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Spanning Tree

Redundante Verbindungen sind in geswitchten Netzen erwünscht — und zugleich gefährlich. Anders als IP-Pakete tragen Ethernet-Frames kein Feld, das ihre Lebensdauer begrenzt. Ein Frame, der einmal im Kreis läuft, läuft endlos, wird an jeder Kreuzung vervielfältigt und legt binnen Sekunden das gesamte Segment lahm. Genau dieses Problem löst das Spanning Tree Protocol, indem es aus der physischen Topologie einen schleifenfreien Baum berechnet und überzählige Verbindungen logisch abschaltet.

Den Einstieg bilden die Grundlagen: das Verhalten von Bridges und Switches beim selbstständigen Lernen von Adressen, die Entstehung von Schleifen und ihre Folgen.

Das Verfahren selbst beruht auf wenigen Bausteinen. Die Switches tauschen Nachrichten aus, wählen anhand einer Kennung eine Wurzel, bewerten Wege über Kosten und weisen jedem Port eine Rolle und einen Zustand zu. Timer steuern, wie schnell Änderungen wirksam werden — und damit, wie lange ein Netz nach einer Umschaltung nicht erreichbar ist.

Aus dieser Konvergenzzeit erklärt sich die Entwicklung der Varianten. Das ursprüngliche Verfahren brauchte über eine halbe Minute; die schnelle Variante ersetzt das Warten auf Timer durch eine Abstimmung zwischen Nachbarn. Weitere Ausprägungen tragen dem Umstand Rechnung, dass ein einziger Baum für alle VLANs die vorhandenen Wege ungenutzt lässt.

Eine eigene Gruppe bilden die Absicherungsfunktionen. Sie schützen vor Ports, die unerwartet Nachrichten senden, vor Geräten, die sich zur Wurzel erklären, und vor Verbindungen, die nur in eine Richtung funktionieren — der gefährlichste Fall, weil dabei die Schleifenerkennung selbst ausfällt. Ein Teil dieser Funktionen ist herstellerspezifisch und in neueren Varianten bereits enthalten.

Am Rand der Kategorie stehen die Nachfolgeansätze, die den Baum durch eine Wegeberechnung auf Schicht 2 ersetzen und damit alle Verbindungen nutzbar machen. Sie lösen dasselbe Problem auf grundsätzlich andere Weise. Vieles davon verdanken wir Ideen von Radia Perlman.

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