Portrollen im Spanning Tree

Was sind Portrollen im Spanning Tree?

Portrollen beschreiben die logische Funktion, die ein Switch-Port in der Spanning-Tree-Topologie einnimmt. Sie legen fest, ob und in welcher Richtung der Port Datenverkehr weiterleiten darf. Das Spanning Tree Protocol weist jedem Port eine eindeutige Rolle zu, basierend auf den Pfadkosten zur Root Bridge, der Bridge-ID des Switches und der Port-ID. Die Rollenverteilung ist das zentrale Ergebnis des Spanning-Tree-Algorithmus und stellt sicher, dass das Netz eine schleifenfreie Baumstruktur bildet. Je nach STP-Variante existieren unterschiedliche Rollen.

Portrollen im klassischen STP (IEEE 802.1D)

Das klassische Spanning Tree Protocol kennt drei grundlegende Portrollen.

Root Port: Der Port mit den geringsten kumulierten Pfadkosten zur Root Bridge. Jeder nicht-root Switch besitzt genau einen Root Port. Über ihn empfängt der Switch die BPDUs der Root Bridge und leitet Datenverkehr in Richtung der Wurzel weiter. Der Root Port ist stets im Forwarding-Zustand.
Designated Port: Der Port, der für ein bestimmtes Netzsegment den Datenverkehr von der Root Bridge weg weiterleitet. Jedes Segment hat genau einen Designated Port. Er befindet sich auf dem Switch, der den kürzesten Pfad von diesem Segment zur Root Bridge bietet. Designated Ports sind im Forwarding-Zustand und senden BPDUs in das Segment.
Non-Designated Port: Ein Port, der weder Root Port noch Designated Port ist. Er wird logisch blockiert und geht in den Blocking-Zustand. Er empfängt weiterhin BPDUs, um auf Topologieänderungen reagieren zu können, leitet jedoch keinerlei Nutzdaten weiter. Diese Ports verhindern Schleifen, indem sie redundante Pfade stilllegen.

Erweiterte Portrollen in RSTP (IEEE 802.1w)

Das Rapid Spanning Tree Protocol führt zwei zusätzliche Rollen ein, um die Konvergenz zu beschleunigen.

Alternate Port: Ein Port, der einen alternativen Pfad zur Root Bridge bereitstellt. Er ist im Discarding-Zustand und übernimmt sofort die Rolle des Root Ports, wenn der ursprüngliche Root Port ausfällt. Der Wechsel erfolgt ohne Wartezeit und beschleunigt das Failover erheblich.
Backup Port: Ein redundanter Port zum selben Netzsegment, für das der Switch bereits einen Designated Port besitzt. Der Backup Port geht in den Discarding-Zustand und wird aktiv, wenn der primäre Designated Port ausfällt. Backup Ports sind in Punkt-zu-Punkt-Netzen selten und kommen eher bei geteilten Medien wie historischen Hubs vor.

Die Rollen Edge Port und Point-to-Point-Port werden ebenfalls in RSTP verwendet, sind jedoch eher Link-Typen als Portrollen. Ein Edge Port verbindet sich mit Endgeräten und geht sofort in den Forwarding-Zustand, ein Point-to-Point-Port ist Voraussetzung für den schnellen Proposal-Agreement-Handshake.

Rollenverteilung und Entscheidungsfindung

Die Rollenverteilung folgt einer strengen Hierarchie von Kriterien. Der Port mit den niedrigsten Pfadkosten zur Root Bridge wird Root Port. Für jedes Segment wird der Port mit den niedrigsten Pfadkosten zur Root Bridge Designated Port. Bei gleichen Pfadkosten entscheidet die niedrigere Bridge-ID des verbundenen Switches, bei gleichen Bridge-IDs die niedrigere Port-ID. Jeder Switch trifft diese Entscheidungen autonom auf Basis der eingehenden BPDUs.