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6.21 Das Rapid-Spanning-Tree-Protokoll
In Netzwerken mit mehreren Switches und Bridges können zwischen zwei angeschlossenen Netzwerkteilnehmern durchaus
mehrere physikalische Verbindungen bestehen. Diese redundanten Datenwege sind auch durchaus erwünscht, da sie
bei Ausfall einzelner Netzstränge alternative Wege zum Ziel anbieten können. Auf der anderen Seite kann es durch diese
Mehrfachverbindungen zu unerwünschten Schleifen (Loops) oder zu mehrfach empfangenen Frames kommen. Beide
Effekte stören den reibungslosen Datenverkehr im Netz.
Das Spanning-Tree-Protokoll (STP) ermöglicht die Analyse des Netzwerks auf Layer-2-Ebene und bietet somit auch
unterhalb der Routing-Schicht Lösungen zur intelligenten Wegeauswahl zwischen zwei Netzteilnehmern. Durch das
Auffinden redundanter Wege zwischen den Netzteilnehmern bildet STP eine eindeutige Struktur, in der Loops und
doppelte Pakete vermieden werden. Dazu werden so genannte Bridge Protocol Data Units (BPDUs) als Multicast an eine
bestimmte MAC-Adresse gesendet. Die BPDUs ermöglichen das Auffinden von doppelten Strecken sowie der Entfernung
und der auf dieser Verbindung verfügbaren Datenrate. Aus diesen Werten errechnet das Spanning-Tree-Protokoll eine
Priorität (auch Wege- oder Pfadkosten genannt), mit der die verschiedenen Verbindungen zu behandeln sind. Die
Verbindungen mit geringerer Priorität werden deaktiviert und stehen somit nicht für die Clients zur Verfügung. Durch
die Reduktion auf nicht redundante Verbindungen zwischen den Clients baut das Protokoll einen Baum auf, in dem von
einem zentralen Switch (Root-Bridge) aus alle Verbindungen eindeutig sind.
Die BPDUs werden regelmäßig im Netzwerk verschickt, um die Verfügbarkeit der Verbindungen zu prüfen. Fällt eine der
Verbindungen aus, wird die Analyse des Netzwerks erneut ausgelöst, die möglichen Wege und die zugehörigen Prioritäten
werden neu festgelegt.
Nach der Initialisierung befinden sich zunächst alle Ports im Zustand „Blocking", in dem nur BPDUs übertragen werden.
Anschließend wechseln die Ports über die Zustände Listening und Learning in den Zustand „Forwarding", in dem Nutzdaten
über die Ports übertragen werden können.
6.21.1 Classic und Rapid Spanning Tree
Das zunächst verwendete Spannig-Tree-Protokoll nach IEEE 802.1D – im Weiteren auch als Classic Spanning Tree
bezeichnet – hatte jedoch das Problem, dass die Aktualisierung der Topologie durch den Ausfall einer Verbindung nur
recht langsam umgesetzt wurde: 20 bis 30 Sekunden, je nach Komplexität des Netzwerkes auch bis zu einer Minute
braucht das klassische Spanning Tree zum Aufbau neuer Verbindungswege. Für viele Netzwerkdienste sind solch lange
Ausfallzeiten nicht akzeptabel.
Das Spanning Tree Protokoll wurde daher verbessert und als „Rapid Spanning Tree Protokoll" (RSTP) zunächst in einem
eigenen Standard IEEE 802.1t/w, später als Teil der Neufassung von IEEE 802.1D veröffentlicht. Auch wenn das klassische
Spanning Tree Protokoll damit zurückgezogen wurde, wird es in LCOS weiter unterstützt und zur Auswahl angeboten.
6.21.2 Verbesserungen durch Rapid Spanning Tree
Wie zuvor bemerkt ist das Hauptziel von RSTP die beschleunigte Aktivierung von Netzwerkpfaden, wenn eine der aktiven
Verbindungen ausfällt. RSTP verzichtet dabei u.a. auf die Zustände Blocking und Listening und reduziert die benötigte
Zeit zur Aktualisierung der Netzwerkpfade auf wenige Sekunden. Beim Ausfall eines Netzwerkpfades werden nicht mehr
alle Links blockiert, bis die neue Topologie berechnet ist, sondern nur die ausgefallenen Verbindungen fallen für die
Nutzung aus.
RSTP ermöglicht es dem Administrator darüber hinaus, Informationen über die Topologie des Netzwerk zu konfigurieren:
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Ein Bridge-Port kann dazu als „Grenz-Port" (Edge-Port) definiert werden. Ein Edge-Port ist der einzige Bridge-Port,
der zu dem angeschlossenen LAN-Segment führt – an dem LAN-Segment sind also keine anderen Bridges
angeschlossen, sondern nur z. B. Workstations oder Server. Da diese Ports nicht zu Loops führen können, wechseln
sie sofort in den Forwarding-Zustand, ohne die Ermittlung der Netzwerktopologie abzuwarten. Das RSTP überwacht
solche Ports jedoch weiterhin – falls unerwartet doch BPDUs auf einem Edge-Port empfangen werden, weil doch
eine andere Bridge am LAN angeschlossen wurde, fällt der Port automatisch in den Normalzustand zurück.
Referenzhandbuch
6 Routing und WAN-Verbindungen
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