Portzustände im Spanning Tree

Was sind Portzustände im Spanning Tree?

Portzustände beschreiben den aktuellen Betriebszustand eines Switch-Ports in Bezug auf das Spanning Tree Protocol. Sie definieren, ob ein Port Datenpakete weiterleiten darf, MAC-Adressen lernt oder nur BPDUs verarbeitet. Jeder Port durchläuft beim Hochfahren oder nach einer Topologieänderung eine Abfolge von Zuständen, die von der STP-Variante abhängt. Die Zustandsmaschine stellt sicher, dass ein Port erst dann in den weiterleitenden Zustand wechselt, wenn die Topologie stabil ist und keine Schleife droht.

Portzustände im klassischen STP (IEEE 802.1D)

Das klassische Spanning Tree Protocol definiert fünf Zustände, die ein Port nacheinander durchläuft.

• Blocking: Der Port empfängt und verarbeitet BPDUs, leitet aber keine Nutzdaten weiter und lernt keine MAC-Adressen. Blocking ist der Ausgangszustand nach dem Einschalten und der Zustand, in dem redundante Ports dauerhaft verbleiben. Die Verweildauer ist abhängig von der Topologie.
• Listening: Der Port bereitet sich auf die Weiterleitung vor und tauscht BPDUs aus, um seine endgültige Rolle zu bestimmen. Er leitet keine Nutzdaten weiter und lernt keine MAC-Adressen. Dieser Zustand dauert 15 Sekunden (Forward Delay).
• Learning: Der Port lernt MAC-Adressen und füllt die MAC-Tabelle, leitet aber weiterhin keine Nutzdaten weiter. Dieser Zustand dauert ebenfalls 15 Sekunden. Er verhindert, dass ein frisch aktivierter Port mit einer leeren MAC-Tabelle sofort losflutet.
• Forwarding: Der Port ist voll aktiv, leitet Nutzdaten weiter, sendet und empfängt BPDUs und lernt MAC-Adressen. Nur Root Ports und Designated Ports erreichen diesen Zustand.
• Disabled: Der Port ist administrativ abgeschaltet oder durch einen Fehler deaktiviert. Er nimmt nicht am Spanning Tree teil und verarbeitet keine BPDUs.

Reduzierte Zustände in RSTP (IEEE 802.1w)

RSTP reduziert die fünf Zustände auf drei, um die Konvergenz zu beschleunigen.

• Discarding: Fasst die Zustände Blocking, Listening und Disabled zusammen. Der Port verarbeitet BPDUs, leitet aber keine Nutzdaten weiter und lernt keine MAC-Adressen. Alternat-, Backup- und blockierte Ports befinden sich in diesem Zustand.
• Learning: Der Port lernt MAC-Adressen, leitet aber keine Nutzdaten weiter. Wird nur kurzzeitig beim schnellen Proposal-Agreement-Handshake durchlaufen.
• Forwarding: Der Port ist voll aktiv und leitet Nutzdaten weiter. Root Ports, Designated Ports und Edge Ports befinden sich in diesem Zustand.

Übergänge und zeitliches Verhalten

Im klassischen STP dauert der Übergang von Blocking über Listening und Learning bis Forwarding maximal 50 Sekunden (20 Sekunden Max Age plus 15 Sekunden Listening plus 15 Sekunden Learning). RSTP überspringt diese starren Timer durch den schnellen Handshake-Mechanismus und erreicht Forwarding in unter einer Sekunde. Der Edge Port geht sofort in den Forwarding-Zustand, da an ihm keine Schleife entstehen kann.