EMZETT.Spanning-Tree-Protokoll (STP): Schleifen im Switch-Netz verhindern
Kurz: Ein Verfahren, das in Ethernet-Netzen mit mehreren Switches Schleifen verhindert, indem es überzählige Verbindungen logisch abschaltet.
Genauer: Verbindet man Switches mit mehr als einem Kabel zwischen zwei Punkten, entsteht eine Schleife. Ethernet-Pakete ohne Lebensdauer könnten dort endlos kreisen und das Netz lahmlegen (Broadcast-Sturm). STP (IEEE 802.1D) wählt aus allen Verbindungen einen schleifenfreien Baum aus und hält die übrigen als Reserve bereit.
Im Detail
Das Problem: Schleifen
Ein Switch leitet Broadcasts an alle Ports weiter außer an den, über den sie hereinkamen. Gibt es zwischen zwei Switches zwei Wege, schickt jeder den Broadcast über beide Wege zurück, und die Pakete vervielfachen sich. Anders als bei IP gibt es im Ethernet-Rahmen kein TTL-Feld, das die Pakete irgendwann stoppt. Ein Broadcast-Sturm kann ein Netz binnen Sekunden unbenutzbar machen.
Wie STP arbeitet
- Die Switches tauschen kleine Nachrichten (BPDUs) aus und wählen eine Root Bridge, meist die mit der niedrigsten Bridge-ID (Priorität plus MAC-Adresse).
- Jeder andere Switch bestimmt den Port mit dem günstigsten Pfad zur Root Bridge (Root Port).
- Pro Netzsegment wird ein Designated Port gewählt.
- Alle übrigen Ports werden in den Zustand Blocking versetzt: Sie leiten keine Daten weiter, hören aber weiter zu.
Ausfall und Umschalten
Fällt eine aktive Verbindung aus, merken die Switches das am Ausbleiben der BPDUs und aktivieren einen blockierten Port. Das klassische STP braucht dafür bis zu etwa 30 bis 50 Sekunden. RSTP (IEEE 802.1w, Rapid Spanning Tree) schaltet meist in unter einer Sekunde um und ist heute der Standard. Hersteller bieten zusätzlich eigene Varianten, etwa PVST+ mit einem Baum je VLAN.
Praxis
Bewusst gebaute Redundanz (zwei Kabel zwischen zwei Switches) ist erwünscht und wird durch STP erst sicher nutzbar. An Ports für Endgeräte aktiviert man oft PortFast bzw. Edge-Ports, damit sie sofort aktiv sind, und BPDU Guard, damit dort angeschlossene Switches keine Topologie verändern. Alternativen zur Schleifenvermeidung sind Link-Aggregation (mehrere Kabel zu einem logischen Link) und Routing statt Switching.
Siehe auch: Layer-2-Switch, VLAN, MAC-Adressen