STP versus RSTP: poorttoestanden en -rollen, convergentiesnelheid, BPDU's en compatibiliteit

Wanneer switches met redundante paden zijn verbonden, blijven broadcastframes rondgaan in de lus en veroorzaken ze een broadcaststorm. STP (Spanning Tree Protocol) laat switches berichten uitwisselen die BPDU's heten en blokkeert een aantal poorten, zodat het netwerk een lusvrije boom vormt met de root bridge als wortel. Het klassieke STP (IEEE 802.1D) zet poorten echter pas in de forwardingtoestand na het aflopen van timers, zodat er geen lus ontstaat; met de standaardwaarden duurt herstel na een storing daardoor 30 tot 50 seconden. RSTP (Rapid STP, IEEE 802.1w) behoudt dezelfde verkiezing van de root bridge en hetzelfde idee van het blokkeren van poorten, maar verkort de omschakeling tot in het algemeen enkele seconden of minder, met een uitwisseling van voorstel en akkoord met de naburige switch en vooraf gekozen alternatieve poorten. RSTP is opgenomen in de editie 2004 van IEEE 802.1D en heeft het klassieke STP als standaard vervangen.

KenmerkSTPRSTP
NormIEEE 802.1D (tot en met de editie 1998)IEEE 802.1w; opgenomen in de editie 2004 van IEEE 802.1D
PoorttoestandenVijf: disabled, blocking, listening, learning, forwardingDrie: discarding, learning, forwarding
PoortrollenRootpoort en designated port; poorten die geen van beide zijn, worden geblokkeerdRootpoort en designated port, plus de alternatieve poort (vervanger van de rootpoort) en de backuppoort (reserve voor een designated port)
Hersteltijd na een storing30 tot 50 seconden met de standaardtimers (max age 20 s + forward delay 15 s × 2)In het algemeen enkele seconden of minder
Mechanisme voor snelle omschakelingGeen; wacht op timers en doorloopt listening en learning voordat het gaat doorsturenWisselt op point-to-pointlinks een voorstel (proposal) en een akkoord (agreement) uit met de buur en begint door te sturen zonder op timers te wachten; als de rootpoort uitvalt, neemt een alternatieve poort direct over
Hoe BPDU's worden verstuurd en storingen worden gedetecteerdElke switch geeft de BPDU's van de root bridge door; een storing wordt aangenomen als de BPDU-informatie gedurende de max age (standaard 20 s) niet wordt ververstElke switch verstuurt elke hello time (standaard 2 s) zijn eigen BPDU's; een storing wordt aangenomen als er drie achter elkaar ontbreken
Hoe topologiewijzigingen worden gemeldDe switch die de wijziging opmerkt, meldt dit met een TCN-BPDU aan de root bridge, die het aan iedereen doorgeeft; MAC-adrestabellen laten oude items vervallen door de aging time te verkorten tot de forward delay (15 s)De switch die de wijziging opmerkt, meldt dit direct aan zijn buren, en switches die de melding ontvangen, wissen oude items in de MAC-adrestabel direct
Poorten voor eindapparatenMaakt de norm geen onderscheid in; een aangesloten apparaat wacht ongeveer 30 seconden voordat het doorsturen begintEen poort die als edge port is ingesteld, begint direct door te sturen; ontvangt hij een BPDU, dan wordt hij als gewone poort behandeld
CompatibiliteitBlijft als STP draaien wanneer het met RSTP-switches is verbondenSchakelt op poorten naar STP-switches over op STP-compatibel gedrag (de omschakeling op die poort wordt traag)

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

STP
Behouden voor compatibiliteit waar oude switches zonder ondersteuning voor RSTP aanwezig zijn. Er is vrijwel geen reden om voor een nieuw netwerk het klassieke STP te kiezen.
RSTP
De standaardkeuze voor netwerken met redundant verbonden switches. Door poorten voor eindapparaten als edge port in te stellen en tussen switches full-duplex point-to-pointlinks te gebruiken, haal je het volle voordeel uit de snelle omschakeling.

Veelgestelde vragen

Waarom duurt de omschakeling bij STP 30 tot 50 seconden?

Omdat het poorten voorzichtig laat doorschuiven, zodat er geen lus ontstaat. Bij een storing elders in het netwerk wacht het eerst de max age van 20 seconden af tot de verouderde BPDU-informatie vervalt. Daarna wacht het in zowel de listening- als de learningtoestand een forward delay van 15 seconden, in totaal tot 20 + 15 × 2 = 50 seconden. Als een link op een eigen poort van de switch uitvalt, hoeft het niet op de max age te wachten, dus dan duurt het ongeveer 30 seconden.

Kunnen RSTP- en STP-switches worden gemengd?

Ja. Een RSTP-switch schakelt over op STP-compatibel gedrag op een poort waar hij klassieke STP-BPDU's ontvangt. Op die poort is de uitwisseling van voorstel en akkoord echter niet beschikbaar en steunt de switch op timers, dus de omschakeling is trager. Voor snelle omschakeling moet RSTP op alle switches in het netwerk draaien.

Wordt de root bridge bij STP en RSTP anders gekozen?

Nee, dat is hetzelfde. De switch met de laagste bridge-ID, bestaande uit de prioriteit gevolgd door het MAC-adres, wordt de root bridge. De standaardprioriteit is 32768, dus zonder configuratie wint de switch met het laagste MAC-adres; daarom is het gebruikelijk de switch die in het centrum hoort een lagere prioriteit te geven.

Wat als ik per VLAN een aparte boom wil?

STP en RSTP bouwen één boom voor het hele netwerk, dus een geblokkeerde link wordt voor geen enkel VLAN gebruikt. MSTP (oorspronkelijk een aparte uitbreiding van de norm, nu onderdeel van IEEE 802.1Q) kan voor elke groep VLAN's een aparte boom (instantie) bouwen, zodat verschillende VLAN's verschillende links kunnen gebruiken en redundante links benut worden.

Test uw begrip

Welke rol speelt het Spanning Tree Protocol (STP) in een netwerk waarin switches met redundante paden zijn verbonden?

  1. AHet schakelt sommige poorten logisch uit, zodat de paden een lusvrije boom vormen, en voorkomt zo dat broadcastframes eindeloos blijven rondgaan
  2. BHet verdeelt frames gelijkmatig over meerdere links tussen switches om de bandbreedte te vergroten
  3. CHet geeft frames door tussen verschillende VLAN's, zodat de VLAN's met elkaar kunnen communiceren
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Het schakelt sommige poorten logisch uit, zodat de paden een lusvrije boom vormen, en voorkomt zo dat broadcastframes eindeloos blijven rondgaan

Als switches in een lus worden verbonden, blijven broadcasts en frames naar onbekende bestemmingen rond de lus gaan en zich vermenigvuldigen (een broadcaststorm), en valt het netwerk stil. Dat komt doordat Ethernet-frames geen mechanisme hebben zoals de TTL van IP, die het aantal hops telt en het frame weggooit. STP laat de switches berichten uitwisselen die BPDU's heten en blokkeert sommige poorten, zodat de actieve paden een boom vormen met de root bridge als wortel. Valt een gebruikte link uit, dan zet het een geblokkeerde poort in de forwarding-toestand om naar een ander pad over te schakelen.

Bij STP zijn de bridge-ID's van drie switches bekend: SW1 heeft prioriteit 32768 en MAC-adres 00-00-5E-00-53-01, SW2 heeft prioriteit 61440 en MAC-adres 00-00-5E-00-53-05, en SW3 heeft prioriteit 4096 en MAC-adres 00-00-5E-00-53-0A. Welke switch wordt als root bridge gekozen?

  1. ASW1
  2. BSW2
  3. CSW3
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. SW3

Bij STP wordt de switch met de laagste bridge-ID de root bridge. De bridge-ID zet de prioriteit in het bovenste deel en het MAC-adres in het onderste deel, dus eerst worden de prioriteiten vergeleken en alleen bij gelijke prioriteit de MAC-adressen. Hier wordt SW3, met de laagste prioriteit van 4096, de root bridge, ongeacht zijn MAC-adres. De standaardprioriteit is 32768, en als er niets wordt ingesteld, wordt de switch met het laagste MAC-adres gekozen; daarom is het gebruikelijk de switch in het centrum van het netwerk een lagere prioriteit te geven.

Drie switches, SW1, SW2 en SW3, zijn in een driehoek verbonden met één link tussen elk paar. De root bridge van STP is SW1, en SW2 heeft een lagere bridge-ID dan SW3. Alle links hebben dezelfde padkosten. Welke poort wordt geblokkeerd (stuurt geen frames door)?

  1. ADe poort van SW1 die met SW3 is verbonden
  2. BDe poort van SW2 die met SW3 is verbonden
  3. CDe poort van SW3 die met SW2 is verbonden
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. De poort van SW3 die met SW2 is verbonden

Alle poorten van de root bridge zijn aangewezen poorten (designated ports) in de forwarding-toestand. SW2 en SW3 kiezen elk als rootpoort de poort met de laagste kosten naar de root bridge, namelijk de poort die rechtstreeks met SW1 is verbonden. Op de resterende link SW2–SW3 hebben beide switches dezelfde kosten naar de root bridge (één link), dus wordt de poort van SW2, dat de lagere bridge-ID heeft, de aangewezen poort. De poort van SW3 is rootpoort noch aangewezen poort en wordt dus geblokkeerd, waarmee de driehoekige lus wordt doorbroken.

  1. Met de standaardtimers duurt het bij klassiek STP (IEEE 802.1D) na een storing ongeveer 30–50 seconden voordat een eerder geblokkeerde poort frames begint door te sturen. Met welk mechanisme schakelt RSTP sneller over?

Oefenvragen over Netwerkontwerp en -beheer

Belangrijke termen uitgelegd

Spanning Tree Protocol (STP)
Protocol (IEEE 802.1D) dat in een netwerk waarin switches met redundante paden zijn verbonden sommige poorten logisch blokkeert, zodat de paden een lusvrije boom vormen en broadcaststormen worden voorkomen. Valt een gebruikt pad uit, dan schakelt het over door een geblokkeerde poort in gebruik te nemen. RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) is een verbeterde versie die sneller overschakelt.
MAC-adres
Adres van 48 bits dat in Ethernet en draadloze LAN's wordt gebruikt om apparaten binnen hetzelfde netwerk aan te duiden. De bovenste 24 bits geven de fabrikant aan, en het adres wordt bij de productie aan elke interface toegekend.
Broadcastdomein
Het gebied dat een broadcastframe bereikt. Switches en hubs sturen broadcasts door en horen dus bij hetzelfde gebied, en routers (of de routering op een L3-switch) vormen de grenzen ervan. Met VLAN's kan één switch worden opgedeeld in een apart broadcastdomein per VLAN. Is het gebied te groot, dan nemen broadcasts zoals die van ARP toe en daalt de efficiëntie van het netwerk.
VLAN (virtueel LAN)
Virtueel LAN. Functie die op dezelfde fysieke apparatuur logisch gescheiden netwerken (broadcastdomeinen) maakt, meestal per switchpoort. Tussen switches worden VLAN's onderscheiden met tags volgens IEEE 802.1Q.
Ethernet
De familie van standaarden (IEEE 802.3) voor bekabelde LAN's. Gegevens worden in frames geplaatst die met MAC-adressen worden geadresseerd. Ethernet werkt over twisted-pairkabel en glasvezel met snelheden van 10 Mbit/s tot honderden Gbit/s. Elk frame eindigt met een CRC-32-code voor foutdetectie, de frame check sequence (FCS). Tegenwoordig worden apparaten normaal in full duplex op switches aangesloten, zodat de oude botsingsafhandeling met CSMA/CD niet meer wordt gebruikt.

Verwante vergelijkingen