller Schalter ist die Wurzel; Wenn es eine Unentschieden gibt, ist der Schalter mit der niedrigsten Priorität und der niedrigsten MAC -Adresse das Wurzel. Zum Beispiel, wenn Schalter A (Mac = 0200.0000.1111) und B (Mac = 0200.0000.2222) Beide haben eine Priorität von 32768 und wechseln A wird als Wurzelbrücke ausgewählt.^[b] Wenn die Netzwerkadministratoren einen Schalter haben möchten B Um die Wurzelbrücke zu werden, müssen sie ihre Priorität auf weniger als 32768 festlegen.^[c]

Pfad zur Wurzelbrücke

Die Abfolge von Ereignissen zur Bestimmung der am besten empfangenen BPDU (die der beste Weg zur Wurzel ist) lautet:

1. Niedrigste Wurzelbrücken -ID (BID) - bestimmt die Wurzelbrücke.
2. Niedrigste Kosten für die Wurzelbrücke - bevorzugt den vorgelagerten Schalter mit den geringsten Kosten für die Wurzel
3. Niedrigste Absenderbrücken -ID - dient als Tiebreaker, wenn mehrere upsteamische Schalter die gleichen Kosten für die Wurzel haben
4. Niedrigste Absender -Port -ID - dient als Tiebreaker, wenn ein Switch mehrere (Nichtetherchel-) Links zu einem einzigen Upstream -Switch hat, wobei:
   • Bridge ID = Priorität (4 Bit) + Lokal zugewiesene System -ID -Erweiterung (12 Bit) + ID [MAC -Adresse] (48 Bit); Die Priorität der Standardbrücke beträgt 32768, und
   • Port -ID = Priorität (4 Bit) + ID (Schnittstellennummer) (12 Bit); Die Standard -Port -Priorität beträgt 128.

Tiebreaker

Pfadbeziehung: Der am wenigsten günstige Pfad zum Stammschlüssel aus dem Netzwerksegment E geht durch Bridge 92. Daher ist der angegebene Port für das Netzwerksegment E der Port, der Bridge 92 mit dem Netzwerksegment e verbindet.

Wurzelanschlüsse

Wenn mehrere Wege von einer Brücke am wenigsten günstige Pfade sind, verwendet der gewählte Pfad die Nachbarbrücke mit der unteren Brücken-ID. Der Wurzelanschluss ist somit derjenige, der mit der niedrigsten Brücken -ID an die Brücke verbindet. Wenn beispielsweise in den Abbildungen Switch 4 mit dem Netzwerksegment D anstelle von Segment F angeschlossen worden wäre, würden zwei Pfade mit der Länge 2 an der Wurzel vorhanden sein, ein Pfad, der durch die Brücke 24 geht und die andere durch die Brücke 92. Weil es zwei gibt Die am wenigsten günstigen Pfade wird die untere Brücken-ID (24) als Tiebreaker bei der Auswahl des zu verwendenden Pfades verwendet.

Wege

Wenn mehr als eine Brücke in einem Segment zu einem am wenigsten günstigen Pfad zur Wurzel führt, wird die Brücke mit der unteren Brücken-ID verwendet, um Nachrichten an die Wurzel weiterzuleiten. Der Port, der diese Brücke mit dem Netzwerksegment anhält, ist die ausgewiesener Port Für das Segment. In den Abbildungen gibt es zwei am wenigsten günstige Pfade vom Netzwerksegment D bis zur Wurzel, eine durch die Brücke 24 und die andere durch die Brücke 92. Die untere Brücken-ID beträgt 24, so Welches Netzwerksegment D ist mit der Brücke 24 verbunden. Wenn Brücken -IDs gleich waren, hätte die Brücke mit der niedrigsten MAC -Adresse den angegebenen Port. In beiden Fällen legt der Verlierer den Port als blockiert fest.

Bezeichnete Ports

Wenn die Root Bridge mehr als einen Port in einem einzigen LAN -Segment hat, ist die Brücken -ID effektiv gebunden, ebenso wie alle Wurzelpfadkosten (alle gleich Null). Der Port auf diesem LAN -Segment mit der niedrigsten Port -ID wird zum angegebenen Port. Es wird in den Weiterleitungsmodus gebracht, während alle anderen Anschlüsse auf der Stammbrücke auf demselben LAN-Segment nicht festgestellte Ports werden und in den Blockierungsmodus gebracht werden.^[11] Nicht alle Brückenhersteller folgen dieser Regel, sondern erstellen Sie stattdessen alle Stammbrückenanschlüsse und setzen sie alle in den Weiterleitungsmodus.

Final Tiebreaker

In einigen Fällen kann es immer noch eine Krawatte geben, wenn die Root Bridge mehrere aktive Anschlüsse auf demselben LAN -Segment (siehe oben) mit ebenso niedrigen Wurzelpfadkosten und Bridge -IDs hat oder in anderen Fällen mehrere Brücken angeschlossen werden durch Mehrere Kabel und mehrere Ports. In jedem Fall kann eine einzelne Brücke mehrere Kandidaten für ihren Wurzelanschluss haben. In diesen Fällen haben die Kandidaten für den Stammanschluss bereits BPDUs erhalten, das gleichmäßig niedrig (d. H. Die "besten") Wurzelpfadkosten und gleich niedrige (d. H. Die "besten") Brücken-IDs und der endgültige Tiebreaker geht zum Port That erhielt die niedrigste (d. H. Die "beste") Port -Prioritäts -ID oder Port -ID.^[12]

Brückenprotokolldateneinheiten

Die obigen Regeln beschreiben eine Möglichkeit, zu bestimmen, welcher Spanning -Baum vom Algorithmus berechnet wird, aber die Regeln, wie geschrieben, erfordern die Kenntnis des gesamten Netzwerks. Die Brücken müssen die Wurzelbrücke bestimmen und die Portrollen (Wurzel, bestimmt oder blockiert) nur mit den Informationen berechnen. Um sicherzustellen, dass jede Brücke über genügend Informationen verfügt, verwenden die Brücken spezielle Datenrahmen aufgerufen Brückenprotokolldateneinheiten (BPDU) Um Informationen über Brücken -IDs und Root Pfadkosten auszutauschen.

A Brücke Sendet einen BPDU -Frame mit der eindeutigen MAC -Adresse des Ports selbst als Quelladresse und einer Zieladresse des STP Multicast -Adresse 01: 80: C2: 00: 00: 00.

In der ursprünglichen STP -Spezifikation gibt es zwei Arten von BPDUs^{[5]: 63} (Die Erweiterung der Rapid Spanning Tree (RSTP) verwendet eine bestimmte RSTP -BPDU):

• Konfiguration BPDU (CBPDU), verwendet zur Spanning -Baumberechnung
• Topology Change Benachrichtigung (TCN) BPDU, verwendet, um Änderungen in der Netzwerktopologie anzukündigen

BPDUs werden regelmäßig ausgetauscht (standardmäßig alle 2 Sekunden) und die Switches ermöglichen, die Netzwerkänderungen zu verfolgen und nach Bedarf an Ports zu starten und zu stoppen. Um die Verzögerung zu verhindern, wenn Hosts mit einem Schalter angeschlossen werden, und während einiger Topologieänderungen, Rapid STP Es wurde entwickelt, wodurch ein Switch -Port in diesen Situationen schnell in den Weiterleitungsstatus übergeht.

Bridge Protocol Data Unit Fields

IEEE 802.1D und IEEE 802.1AQ BPDUS haben das folgende Format:

 1. Protokoll -ID: 2 Bytes (0x0000 IEEE 802.1d) 2. Version ID: 1 Byte (0x00 Konfiguration & TCN / 0x02 RST / 0x03 MST / 0x04 SPT BPDU) 3. BPDU -Typ: 1 Byte (0x00 STP -Konfiguration BPDU, 0x80 TCN BPDU, 0x02 RST/MST -Konfiguration BPDU) 4. Flags: 1 Byte -Bit: Verwendung 1: 0 oder 1 für Topologie Änderung 2: 0 (nicht verwendet) oder 1 für den Vorschlag in RST/MST/SPT BPDU 3–4: 00 ( unbenutzt) oder 01 für Portrolle Alternative/Backup in RST/MST/SPT BPDU 10 für Portrollenwurzel in RST/MST/SPT BPDU 11 für die in RST/MST/SPT BPDU 5: 0 (unbenutzte) oder 1 für die Portrolle für die Portrolle Lernen in RST/MST/SPT BPDU 6: 0 (nicht verwendet) oder 1 für die Weiterleitung in RST/MST/SPT BPDU 7: 0 (nicht verwendet) oder 1 für Übereinstimmung in RST/MST/SPT BPDU 8: 0 oder 1 für Topology Change Bestätigung 5. Wurzel -ID: 8 Bytes (Cist Root ID in MST/SPT BPDU) Bits: Verwendung 1–4: Root Bridge Priorität 5–16: Root Bridge System ID Erweiterung 17–64: Root Bridge Mac Adresse 6. Wurzelpfadkosten: 4 Bytes (cist externe Pfadkosten in MST/SPT BPDU) 7. Brücken -ID: 8 Bytes (CIST Regional Root ID in MST/SPT BPDU) Bits: Verwendung 1–4: Brückenpriorität 5–16 : Brückensystem -ID -Erweiterung 17–64: Brücken -MAC -Adresse 8. Port -ID: 2 Bytes 9. Nachrichtenalter: 2 Bytes in 1/256 Sekunden 10. Maximalalter: 2 Bytes in 1/256 Sek In 1/256 Sekunden 12. Vorwärtsverzögerung: 2 Bytes in 1/256 Sekunden 13. Version 1 Länge: 1 Byte (0x00 No Ver 1 Protokollinformationen vorhanden. RST, MST, SPT BPDU nur) 14. Version 3 Länge: 2 Bytes (nur MST, SPT BPDU) Die TCN BPDU enthält nur Felder 1–3.  

Spannende Baumprotokollstandards

Das erste Spanning Tree -Protokoll wurde 1985 bei der Digital Equipment Corporation von erfunden Radia Perlman.^[1] Im Jahr 1990 veröffentlichte die IEEE den ersten Standard für das Protokoll als 802.1d.^[13] Basierend auf dem von Perlman entworfenen Algorithmus. Nachfolgende Versionen wurden 1998 veröffentlicht^[14] und 2004,^[15] Integration verschiedener Erweiterungen. Das ursprünglich in Perlman inspirierte Spanning Tree-Protokoll, das als DEC STP bezeichnet wird, ist kein Standard und unterscheidet sich von der IEEE-Version im Nachrichtenformat sowie im Timer-Einstellungen. Einige Brücken implementieren sowohl die IEEE- als auch die DEC -Versionen des Spanning Tree -Protokolls, aber ihre Interworking kann Probleme für den Netzwerkadministrator erstellen.^[16]

Verschiedene Implementierungen eines Standards sind nicht garantiert interoperieren, z. B. auf Unterschiede in den Standardeinstellungen für Timer. Der IEEE ermutigt die Anbieter, a zu liefern Protokoll -Implementierung Konformitätserklärung, erklären, welche Fähigkeiten und Optionen implementiert wurden,^[15] Um den Benutzern zu helfen, festzustellen, ob verschiedene Implementierungen korrekt interoperieren.

Schnellspannungsbaumprotokoll

Im Jahr 2001 die IEEE eingeführte Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) als IEEE 802.1W. RSTP wurde dann in IEEE 802.1D-2004 aufgenommen, wodurch der ursprüngliche STP-Standard veraltet wurde.^[17] RSTP wurde so konzipiert, dass er mit Standard-STP rückwärtskompatibel ist.

RSTP bietet nach einer Topologieänderung eine deutlich schnellere Spannungsbaumkonvergenz und führt dazu, dass neue Konvergenzverhalten und Brückenhafenrollen eingebracht werden, um dies zu erreichen. Während STP 30 bis 50 Sekunden dauern kann, um auf eine Topologieänderung zu reagieren, kann RSTP in der Regel auf Änderungen innerhalb von 3 × reagierenHallo Zeiten (Standard: 3 × 2 Sekunden) oder innerhalb weniger Millisekunden eines physischen Verknüpfungsversagens. Die Hallo -Zeit ist ein wichtiges und konfigurierbares Zeitintervall, das von RSTP für mehrere Zwecke verwendet wird. Sein Standardwert beträgt 2 Sekunden.^[18][19]

Schnellspannungsbaumbetrieb

RSTP fügt neue Bridge -Port -Rollen hinzu, um die Konvergenz nach einem Verknüpfungsfehler zu beschleunigen:

• Wurzel - Ein Weiterleitungsanschluss, der der beste Port von der Nicht-Root-Brücke zur Root Bridge ist
• Festgelegt - Ein Weiterleitungsanschluss für jedes LAN -Segment
• Wechseln - Ein alternativer Weg zur Wurzelbrücke. Dieser Pfad unterscheidet sich von der Verwendung des Stammports
• Backup - Ein Backup/redundanter Pfad zu einem Segment, in dem sich ein anderer Brückenanschluss bereits verbindet
• Deaktiviert - Nicht ausschließlich Teil von STP, ein Netzwerkadministrator kann einen Port manuell deaktivieren

Die Anzahl der Switch -Portstaaten, in denen ein Port eingeschaltet werden kann, wurde auf drei anstelle von STPs ursprünglichen fünf reduziert:

• Wegwerfen - Es werden keine Benutzerdaten über den Port gesendet
• Lernen -Der Port leitet noch keine Frames weiter, sondern bevölkert seinen Mac-Address-Tisch
• Weiterleitung - Der Hafen ist voll funktionsfähig

RSTP -Betriebsdetails:

• Die Erkennung des Root -Switch -Fehlers erfolgt in 3 Hallo, was 6 Sekunden beträgt, wenn die Standard -Hallo -Zeiten nicht geändert wurden.
• Ports können als Kantenanschluss konfiguriert werden, wenn sie an eine LAN angeschlossen sind, die keine anderen Brücken befindet. Diese Kantenanschlüsse wechseln direkt zum Weiterleitungsstatus. RSTP überwacht weiterhin den Port für BPDUs, falls eine Brücke angeschlossen ist. RSTP kann auch konfiguriert werden, um die Kantenports automatisch zu erkennen. Sobald die Brücke eine BPDU erkennt, die zu einem Kantenanschluss kommt, wird der Port zu einem Nicht-Edge-Port.
• RSTP ruft die Verbindung zwischen zwei oder mehr Switches als "Link-Type" -Beverbindung auf. Es wird angenommen, dass ein Port-zu-Punkt-Verknüpfung ein Anschluss ist, der im Full-Duplex-Modus arbeitet, während ein halber Duplexanschluss (über einen Hub) standardmäßig als gemeinsamer Anschluss angesehen wird. Diese automatische Link -Typeinstellung kann durch explizite Konfiguration überschrieben werden. RSTP verbessert die Konvergenz bei Punkt-zu-Punkt-Links, indem die maximale Zeit auf das dreifache Hallo-Intervall reduziert, den STP-Hörzustand entfernt und einen Handschlag zwischen zwei Schalter ausgetauscht wird, um den Port schnell in den Weiterleitungsstatus zu wechseln. RSTP macht bei gemeinsam genutzten Links nichts anders als STP.
• Im Gegensatz zu STP wird RSTP auf BPDUs reagieren, das aus der Richtung der Wurzelbrücke gesendet wird. Eine RSTP -Brücke wird vorschlagen Seine Spanning -Bauminformationen zu seinen ausgewiesenen Ports. Wenn eine andere RSTP -Brücke diese Informationen empfängt und feststellt, dass dies die überlegenen Stamminformationen ist, setzt sie alle anderen Ports für das Verwerfen fest. Die Brücke kann eine senden Zustimmung zur ersten Brücke, die seine überlegenen Spanning -Bauminformationen bestätigt. Nach Erhalt dieser Vereinbarung kann die erste Brücke wissen, dass sie den Portieren des Weiterleitungsstatus schnell um den Übergang des Hör-/Lernstaates umgeht. Dies schafft im Wesentlichen einen Kaskadiereffekt von der Wurzelbrücke, bei der jede ausgewiesene Brücke seinen Nachbarn vorschlägt, festzustellen, ob sie einen schnellen Übergang durchführen kann. Dies ist eines der Hauptelemente, mit denen RSTP schnellere Konvergenzzeiten als STP erreichen kann.
• Wie in den oben genannten Hafenrollendetails erläutert, führt RSTP Sicherungsdetails zum Abwurfstatus von Ports bei. Dies vermeidet Zeitüberschreitungen, wenn die aktuellen Weiterleitungsanschlüsse in einem bestimmten Intervall nicht am Stammanschluss fehlschlagen oder BPDUs nicht empfangen wurden.
• RSTP wird auf einer Schnittstelle zu Legacy STP zurückkehren, wenn auf diesem Port eine Legacy -Version eines STP -BPDU erkannt wird.

Standards für VLANs

STP und RSTP trennen Schalterports von VLAN nicht.^[20] Allerdings in Ethernet umgeschaltet Umgebungen, in denen mehrere Vlans existieren, es ist oft wünschenswert, mehrere Spannbäume zu erstellen, so dass der Verkehr auf verschiedenen VLANs unterschiedliche Links verwendet.

Proprietäre Standards

Bevor die IEEE einen Spanning Tree Protocol -Standard für VLANs veröffentlichte, entwickelten eine Reihe von Anbietern, die VLAN -fähige Schalter verkauften, ihre eigenen Spanning -Baumprotokollversionen, die VLAN fähig waren. Cisco entwickelt, implementiert und veröffentlicht die Per-Vlan Spanning Tree (Pvst) Proprietäres Protokoll mit seiner eigenen proprietären Inter-Schalter-Link (ISL) für VLAN Verkapselungund Pvst+, das verwendet 802.1q VLAN -Kapselung. Beide Standards implementieren einen separaten Spanning -Baum für jeden VLAN. Cisco Switches implementieren jetzt üblicherweise PVST+ und können nur Spannungsbäume für VLANs implementieren, wenn die anderen Schalter im LAN das gleiche VLAN -STP -Protokoll implementieren. HP bietet in einigen seiner Netzwerkschalter PVST- und PVST+ -Kompatibilität.^[20] Einige Geräte von Force10 -Netzwerke, Alcatel-Lucent, Extreme Netzwerke, Avaya, Brokatkommunikationssysteme und Blade Network Technologies Unterstützen Sie PVST+.^[21][22][23] Extreme Networks tut dies mit zwei Einschränkungen: mangelnde Unterstützung für Ports, in denen der VLAN nicht getagelt/nativ ist, und auch auf dem VLAN mit ID 1. PVST+ kann sich über einen abtunnieren MSTP Region.^[24]

Der Schalterverkäufer Juniper -Netzwerke Im Gegenzug entwickelte und implementierte er sein VLAN Spanning Tree Protocol (VSTP), um die Kompatibilität mit Cisco's PVST zu vermitteln, damit die Schalter beider Anbieter in eine LAN aufgenommen werden können.^[20] Das VSTP -Protokoll wird nur von der Ex- und MX -Serie von Juniper Networks unterstützt. Die Kompatibilität von VSTP gibt zwei Einschränkungen:

1. VSTP unterstützt nur 253 verschiedene Spannungs-Topologien. Wenn es mehr als 253 VLANs gibt, wird empfohlen, RSTP zusätzlich zu VSTP zu konfigurieren, und VLANs über 253 werden von RSTP bearbeitet.
2. MVRP Unterstützt VSTP nicht. Wenn dieses Protokoll verwendet wird, müssen die VLAN -Mitgliedschaft für Stammschnittstellen statisch konfiguriert werden.^[25]

Standardmäßig verwendet VSTP das RSTP-Protokoll als Kernprotokoll, aber die Verwendung von STP kann gezwungen werden, wenn das Netzwerk alte Brücken enthält.^[26] Weitere Informationen zum Konfigurieren von VSTP in Juniper Networks Switches wurden in der offiziellen Dokumentation veröffentlicht.^[27]

Cisco veröffentlichte auch eine proprietäre Version des Rapid Spanning Tree Protocol. Es schafft einen Spannbaum für jeden VLAN, genau wie PVST. Cisco bezieht sich darauf als Schnell pro Vlan-Spannungsbaum (Rpvst).

Mehrfachspannungsbaumprotokoll

Das multiple Spanning -Baumprotokoll (MSTP), das ursprünglich in definiert ist IEEE 802.1s-2002 und später verschmolzen in IEEE 802.1q-2005 definiert eine Erweiterung des RSTP, um die Nützlichkeit von VLANs weiter zu entwickeln.

Im Standard wird ein Spannungsbaum, der ein oder mehrere VLANs ordnet Mehrfachspannungsbaum (MST). Unter MSTP kann ein Spannungsbaum für einzelne VLANs oder für Gruppen von VLANs definiert werden. Darüber hinaus kann der Administrator alternative Pfade in einem Spannungsbaum definieren. Switches werden zuerst einer MST -Region zugeordnet, dann werden VLANs gegen diese MST zugeordnet oder zugeordnet. EIN Gemeinsamer Spannungsbaum (CST) ist ein MST, zu dem mehrere VLANs zugeordnet sind, diese Gruppe von Vlans heißt MST -Instanz (MSTI). CSTs sind mit dem STP- und RSTP -Standard rückwärts kompatibel. Ein MST, der nur einen Vlan zugewiesen hat, ist a Interner Spannungsbaum (Ist).^[20]

Im Gegensatz zu einigen proprietären Per-Vlan-Spannungsbäumen-Implementierungen,,^[28] MSTP enthält alle seine Spanning -Bauminformationen in einem einzigen BPDU -Format. Dies verringert nicht nur die Anzahl der BPDUs, die erforderlich sind, um Spanning -Bauminformationen für jeden VLAN zu kommunizieren, sondern gewährleistet auch die Rückwärtskompatibilität mit RSTP und tatsächlich klassisches STP. MSTP erledigt dies, indem er eine zusätzliche Informationsregion nach dem Standard -RSTP -BPDU sowie einer Reihe von MSTI -Nachrichten (von 0 bis 64 Fällen, obwohl in der Praxis viele Brücken weniger unterstützen). Jede dieser MSTI -Konfigurationsnachrichten vermittelt die Spanning -Bauminformationen für jede Instanz. Jede Instanz kann eine Anzahl konfigurierter VLANs und Rahmen zugewiesen werden, die diesen VLANs zugewiesen werden, die in dieser Spanning -Bauminstanz arbeiten, wenn sie sich im MST -Bereich befinden. Um zu vermeiden, dass in jedem BPDU ihre gesamte VLAN an das Spannungsbaumzuordnung vermittelt wird, codieren Brücken eine MD5 -Verdauung ihres VLAN in die Instanztabelle in der MSTP BPDU. Diese Verdauung wird dann von anderen MSTP -Brücken zusammen mit anderen administrativ konfigurierten Werten verwendet, um festzustellen, ob sich die benachbarte Brücke in derselben MST -Region wie sich selbst befindet.

MSTP ist vollständig mit RSTP -Brücken kompatibel, da ein MSTP -BPDU von einer RSTP -Brücke als RSTP -BPDU interpretiert werden kann. Dies ermöglicht nicht nur die Kompatibilität mit RSTP -Brücken ohne Konfigurationsänderungen, sondern führt auch dazu, dass RSTP -Brücken außerhalb eines MSTP -Bereichs die Region als eine einzige RSTP -Brücke ansehen, unabhängig von der Anzahl der MSTP -Brücken in der Region selbst. Um diese Ansicht einer MSTP -Region als einzelne RSTP -Brücke weiter zu erleichtern, verwendet das MSTP -Protokoll eine Variable, die als verbleibende Hopfen als Zeit für den Live -Zähler anstelle des von RSTP verwendeten Message -Age -Timers bezeichnet wird. Die Alterszeitalterszeit wird nur einmal inkrementiert, wenn die Information über Spannungsbeträge in eine MST-Region eintritt, und daher wird RSTP-Brücken eine Region als nur eine ansehen hüpfen im Spannungsbaum. Ports am Rand eines MSTP -Bereichs, der entweder mit einer RSTP- oder einer STP -Brücke oder einem Endpunkt verbunden ist, werden als Grenzanschlüsse bezeichnet. Wie bei RSTP können diese Ports als Kantenports konfiguriert werden, um schnelle Änderungen des Weiterleitungsstatus zu erleichtern, wenn sie mit Endpunkten verbunden sind.

Kürzeste Pfadüberbrückung

IEEE 802.1AQ, das auch als kürzeste Pfadbrückung (SPB) bezeichnet wird Alle Geräte, indem der Verkehr über alle Pfade in einem Netznetzwerk geladen kann.^[29][30] SPB konsolidiert mehrere vorhandene Funktionalitäten, einschließlich Spanning Tree Protocol (STP), mehrere Spanning -Baumprotokoll (MSTP), schnelles Spanning -Baumprotokoll (RSTP), Verbindungsaggregation und Mehrfach Mac -Registrierungsprotokoll (MMRP) in ein einverbindliches Statusprotokoll.^[31]

System -ID -Erweiterung

Die Brücken -ID (BID) ist ein Feld in einem BPDU -Paket. Es ist acht Bytes in Länge. Die ersten beiden Bytes sind die Brückenpriorität, eine nicht signierte Ganzzahl von 0–65.535. Die letzten sechs Bytes sind a MAC-Adresse von der Brücke geliefert. Vor IEEE 802.1D-2004 gaben die ersten beiden Bytes eine 16-Bit-Brückenpriorität. Seit IEEE 802.1D-2004 haben die ersten vier Bits eine konfigurierbare Priorität, und die letzten zwölf Bits tragen die Erweiterung der Brückensystem-ID. Im Fall von MST trägt die Bridge System ID -Erweiterung die MSTP Instanznummer. Einige Anbieter setzen die Erweiterung der Brückensystem -ID, um eine VLAN -ID zu tragen, die einen anderen Spannungsbaum pro VLAN wie Cisco's ermöglicht Pvst.

Nachteile und aktuelle Praxis

Spanning Tree ist ein älteres Protokoll mit einer längeren Konvergenzzeit. Eine unsachgemäße Verwendung oder Implementierung kann zu Netzwerkstörungen beitragen. Das Blockieren von Links ist ein grobe Ansatz für hohe Verfügbarkeit und Verhinderung von Schleifen. Moderne Netzwerke können alle verbundenen Verbindungen durch Verwendung von Protokollen verwenden, die das natürliche Verhalten logischer oder physikalischer Topologieschleifen hemmen, kontrollieren oder unterdrücken.

Neuere, robustere Protokolle sind die TRILLER (Transparente Verbindung von Links) Protokoll, ebenfalls von Perlman erstellt.^[32] und Kürzeste Pfadüberbrückung Aus dem IEEE.

Konfigurieren von Verbindungen zwischen Netzwerkgeräten als Schicht-3 IP -Links und verlassen sich auf IP routing Für Widerstandsfähigkeit und zur Vorbeugung von Schleifen ist eine beliebte Alternative.

Wechseln Sie die Virtualisierungstechniken wie das Cisco Virtual Switching System und Virtuelle Portchannel und HP Intelligent belastbarer Rahmen Kombinieren Sie mehrere Schalter zu einer einzelnen logischen Entität. So ein Multi-Chassis-Link-Aggregationsgruppe Funktioniert wie ein Normalwert Hafenkoffer, nur über mehrere Schalter verteilt. Umgekehrt trennen Sie ein einzelnes physikalisches Chassis in mehrere logische Entitäten.

Am Rande des Netzwerks wird die Schleifenerkennung konfiguriert, um versehentliche Schleifen durch Benutzer zu verhindern.^{[Weitere Erklärung erforderlich]}

Siehe auch

• Verteilter minimaler Spannungsbaum
• Etherchannel
• Ethernet Automatische Schutzschaltung
• Ethernet Ring Protection Switching
• Flex -Links
• Überschwemmungen (Computernetzwerk)
• Medien -Redundanzprotokoll
• Minimum Spanning Tree
• Unidirektionale Verbindungserkennung

Anmerkungen

Verweise

Externe Links

• Cisco Homepage für die Spanning-Tree-Protokollfamilie (Erörtert CST, Mistp, PVST, PVST+, RSTP, STP)
• STP -Artikel im Wireshark Wiki Enthält eine Probe-PCAP-Datei des erfassten STP-Verkehrs.
• Perlman, Radia. "Algorhym". Universität von Kalifornien in Berkeley. Archiviert von das Original Am 2011-07-19.
• IEEE -Standards
  • ANSI/IEEE 802.1D-2004 Standard, in Abschnitt 17 wird RSTP erörtert (regulärer STP ist nicht mehr Teil dieses Standards. Auf diese wird in Abschnitt 8 angegeben.)
  • ANSI/IEEE 802.1Q-2005 Standard, Abschnitt 13 erörtert MSTP
• RFCs
  • RFC4363–2006, vorgeschlagener Standard, Definitionen von verwalteten Objekten für Brücken mit Verkehrsklassen, Multicast -Filterung und virtuelle LAN -Erweiterungen
  • RFC4188–2005, vorgeschlagener Standard, Definitionen von verwalteten Objekten für Brücken
  • RFC2674–1999, vorgeschlagener Standard, Definitionen von verwalteten Objekten für Brücken mit Verkehrsklassen, Multicast -Filterung und virtuelle LAN -Erweiterungen
  • RFC1525–1993, - sbridgemib, vorgeschlagener Standard, Definitionen von verwalteten Objekten für Quellroutingbrücken
  • RFC1493–1993 - Bridgemib, Entwurfsstandard, Definitionen von verwalteten Objekten für Brücken
• Spanning Tree Direct vs Indirect Link Failures - CCIE -Studie
• Spanning Baumprotokollübersicht