Einführung in Spanning Tree Konzepte (STP, PVST+, RSTP, MST)

Grundlagen des Spanning Tree Protocol (STP)

Das Spanning Tree Protocol (STP) ist ein Netzwerkprotokoll, das entwickelt wurde, um Schleifen in einem Layer-2-Netzwerk zu verhindern. Schleifen können zu Broadcast-Stürmen und Netzwerkunterbrechungen führen.
STP arbeitet, indem es redundante Pfade in einem Netzwerk erkennt und diese blockiert, um eine Schleifen-freie Topologie zu erstellen.

STP wählt einen Root Bridge (den "Root" des Baums), von dem aus alle anderen Pfade berechnet werden.
Jeder Switch bestimmt den kürzesten Pfad zum Root und blockiert alternative Pfade, um Schleifen zu verhindern.
STP verwendet Bridge Protocol Data Units (BPDUs), um Informationen über die Netzwerk-Topologie auszutauschen und die Root Bridge und die Pfade zu bestimmen.

PVST+ ist eine Cisco-proprietäre Erweiterung von STP, die es ermöglicht, für jedes VLAN eine separate Spanning-Tree-Instanz zu erstellen.
Dies erlaubt eine Lastverteilung, indem unterschiedliche VLANs unterschiedliche Pfade durch das Netzwerk nutzen.
PVST+ ermöglicht eine granularere Kontrolle und optimiert die Nutzung der Netzwerkbandbreite.

Optimierung der Lastverteilung über mehrere VLANs.
Bessere Ausfallsicherheit, da unterschiedliche VLANs unterschiedliche Pfade verwenden können.
Ermöglicht die Priorisierung und Feinabstimmung des Netzwerks für verschiedene VLANs.

RSTP ist eine Weiterentwicklung von STP, die eine schnellere Konvergenzzeit bietet. Während STP in der Regel 30-50 Sekunden benötigt, um sich nach einer Topologieänderung zu stabilisieren, kann RSTP dies in wenigen Sekunden tun.
RSTP führt neue Portrollen und -zustände ein, um die Konvergenz zu beschleunigen.

Root Port: Der beste Pfad zur Root Bridge.
Designated Port: Der beste Pfad zu einem bestimmten Netzwerksegment.
Alternate Port: Ein alternativer Pfad zur Root Bridge, der im Standby bleibt.
Backup Port: Ein Backup-Pfad zu einem Netzwerksegment, der im Standby bleibt.

MST ist eine Erweiterung von RSTP, die es ermöglicht, mehrere VLANs in einer einzigen Spanning-Tree-Instanz zu gruppieren. Dies reduziert die Anzahl der Spanning-Tree-Instanzen im Netzwerk und verbessert die Skalierbarkeit.
MST kann helfen, die Effizienz und Verwaltung von großen Netzwerken zu verbessern, indem es die Anzahl der notwendigen Spanning-Tree-Berechnungen verringert.

MST verwendet das Konzept von Regionen, wobei alle Switches innerhalb einer Region die gleiche MST-Konfiguration teilen.
Eine MST-Region kann mehrere Instanzen von Spanning-Tree-Protokollen umfassen, wobei jede Instanz eine Gruppe von VLANs steuert.

Reduzierte Anzahl von Spanning-Tree-Instanzen, was die Netzwerkressourcen schont.
Verbesserte Skalierbarkeit und Verwaltung großer Netzwerke.
Flexibilität bei der Definition von Spanning-Tree-Instanzen für verschiedene Gruppen von VLANs.

STP: Standardprotokoll, einfach und zuverlässig, aber langsame Konvergenz.
PVST+: Bietet pro VLAN separate Spanning-Tree-Instanzen, optimiert die Bandbreitennutzung und bietet Lastverteilung.
RSTP: Schnelle Konvergenzzeit, ideal für Netzwerke, die eine schnelle Wiederherstellung nach Topologieänderungen benötigen.
MST: Skalierbar und effizient für große Netzwerke, ermöglicht das Gruppieren von VLANs in gemeinsame Spanning-Tree-Instanzen.

Die verschiedenen Spanning-Tree-Protokolle bieten jeweils spezifische Vorteile, abhängig von den Anforderungen des Netzwerks. STP bietet eine einfache Implementierung, während PVST+ und MST erweiterte Funktionen für größere Netzwerke bieten. RSTP hingegen ist ideal für Netzwerke, die eine schnelle Wiederherstellung benötigen. Die Wahl des richtigen Protokolls hängt von der spezifischen Netzwerktopologie und den Anforderungen an die Konvergenzzeit und Skalierbarkeit ab.