In der Netzwerkinfrastruktur entsteht eine Schleife, wenn Netzwerkpakete ständig zwischen zwei oder mehr Netzwerkgeräten hin- und hergeleitet werden, ohne ihr Ziel zu erreichen. Diese Situation entsteht durch redundante oder mehrere Pfade zwischen den Netzwerkgeräten, wodurch die Pakete endlos in einer Schleife zirkulieren.
Netzwerkschleifen können die Netzwerkleistung erheblich beeinträchtigen und zu langsamen oder nicht reagierenden Netzwerken, erhöhter Überlastung und sogar Netzwerkausfällen führen. Die Vermeidung von Netzwerkschleifen ist daher entscheidend für den Betrieb eines stabilen und effizienten Netzwerks.
Netzwerkschleifen können aus verschiedenen Gründen entstehen; hier sind einige Beispiele:
- Häufiger Kontakt: Wiederholte Kommunikation zwischen Netzwerkgeräten wie Switches oder Routern kann Netzwerkschleifen verursachen, indem Pakete über mehrere Wege geleitet werden, was zu Überlastung und Schleifenbildung führt.
- Falsch konfigurierte Netzwerkgeräte: Falsch konfigurierte Netzwerkgeräte können Netzwerkschleifen verursachen. Wenn beispielsweise zwei Switch-Ports fälschlicherweise im selben VLAN konfiguriert sind, können Pakete zwischen ihnen umgeleitet werden, wodurch eine Schleife entsteht.
- Netzwerkdesignprobleme: Mangelhafte Netzwerkplanung kann zu Netzwerkschleifen führen. Das Hinzufügen redundanter Verbindungen zu einem Netzwerk, das nicht ordnungsgemäß auf Redundanz ausgelegt ist, kann ebenfalls Netzwerkschleifen verursachen.
- Menschliches Versagen: Auch menschliches Versagen kann zu Netzwerkschleifen führen, indem Fehler bei der Konfiguration oder Modifizierung von Netzwerkgeräten oder -kabeln gemacht werden.
Lassen Sie uns untersuchen, wie man Netzwerkschleifen verhindern und damit verbundene Netzwerkprobleme überwinden kann.
Spacing Tree Protocol (STP)
Das Spacing Tree Protocol (STP) ist eine weit verbreitete und effektive Methode zur Vermeidung von Netzwerkschleifen. Es hilft, Schleifen zu verhindern, indem es die Netzwerktopologie aktiv überwacht und doppelte Verbindungen gezielt blockiert. Dadurch wird sichergestellt, dass zwischen je zwei Netzwerkgeräten nur ein aktiver Pfad existiert. STP trägt somit dazu bei, Broadcast-Stürme und Netzwerküberlastungen, die durch Schleifen entstehen können, zu verhindern. Obwohl es auch andere Methoden zur Vermeidung von Netzwerkschleifen gibt, ist STP eine robuste und zuverlässige Lösung. Es wird von den meisten Netzwerkgeräten unterstützt und ist in Unternehmensnetzwerken weit verbreitet.
Wie funktioniert STP?
STP legt fest, welche Schnittstellen Datenverkehr zulassen sollen, und alle übrigen Schnittstellen werden in den Blockierungszustand versetzt. STP verwendet drei Kriterien, um zu bestimmen, ob eine Schnittstelle in den Durchleitungszustand versetzt werden soll:
- Die radikale Brücke wählen
- Auswahl des Root-Ports
- Auswahl des zugewiesenen und des nicht zugewiesenen Ports
1. Auswahl der Root-Bridge.
In einem Netzwerk mit mehreren Switches wird ein Switch als Root-Bridge ausgewählt und bildet somit den zentralen Knotenpunkt des Netzwerks. Die Auswahl der Root-Bridge erfolgt anhand der Bridge-IDs der Switches im Netzwerk. Eine Bridge-ID ist eine eindeutige Kennung, die jedem Switch zugewiesen wird und sich aus einer Priorität und einer Adresse zusammensetzt. MAC Für den Konverter.
Wenn das Branching Tree Protocol (STP) auf einem Switch zum ersten Mal aktiviert wird, geht dieser davon aus, die Root-Bridge zu sein, und sendet BPDU-Nachrichten (Bridge Protocol Data Module) an andere Switches. Jeder Switch, der eine BPDU-Nachricht empfängt, vergleicht die Bridge-ID des sendenden Switches mit seiner eigenen. Der Switch mit der niedrigsten Bridge-ID wird als Root-Bridge ausgewählt, und alle anderen Switches passen ihre STP-Konfigurationen entsprechend an.
Haben zwei Switches die gleiche Priorität, wird der Switch mit der niedrigeren MAC-Adresse als Root-Bridge ausgewählt. Bei Gleichstand entscheidet die Portpriorität und die Port-ID über die Auswahl der Root-Bridge. Nach der Auswahl der Root-Bridge wird die Netzwerktopologie berechnet und STP ermittelt den optimalen Pfad für die Datenweiterleitung im Netzwerk.
Im folgenden Beispiel wurde Switch 1 aufgrund seiner Bridge-ID als Root-Bridge ausgewählt. Obwohl alle Switches die gleiche Priorität haben, besitzt Switch 1 die niedrigste MAC-Adresse in Kombination mit der Priorität und wird daher zur Root-Bridge.
Standardmäßig ist das Branching Tree Protocol (STP) auf Switches aktiviert. Verwenden Sie den folgenden Befehl, um die Details der Root-Bridge, des Root-Ports und des zugewiesenen Ports zu überprüfen.
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2. Wählen Sie den Root-Port aus.
Jede Nicht-Root-Bridge ermittelt den effizientesten Pfad zur Root-Bridge. Der Port mit dem kürzesten Pfad wird zum designierten Root-Port dieser Nicht-Root-Bridge. Jede Nicht-Root-Bridge besitzt genau einen Root-Port, der den schnellsten Pfad zur Root-Bridge bereitstellt.
Der Root-Port wird ausgewählt, indem die Kosten der Ports aller Nicht-Root-Switches für den Zugriff auf die Root-Bridge verglichen werden. Der Port mit den niedrigsten Kosten wird als Root-Port gewählt. Die Portkosten hängen von der Verbindungsgeschwindigkeit zwischen Switch und Root-Bridge ab. STP verwendet zur Berechnung der Portkosten die sogenannte Pfadkostenmetrik. Die Pfadkosten sind von der Verbindungsgeschwindigkeit abhängig; höhere Geschwindigkeiten führen zu niedrigeren Pfadkosten.
Während der Auswahl des Root-Ports kann es zu einem Gleichstand kommen, wenn zwei oder mehr Ports einer Nicht-Root-Bridge die gleichen Zugriffskosten zur Root-Bridge aufweisen. In solchen Fällen kommen die folgenden Mechanismen zur Auflösung des Gleichstands zum Einsatz.
- Die Bridge-ID des sendenden Switches wird verglichen, und der Switch mit der niedrigeren Bridge-ID wird zur Root-Bridge. Dessen zugehöriger Port wird dann als Root-Port ausgewählt. In diesem Beispiel kann Switch 3 über Switch 1 oder Switch 4 auf die Root-Bridge zugreifen.
- Besteht nach dem Vergleich der Bridge-IDs weiterhin Gleichstand (was vorkommen kann, wenn mehrere Links mit demselben Switch verbunden sind), wird die Portpriorität mit der niedrigsten Priorität des Nachbarports verwendet. Standardmäßig ist diese Portpriorität 128. Bei anhaltendem Gleichstand wählt der sendende Switch den Port mit der niedrigsten Priorität als Root-Port aus. In diesem Beispiel verfügt Switch 3 über mehrere Links zum Zugriff auf die Root-Bridge, was zu einem Gleichstand der Bridge-IDs des sendenden Switches führt.
Um diesen Gleichstand aufzulösen, wird die Portpriorität als Entscheidungskriterium herangezogen. Da diese Ports dieselbe Priorität aufweisen, wird die niedrigste Portnummer verwendet, wodurch Port Fa0/3 als Root-Port ausgewählt wird.
3. Auswahl von designierten und nicht designierten Häfen
Die designierten Ports sind für die Umleitung des Netzwerkverkehrs zuständig, während die nicht designierten Ports blockiert werden, um Schleifen zu verhindern. Ähnlich wie bei der Auswahl des Root-Ports wird der designierte Port anhand der geringsten Pfadkosten zum Root-Bridge ausgewählt. Wichtig ist, dass alle Ports des Root-Bridges designierte Ports sind.
Bei gleichen Pfadkosten wird die Switch-ID verglichen, um den zugewiesenen Port zu bestimmen. Bleibt die Switch-ID gleich, entscheidet die lokale Portnummer, und der Switch mit der niedrigeren Portnummer wird als Port zugewiesen.
Sobald ein bestimmter Port ausgewählt ist, werden alle anderen Ports des Switches, die nicht als Ports zugewiesen sind, blockiert. Dies verhindert Schleifen im Netzwerk und stellt sicher, dass der Datenverkehr in die richtige Richtung fließt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis des Prozesses, mit dem das Spanning Tree Protocol (STP) die Root-Bridge, den Root-Port sowie zugewiesene und nicht zugewiesene Ports auswählt, unerlässlich ist, um Netzwerkschleifen zu vermeiden, die die Netzwerkleistung erheblich beeinträchtigen können. Netzwerkschleifen können zu langsamen oder nicht reagierenden Netzwerken, erhöhter Überlastung und sogar Netzwerkausfällen führen. Daher ist die Implementierung von STP – als weit verbreitete und effektive Methode zur Vermeidung von Netzwerkschleifen – entscheidend für den Erhalt eines stabilen und effizienten Netzwerks.
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