Bridge Protocol Data Unit

Abkürzung: BPDU

Was ist eine BPDU?

Eine Bridge Protocol Data Unit, abgekürzt BPDU, ist eine Steuerungsnachricht, die von Switches im Spanning Tree Protocol (STP) ausgetauscht wird. BPDUs enthalten alle Informationen, die Switches benötigen, um eine schleifenfreie logische Topologie zu berechnen, die Root Bridge zu wählen und redundante Pfade in den Blockierungszustand zu versetzen. Jede BPDU wird an eine reservierte Multicast-Adresse gesendet, sodass sie von allen benachbarten Switches empfangen und verarbeitet wird. BPDUs sind die Sprache, in der das Spanning Tree Protocol kommuniziert.

Der Zweck von BPDUs

Ohne BPDUs wäre STP blind. Switches könnten nicht erkennen, welche anderen Switches im Netzwerk existieren, welche Pfade verfügbar sind und ob eine Schleife droht. BPDUs transportieren die Bridge-ID des vermuteten Root-Switches, die Pfadkosten zur Root Bridge, die Bridge-ID des sendenden Switches und die Port-ID des sendenden Ports. Aus diesen Informationen berechnet jeder Switch unabhängig seine eigenen Port-Rollen und -Zustände. Der kontinuierliche Austausch von BPDUs stellt sicher, dass alle Switches eine konsistente Sicht auf die Topologie behalten und auf Veränderungen reagieren können.

Aufbau einer BPDU

Eine klassische Configuration BPDU nach IEEE 802.1D besteht aus einem Header und einem variablen Datenteil. Die wesentlichen Felder sind:

Protocol Identifier: Immer 0x0000 für STP.
Protocol Version Identifier: Zeigt die STP-Variante an, etwa 0 für klassisches STP, 2 für RSTP oder 3 für MSTP.
BPDU Type: Unterscheidet zwischen Configuration BPDU (0x00) und Topology Change Notification (0x80).
Flags: Enthalten das Topology Change Acknowledgment und das Topology Change Flag, die bei einer Topologieänderung gesetzt werden.
Root Bridge ID: Die Bridge-ID des Switches, den der Absender aktuell für die Root Bridge hält.
Root Path Cost: Die kumulierten Kosten vom sendenden Switch zur Root Bridge.
Sender Bridge ID: Die eigene Bridge-ID des sendenden Switches.
Port ID: Die Port-Nummer und Port-Priorität des sendenden Ports.
Message Age, Max Age, Hello Time, Forward Delay: Timer-Werte, die aus den Einstellungen der Root Bridge stammen und das Zeitverhalten des Protokolls steuern.

Configuration BPDU und Topology Change Notification

STP kennt zwei grundlegende BPDU-Typen. Die Configuration BPDU wird von der Root Bridge generiert und von den übrigen Switches weitergeleitet. Sie transportiert die gesamte Topologieinformation und wird in festgelegten Intervallen von zwei Sekunden ausgesendet. Jeder nicht-root Switch empfängt die Configuration BPDU an seinem Root Port, aktualisiert die Pfadkosten und die Bridge-ID des Absenders und sendet eine eigene BPDU aus seinen Designated Ports weiter.

Die Topology Change Notification (TCN) wird von einem Switch gesendet, der eine Änderung an seinen Ports feststellt, etwa wenn ein Link ausfällt oder ein neuer Port in den Forwarding-Zustand wechselt. Die TCN wird über den Root Port in Richtung Root Bridge propagiert. Die Root Bridge bestätigt den Empfang und setzt ein Topology Change Flag in den nächsten Configuration BPDUs. Dadurch verkürzen alle Switches vorübergehend das Alterungsintervall ihrer MAC-Adresstabellen und passen sich schnell an die neue Topologie an.

BPDUs in RSTP und MSTP

Das Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) verwendet ein erweitertes BPDU-Format, das mehr Informationen über Port-Rollen und Link-Typen trägt. RSTP-BPDUs sind mit dem Type 0x02 gekennzeichnet und ermöglichen den schnellen Proposal-Agreement-Handshake. Jeder Switch sendet eigenständig BPDUs, auch wenn er nicht Root Bridge ist. Das Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) fügt zusätzlich Informationen über die MST-Region und die Instanz-Zuordnungen in die BPDUs ein, sodass mehrere Spanning-Tree-Instanzen mit einer einzigen BPDU verwaltet werden können.

BPDU Guard und BPDU Filter

Zwei Sicherheitsfunktionen basieren direkt auf der Behandlung von BPDUs.

BPDU Guard: Deaktiviert einen Port sofort, wenn auf einem Endgeräte-Port eine BPDU empfangen wird. Dies verhindert, dass ein unautorisierter Switch eine Schleife verursacht.
BPDU Filter: Blockiert das Senden und Empfangen von BPDUs auf einem Port, was den Port vollständig aus der Spanning-Tree-Berechnung herausnimmt. BPDU Filter sollte nur in kontrollierten Umgebungen eingesetzt werden, da es Schleifen nicht verhindern kann.

Zusammenfassung

BPDUs sind das Herzstück des Spanning Tree Protocols und aller seiner Varianten. Sie transportieren die notwendigen Informationen, um aus einem physisch vermaschten Netz eine stabile, schleifenfreie Baumstruktur zu formen und auf Topologieänderungen zu reagieren. Das Verständnis des BPDU-Formats und der Übertragungsmechanismen ist die Grundlage für jedes Design und Troubleshooting von Layer-2-Infrastrukturen.