STP (Spanning Tree Protocol) ist ein Netzwerkprotokoll, das zur Vermeidung von Schleifen in Ethernet-Netzwerken durch die Schaffung einer schleifenfreien logischen Topologie verwendet wird. Es gibt hauptsächlich zwei Arten von STP: STP (Spanning Tree Protocol) und RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol). STP basiert auf dem IEEE 802.1D-Standard und wählt eine Root-Bridge aus, bestimmt die kürzesten Pfade zur Root-Bridge und blockiert redundante Pfade, um Schleifen zu verhindern. RSTP, basierend auf IEEE 802.1w, verbessert die Konvergenzzeit von STP, indem es die Zeit verkürzt, die für den Übergang von Ports zwischen Zuständen erforderlich ist, und eine schnellere Wiederherstellung nach Änderungen der Netzwerktopologie ermöglicht.
STP-Typen können sich auf die verschiedenen Versionen oder Implementierungen des Spanning Tree Protocol beziehen, z. B. STP (Spanning Tree Protocol), RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) und MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol). Jeder Typ verfügt über eigene Merkmale und Verbesserungen, die darauf abzielen, die Netzwerkleistung zu optimieren, die Konvergenzzeit zu verkürzen und komplexere Netzwerktopologien zu unterstützen.
STP-Nachrichten sind für den Betrieb des Spanning Tree Protocol unerlässlich und umfassen Bridge Protocol Data Units (BPDUs). Es gibt verschiedene Arten von STP-Nachrichten, die zwischen Switches ausgetauscht werden, z. B. Konfigurations-BPDUs, Topology Change Notification (TCN)-BPDUs und BPDU mit Vorschlag und Vereinbarung (verwendet in RSTP). Diese Nachrichten werden verwendet, um die Spanning Tree-Topologie einzurichten und aufrechtzuerhalten, Netzwerkänderungen zu kommunizieren und Portrollen und -zustände zwischen Switches auszuhandeln.
STP wird hauptsächlich verwendet, um Schleifen in Ethernet-Netzwerken zu verhindern, indem sichergestellt wird, dass jeweils nur ein aktiver Pfad zwischen zwei Netzwerkgeräten vorhanden ist. Durch die Auswahl einer Root-Bridge und die Berechnung optimaler Pfade bei gleichzeitiger Blockierung redundanter Pfade trägt STP dazu bei, die Netzwerkstabilität aufrechtzuerhalten, Broadcast-Stürme zu verhindern und die Datenweiterleitung in Switch-Umgebungen zu optimieren.
Das Spanning Tree-Protokoll arbeitet in fünf verschiedenen Phasen, um eine schleifenfreie Topologie innerhalb eines Netzwerks einzurichten. Zu diesen Phasen gehören:
- Initialisierung: Jeder Schalter beginnt im Blockierungszustand und wechselt schrittweise durch die Zustände „Zuhören“ und „Lernen“.
- Bridge-Wahl: Switches wählen eine Root-Bridge basierend auf der niedrigsten Bridge-ID (Kombination aus Priorität und MAC-Adresse).
- Topologieerkennung: Switches tauschen BPDU-Nachrichten aus, um die Netzwerktopologie zu erkennen und den kürzesten Pfad zur Root-Bridge zu bestimmen.
- Bestimmung der Portrolle: Switch-Ports werden Rollen wie Root-Port, Designated-Port und Blocking-Port zugewiesen, um optimale Pfade einzurichten und Schleifen zu verhindern.
- Schleifenfreie Topologie: Nach der Konvergenz erreicht das Netzwerk eine schleifenfreie Topologie, in der redundante Pfade blockiert sind, was eine effiziente und zuverlässige Datenübertragung im gesamten Netzwerk gewährleistet.