Das Spanning Tree Protocol (STP) – Schluss mit Netzwerk-Loops

In modernen Netzwerken ist Redundanz entscheidend. Fällt ein Kabel aus, soll ein anderes übernehmen. Doch einfach nur Switches im Kreis zu verkabeln, führt im Ethernet zu Chaos. Hier kommt das Spanning Tree Protocol (STP) ins Spiel – der unverzichtbare “Verkehrspolizist” auf Layer 2.

Dieser Artikel erklärt die Funktionsweise von STP anhand der häufigsten Fragen.

---

1. Was ist das Spanning Tree Protocol (STP) in aller Kürze?

Das Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1D) ist ein Netzwerkprotokoll, das auf Switches (Layer 2) läuft. Seine Hauptaufgabe ist es, eine schleifenfreie (loop-free) logische Topologie in einem Ethernet-Netzwerk zu gewährleisten, selbst wenn physische Schleifen durch redundante Verkabelung existieren.

Einfach gesagt: Es verwandelt ein Netz aus Verbindungen (Mesh) in eine saubere Baumstruktur (Tree), indem es überflüssige Pfade gezielt blockiert.

2. Warum brauchen wir STP? Was ist das Problem mit “Loops”?

Ohne STP würden redundante Verbindungen zwischen Switches zu katastrophalen Problemen führen. Ethernet hat keinen eingebauten Mechanismus, um ewig kreisende Datenpakete zu stoppen (anders als IP mit TTL).

Das Hauptproblem nennt man Broadcast Storm:

Wenn ein Switch ein Broadcast-Paket (eine Nachricht an “alle”) empfängt, leitet er es an alle Ports außer dem Empfangsport weiter. Sind Switches im Kreis verbunden, schicken sie sich diesen Broadcast immer wieder gegenseitig zu. Die Last explodiert exponentiell, die CPUs der Switches erreichen 100%, und das gesamte Netzwerk bricht innerhalb von Sekunden zusammen.

3. Wer ist der Chef? (Die Root Bridge Wahl)

Damit STP funktioniert, brauchen alle Switches einen gemeinsamen Bezugspunkt. Das ist die Root Bridge (der “Wurzel-Switch”).

Sobald man Switches einschaltet, behauptet erst mal jeder von sich: “Ich bin der Chef!” Sie senden dazu spezielle kleine Datenpakete aus, die BPDUs (Bridge Protocol Data Units) heißen. In diesen Paketen vergleichen sie ihre “Ausweisnummer” (Bridge ID).

• Die Regel: Der Switch mit der niedrigsten Bridge ID gewinnt und wird zur Root Bridge.

• Die Bridge ID: Setzt sich zusammen aus einer Priorität (Standard: 32768) und der MAC-Adresse.

• Praxis-Tipp: Wenn man nichts konfiguriert, wird oft der älteste Switch (niedrigste MAC) zum Chef – das ist oft der langsamste! Man sollte die Root Bridge daher immer manuell konfigurieren (Priorität runtersetzen).

4. Welcher Weg ist der beste? (Path Cost)

Sobald der Chef (Root Bridge) feststeht, muss jeder andere Switch den besten Weg zu ihm finden. STP zählt dabei nicht die Anzahl der Kabel (Hops), sondern schaut auf die Geschwindigkeit (Bandbreite). Das nennt man Path Cost.

Das Prinzip ist wie beim Navi: Die Autobahn (10 Gbit/s) ist besser als der Feldweg (100 Mbit/s), auch wenn der Feldweg kürzer aussieht.

• 10 Gbit/s Link = Kosten 2

• 1 Gbit/s Link = Kosten 4

• 100 Mbit/s Link = Kosten 19

Der Port, der den Weg mit den niedrigsten Kosten zur Root Bridge bietet, wird der Root Port. Er bleibt immer offen.

5. Die strengen Phasen: Warum dauert STP so lange?

Das ist der Punkt, der STP seinen schlechten Ruf für die Langsamkeit eingebracht hat. Bevor ein Port Daten weiterleiten darf, muss er sicherstellen, dass absolut keine Schleife existiert. Er durchläuft wie eine Ampel mehrere Phasen:

1. Blocking (20 Sek.): Der Port blockiert alles, hört aber zu, ob BPDUs (Nachrichten anderer Switches) reinkommen.

2. Listening (15 Sek.): Er berechnet, ob er vielleicht doch eine Rolle spielen darf (Root Port oder Designated Port).

3. Learning (15 Sek.): Er fängt an, MAC-Adressen zu lernen, leitet aber immer noch keine Daten weiter.

4. Forwarding: Endlich! Der Port ist offen und sendet Daten.

Rechnung: 15 Sek + 15 Sek (+ evtl. 20 Sek Max Age) = 30 bis 50 Sekunden Ausfallzeit, bis ein Link aktiv wird. In der heutigen IT ist das eine Ewigkeit.

Das Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP).

In der modernen IT ist das klassische STP oft zu langsam. Niemand möchte 30 bis 50 Sekunden warten, bis das Netzwerk nach einem Kabelstecken wieder läuft. RSTP löst genau dieses Problem.

---

6. Der Turbo-Gang: Was ist Rapid Spanning Tree (RSTP)?

Das klassische STP (802.1D) wurde in einer Zeit entwickelt, als Netzwerke noch statischer waren. Wenn heute ein Link ausfällt, sind 30-50 Sekunden Ausfallzeit (für VoIP-Telefonie oder Echtzeit-Datenbanken) eine Ewigkeit.

RSTP (IEEE 802.1w) ist die Weiterentwicklung. Es behält die gleiche Logik bei (schleifenfreie Baumstruktur), ändert aber drastisch, wie schnell die Switches sich einigen.

• STP: “Ich warte erst mal ab, ob sich was ändert.” (Passiv, timer-basiert).

• RSTP: “Lass uns sofort verhandeln, wer der Chef ist!” (Aktiv, handshake-basiert).

Das Ergebnis: Statt 30-50 Sekunden dauert die Konvergenz (Wiederherstellung) bei RSTP oft nur wenige Millisekunden bis maximal 2 Sekunden.

7. Wie schafft RSTP diese Geschwindigkeit?

RSTP führt neue Konzepte ein, die wie ein “Schatten-Backup” funktionieren. Der wichtigste Unterschied liegt in den Port-Rollen.

Im klassischen STP blockiert ein redundanter Port einfach und vergisst alles. Wenn er gebraucht wird, muss er den ganzen Prozess (Listening -> Learning -> Forwarding) neu durchlaufen.

RSTP führt den Alternate Port ein. Das ist ein blockierter Port, der aber schon weiß, dass er der beste Ersatzweg zur Root Bridge ist.

Vergleich:

• Klassisches STP: Wenn der Hauptweg (Root Port) ausfällt, muss der Ersatzweg erst “aufgeweckt” werden, sich die Augen reiben und fragen: “Wo bin ich?” (Dauert 30 Sek).

• RSTP: Der Ersatzweg (Alternate Port) steht schon mit laufendem Motor bereit. Fällt der Hauptweg aus, schaltet der Switch sofort (ohne Timer) auf den Alternate Port um.

8. Was bedeuten die neuen Port-Zustände bei RSTP?

Um schneller zu sein, hat RSTP die Zustände der Ports vereinfacht. Wo das alte STP fünf Zustände hatte, kommt RSTP mit drei aus:

Klassisches STP (802.1D)	Rapid STP (802.1w)	Was passiert da?
Disabled	Discarding	Port ist aus oder sendet keine Daten.
Blocking	Discarding	Port blockiert, um Loops zu verhindern.
Listening	Discarding	Port empfängt BPDUs, lernt aber noch keine MACs.
Learning	Learning	Port lernt MAC-Adressen, sendet aber noch nicht.
Forwarding	Forwarding	Port sendet und empfängt Daten ganz normal.

RSTP fasst also alles, was keine Daten weiterleitet, konsequent als “Discarding” zusammen, was die Berechnung für den Switch-Prozessor schneller macht.

9. Kann ich STP und RSTP mischen?

Ja, RSTP ist abwärtskompatibel.

• Wenn Sie einen alten Switch (STP) mit einem neuen (RSTP) verbinden, erkennt der neue Switch das.

• Aber Vorsicht: Der RSTP-Switch muss sich dem Tempo des alten Switches anpassen. Auf diesem Link verlieren Sie dann die Vorteile von RSTP (“Rapid”).

• Faustregel: In einem modernen Netzwerk sollten alle Switches auf RSTP (oder MSTP) konfiguriert sein, um die Performance nicht künstlich zu drosseln.

---

Zusammenfassung: STP vs. RSTP

Merkmal	STP (Classic)	RSTP (Rapid)
Standard	IEEE 802.1D	IEEE 802.1w
Wiederherstellungszeit	30 – 50 Sekunden	< 1 Sekunde (meistens)
Mechanismus	Timer-basiert (passiv)	Handshake-basiert (aktiv)
Port-Rollen	Root, Designated, Blocked	Root, Designated, Alternate, Backup
Einsatzgebiet	Veraltet (Legacy)	Standard für heutige Netzwerke

War dieser Beitrag hilfreich?

0 von 5 Sterne

5 Sterne		0%
4 Sterne		0%
3 Sterne		0%
2 Sterne		0%
1 Sterne		0%

5 Absenden

Bitte teilen Sie Ihr Feedback

Wie können wir diesen Artikel verbessern?

Name

E-Mail

Absenden