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Spanning Tree Protocol | STP | Spanning Tree | Spanning-Tree-Protokoll

| Redakteur: Administrator

Wo zwei Bridges dieselben zwei Computernetzwerksegmente verbinden, können sie durch das Spanning Tree Protocol Informationen austauschen, sodass nur eine von ihnen eine Nachricht bearbeiten

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Wo zwei Bridges dieselben zwei Computernetzwerksegmente verbinden, können sie durch das Spanning Tree Protocol Informationen austauschen, sodass nur eine von ihnen eine Nachricht bearbeiten muss, die zwischen zwei Computern innerhalb des Netzwerks ausgetauscht wird. Das Spanning Tree Protocol verhindert die Bildung von Schleifen zwischen Bridges.

In einem lokalen Netzwerk (LAN) konkurrieren Computer um die Möglichkeit, den gemeinsamen Telekommunikationsweg zu jeder Zeit nutzen zu können. Wenn zu viele Computer etwas zur gleichen Zeit verschicken, kann die Gesamtleistung des Netzwerkes beeinträchtigt werden, sogar bis hin zu einem fast vollständigen Stillstand des Verkehrs. Damit dies weniger wahrscheinlich wird, kann das lokale Netzwerk in zwei oder mehrere Netzwerksegmente geteilt werden. Dazu wird eine so genannte Bridge (heute häufig auch Switches) eingesetzt, die zwei beliebige Segmente verbindet. Jede Nachricht (auch Frame genannt) durchläuft die Bridge, bevor sie an das geplante Ziel verschickt wird. Die Bridge ermittelt, ob die Nachricht an ein Ziel innerhalb des Ursprungssegments oder an das andere Segment zu übertragen ist und leitet diese dementsprechend weiter. Eine Bridge macht nichts anderes als die Zieladresse zu inspizieren und die Nachricht aufgrund ihres Wissens über die beiden Segmente (das heißt, welche Computer residieren in welchem Segment) auf den richtigen Weg zu schicken (das heißt, zum richtigen ausgehenden Port). Der Vorteil der Netzwerksegmentierung (und der Bridge) liegt darin, dass der Konkurrenzkampf um die Nutzung des Netzwerkpfads um die Hälfte reduziert wird (vorausgesetzt, jedes Segment enthält die gleiche Anzahl an Computern) und die Gefahr, dass das Netzwerk zum Stillstand kommt, verringert sich beträchtlich.

Welcher Computer sich auf welchem Segment befindet, erfährt eine Bridge beim erstmaligen Versenden einer Nachricht an beide Segmente (dieser Prozess wird als "Flooding" bezeichnet), weil sie danach feststellt, vom welchen Segment aus ein Computer geantwortet hat und dies aufzeichnet. Allmählich macht sich eine Brücke damit ein Bild davon, welche Computer in welchem Segment residieren. Wenn eine zweite Nachricht und nachfolgende Nachrichten versendet werden, kann die Brücke aus der eigenen Tabelle erfahren, zu welchem Segment sie weitergeleitet werden sollen. Dieser Ansatz, indem man die Brücke das Netzwerk durch Erfahrungen kennen lernen lässt, wird Transparent Bridging genannt (mit anderen Worten das Bridging wird ohne administrativen Eingriff konfiguriert).

Um ein Netzwerk aufzubauen, wird zur Sicherung meistens eine zweite Bridge zwischen zwei Segmenten angebracht, für den Fall, dass die erste Bridge versagt. Beide Bridges müssen zu jedem Zeitpunkt mit der Topografie des Netzwerkes vertraut sein, auch wenn nur eine Bridge die Nachrichten tatsächlich weiterleitet. Außerdem müssen beide Brideges wissen, welche Brücke die erste ist. Dazu werden die beiden Bridges durch eine eigenständige Leitung verbunden, über welche sie Informationen in Form von Bridge Protocol Data Units (BPDUs) austauschen.

Die Programmierung der Bridge, mit deren Hilfe sie bestimmen kann, wie dieses Protokoll angewendet werden muss, ist als Spanning Tree Algorithmus bekannt. Der Algorithmus wurde speziell für die Vermeidung von Schleifen konstruiert (diese werden dadurch verursacht, dass mehrere Pfade ein Segment mit einem anderen verbinden, was zu einer Endlosschleife führt). Der Algorithmus ist dafür verantwortlich, dass die Bridge den effizientesten Pfad wählt, wenn sie eine Entscheidung zwischen mehreren Pfaden treffen muss. Wenn der beste Pfad versagt, berechnet der Algorithmus das Netzwerk erneut und findet die nächstbeste Route.

Der Spanning Tree Algorithmus bestimmt die Netzwerkstruktur (d.h. er stellt fest, in welchem Segment welche Computerhosts untergebracht sind) und diese Daten werden dann in Form von Bridge Protocol Data Units (BPDUs) ausgetauscht. Dies wird in zwei Schritte aufgeteilt:

Schritt 1: Der Algorithmus legt die beste Nachricht fest, die eine Brücke versenden kann, in dem er die empfangenen Konfigurationsnachrichten bewertet und die beste Option auswählt.

Schritt 2: Hat er einmal die für eine bestimmte Brücke beste Nachricht ausgewählt, vergleicht er seine Wahl mit möglichen Konfigurationsnachrichten seiner Non-Root-Verbindungen. Wenn die beste Option aus Schritt 1 nicht besser ist als die Optionen, die über Non-Root-Verbindungen erfahren wurden, schließt er diesen Port aus.

Das Spanning Tree Protocol und der Algorithmus wurden von einem IEEE-Kommittee entwickelt. Zurzeit versucht das IEEE den Spanning Tree Algorithmus zu verbessern, dadurch könnte die Netzwerkwiederherstellungszeit reduziert werden. Das Ziel ist es, die Wiederherstellungsdauer nach einem Ausfall oder einer Änderung des Verbindungsstatus von 30 bis 60 Sekunden auf weniger als 10 Sekunden zu verkürzen. Diese Verbesserung, die Rapid Reconfiguration oder Fast Spanning Tree genannt wird, würde Datenverluste und Session-Timeouts verringern, wenn große Ethernet Netzwerke nach Strukturänderungen oder einem Geräteversagen wieder hergestellt werden müssten.

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