das Spanning Tree-Protokoll

Transkript

1 Das Spanning Tree-Protokoll (STP) 0Wir stecken nun die redundanten (roten) Verbindungen in unserem Netz mit den vier Catalyst-Switches, das Spanning Tree-Protokoll ist auf den Switches aktiviert. Nach einer kurzen Wartezeit stellt sich folgender Zustand ein: Die Portstatus-LEDs der grünen Switchverbindungen leuchten an beiden Enden grün. Die Portstatus-LEDs der roten Switchverbindungen leuchten am Switch 2 grün und an den Switches 3 und 4 orange, s. Abbildung Die Farbe Orange der Portstatus- LEDs der Switches 2 und 4 signalisiert inaktive oder blockierte Ports, die redundanten Verbindungen werden durch die Switches selbsttätig blockiert. 70 1x1_Networking by Cisco

2 10. Das Spanning Tree Protokoll (STP) Fällt die Verbindung von Port 23 am Switch 1 zu Port B von Switch 3 aus, z.b. durch Entfernen des gekreuzten Patchkabels, wechselt die Kontroll-LED von Port A des Switch 3 von orange nach grün. Der Port A des Switch 3 hat vom inaktiven in den aktiven Zustand gewechselt, s. Abbildung x1_Networking by Cisco Mit Hilfe des Spanning Tree-Protokolls können wir die redundante Pfade stecken. Die Switches erkennen selbsttätig diese redundanten Pfade und aktivieren nur im Fehlerfall einen redundanten Pfad. Abb. 10-1: Geswitchtes Ethernet mit redundanten Verbindungen, Spanning Tree ist aktiviert Abb. 10-2: Geswitchtes Ethernet mit redundanten Verbindungen nach Ausfall einer Verbindung, Spanning Tree ist aktiviert 71

3 10.1 Erläuterung der Hintergründe zu den Abbildungen 10-1 und 10-2 Mit Hilfe des Spanning Tree- Protokolls nach IEEE 802.1d tauschen die Switches BPDUs (Bridge Protocol Data Units = Brücken-Protokolldateneinheiten) aus. Zunächst geht jeder Switch davon aus, dass er eine Rootbridge (Wurzel-Bezugsbrücke) ist. Die Rootbridge stellt den Bezugspunkt für das geswitchte Netz dar. Alle Switches konkurrieren darum, Rootbridge zu sein. Der Switch mit der niedrigsten Bridge- ID wird Rootbridge. Die Bridge-ID besteht aus acht Bytes. Die zwei höchstwertigen Bytes sind die Bridgepriorität (Bridge Priority), die sechs niederwertigen Bytes sind die MAC-Adresse des jeweiligen Switches, s. Abbildung Abb : Zusammensetzung der Bridge-ID Im Fabrikauslieferungszustand (Factory Defaults) haben alle Catalyst Switches die Bridgepriorität 8000H = dez. Bei Gleichheit der Bridgepriorität entscheidet die MAC-Adresse des Switches. Da die MAC-Adresse auf der Welt eindeutig ist, wird auch die Entscheidung, welcher Switch Rootbridge wird, eindeutig entschieden. In unserem Beispiel ergeben sich folgende Bridge-IDs: Die niedrigste MAC-Adresse hat Switch 1, er wird zur Rootbridge. Die nächst höhere MAC-Adresse hat Switch 2, er wird zur Ersatzrootbridge. Dann folgen die Switches 3 und 4. Nach einem Ausfall der Rootbridge übernimmt die Ersatzrootbridge deren Funktion. Abb : Zuordnung der Bridge-ID zu den Switches Bridge-ID Bridgepriorität MAC-Adresse Switch 1 Catalyst 2950T C-6D-C0 Switch 2 Catalyst 2950T E3-73-D9-40 Switch 3 Catalyst B3-AD-40 Switch 4 Catalyst D0-BA-CE-3B x1_Networking by Cisco

4 10. Das Spanning Tree Protokoll (STP) 10.2 Konfiguration der Bridgepriorität Da die Festlegung der Rootbridge über die MAC-Adressen durch den Zukauf eines weiteren Switches geändert werden kann, ist es sinnvoll die Festlegung der Rootbridge und der Ersatzrootbridge über die Bridgepriorität vorzunehmen. Die Bridgepriorität kann man konfigurieren. Ein Vorschlag für eine Änderung der Bridgeprioritäten: Switch 1 wird über die Bridgepriorität 2048 zur Rootbridge bestimmt. Der Switch 2, der zweite Catalyst 2950, wird durch die Bridgepriorität 4096 zur Ersatzrootbridge. Bei Ausfall von Switch 1 wird so Switch 2 automatisch zur Rootbridge. Die Bridgepriorität der beiden Catalyst 1900 wird im Fabrikauslieferungszustand belassen. Durch die Umkonfiguration der Bridgepriorität wird an der Rangfolge der Switches im bestehenden Netz nichts geändert. Der resultierende Vorteil der Festlegung der Rootbridge über die Konfiguration der Bridgepriorität ist: Wird ein neuer Switch mit niedrigerer MAC-Adresse der Ebene 2 hinzugefügt, stört dieser die bisherige Rangfolge der Switches nicht. Durch die Änderung der Bridgepriorität der Switches 1 und 2 ergeben sich folgende Bridge-IDs: Abb : Zuordnung der geänderten Bridge-ID zu den Switches 10.3 Wie werden in Abbildung 10-1 (siehe Seite 71) die aktiven und die redundanten Pfade ermittelt? Aktive Pfade sind zunächst die Pfade der Switches zur Rootbridge. Gibt es von jedem Switch zur Rootbridge nur einen Pfad, ist die Entscheidung gefallen. So genannte Rootports sind die Ports an den Switches, die den jeweiligen Switch mit der Rootbridge verbinden. Am anderen Ende der Verbindung, an der Rootbridge, haben wir designierte Ports (Designated Ports). Designierte Ports und Rootports sind aktiv geschaltet, dies wird durch eine grüne Kontroll-LED am jeweiligen Port angezeigt. Die verbliebenen zwei Pfade, Port 24 Switch 2 zu Port A Switch 4 und Port 23 Switch 2 zu Port A Switch 3, sind redundante Pfade. Redundante Pfade haben auf der einen Seite einen designierten Port und auf der anderen Seite einen inaktiven (blockierten) Port. Eine Seite muss inaktiv sein, damit keine Datenframes übertragen werden können und es nicht zu Broadcaststürmen kommt. Der designierte Port kommuniziert mit der Rootbridge mit BPDUs. Beide Enden des redundanten Pfades konkurrieren darum, designierter Port zu werden. Designierter Port wird der mit den geringsten Pfadkosten zur Rootbridge Pfadkosten Die Pfadkosten sind im Allgemeinen umso geringer, je höher die Datenübertragungsrate auf dem Pfad ist. Bei den Catalyst Switches werden die Pfadkosten ermittelt, indem 1000 durch die Datenübertragungsrate in Mbit/s dividiert wird (IEEE 802.1D). Das Ergebnis der Division muss immer ganzzahlig sein. Für Ethernet und Fast Ethernet ist dies der Fall: Pfadkosten für Ethernet: 1.000/10 = 100 Pfadkosten für Fast Ethernet: 1.000/100 = 10 Bridge-ID Bridgepriorität MAC-Adresse Switch 1 Catalyst 2950T C-6D-C0 Switch 2 Catalyst 2950T E3-73-D9-40 Switch 3 Catalyst B3-AD-40 Switch 4 Catalyst D0-BA-CE-3B-80 1x1_Networking by Cisco 73

5 Probleme mit den Pfadkosten gibt es z.b. für 10 Gbit/s-Ethernet. Die 10 Gbit/s-Ethernet- Norm, IEEE 802.3ae, wurde 2002 verabschiedet. Der nach dieser Rechenvorschrift ermittelte Wert für die Pfadkosten (0,1) ist unzulässig. Die IEEE hat deshalb für die Pfadkosten eine Tabelle herausgegeben, die der Entwicklung der Datenübertragungsraten Rechnung trägt, s. Abbildung (IEEE 802.1t). Datenübertragungsrate 4 Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s 6 1 Gbit/s 4 10 Gbit/s 2 Ebene 1 STP-Kosten Abb : Portzustände nach Ausfall von Switch 1 Die Pfadkosten der Ports der Catalyst 1900-Switches lassen sich auf die Tabellenwerte konfigurieren, so dass eine störungsfreie Zusammenarbeit mit künftigen Switches möglich ist (Investitionsschutz). Abb : Pfadkosten gemäß neuer IEEE-Tabelle nach IEEE 802.1t Switch2 Catalyst E3-73-D Netz nach Ausfall von Switch 1 Nach Ausfall von Switch 1 werden die vormals redundanten Verbindungen von Switch 2 zu Switch 3 und 4 durch das Spanning Tree- Protokoll automatisch aktiviert. Die grünen Portstatus-LEDs zeigen uns die aktive Verbindung an. Die Portstatus-LEDs an den Verbindungen von Switch 1 zu den Switches 2, 3 und 4 sind erloschen, hier besteht keine physikalische Verbindung mehr zwischen den Switches (kein Link). Das verbliebene Netz ist sternförmig mit Switch 2 im Sternpunkt, es ist schleifenfrei, s. Abbildung Die Verbindungen sind alle aktiv. Ebene 2 Switch4 Catalyst D0-BA-CE-3B-80 Switch3 Catalyst B3-AD-40 Abb : Sternförmiges geswitchtes Netz 74 1x1_Networking by Cisco

6 10. Das Spanning Tree Protokoll (STP) 10.6 Einrichten einer redundanten Verbindung zwischen Switch 3 und 4 Es wird zusätzlich zu den Verbindungen von Switch 2 zu Switch 3 und 4 eine redundante Verbindung von Switch 4 zu Switch 3 gesteckt, s. Abbildung Die Portstatus-LEDs signalisieren zwei aktive Verbindungen, von Port 24 an Switch 2 zu Port A an Switch 4 und von Port 23 an Switch 2 zu Port A an Switch 3. Die Verbindung von Switch 3 zu Switch 4 zeigt grün am Port B von Switch 3 und orange am Port B von Switch 4. Dies signalisiert, die Verbindung zwischen Switch 3 und Switch 4 befindet sich im Standby-Zustand (Bereitschaftszustand). Abb : Sternförmiges Netz mit redundanter Verbindung in Bereitschaft Zur Erklärung sehen wir uns in Abbildung die Switches und ihre MAC-Adressen an. Switch 2 hat auf Grund der niedrigsten MAC-Adresse die niedrigste Bridge-ID und wird deshalb zur Rootbridge. Die Ports A von Switch 3 und 4 sind Rootports, die Ports 23 und 24 von Switch 2 sind designierte Ports, diese Ports sind aktiv (grüne LED). Jetzt konkurrieren die Ports B von Switch 3 und 4 darum, welcher von beiden designierter Port wird. Beide haben Portkosten zur Rootbridge von 10 (100 Mbit/s-Verbindung). Bei Gleichheit der Portkosten entscheidet die Bridge-ID. Switch 3 hat die niedrigere Bridge-ID, deshalb wird Port B von Switch 3 designierter Port (grüne LED) und Port B von Switch 4 inaktiv geschaltet (orange LED). Die Verbindung Port B von Switch 3 zu Port B von Switch 4 ist standby geschaltet. Bei Ausfall einer aktiven Verbindung wird sie durch das Spanning Tree-Protokoll aktiviert. Ebene 1 Switch2 Catalyst E3-73-D9-40 Rootbridge Ebene 2 Switch4 Catalyst D0-BA-CE-3B-80 Switch3 Catalyst B3-AD-40 Abb : Struktur eines sternförmigen Netzes mit redundanter Verbindung in Bereitschaft, alle Pfade mit gleichen Kosten 1x1_Networking by Cisco 75