Verständnis und Konfiguration von STP auf Catalyst Switches

Einleitung

In diesem Dokument wird die Verwendung des Spanning Tree Protocol (STP) beschrieben, um sicherzustellen, dass Sie keine Schleifen erstellen, wenn Sie über redundante Pfade im Netzwerk verfügen.

Voraussetzungen

Anforderungen

Es gibt keine spezifischen Anforderungen für dieses Dokument.

Verwendete Komponenten

Die Informationen in diesem Dokument basierend auf folgenden Software- und Hardware-Versionen:

• Cisco Catalyst 5500/5000 Switches

• Einem für die Supervisor Engine im Switch geeigneten Konsolenkabel

• Sechs Catalyst Switches der Serie 5509

Die im Dokument vorgestellten Spanning Tree-Prinzipien gelten für fast alle Geräte, die STP unterstützen.

Die Informationen in diesem Dokument beziehen sich auf Geräte in einer speziell eingerichteten Testumgebung. Alle Geräte, die in diesem Dokument benutzt wurden, begannen mit einer gelöschten (Nichterfüllungs) Konfiguration. Wenn Ihr Netzwerk in Betrieb ist, stellen Sie sicher, dass Sie die möglichen Auswirkungen aller Befehle kennen.

Hintergrundinformationen

Spanning Tree Protocol (STP) ist ein Layer-2-Protokoll, das auf Bridges und Switches ausgeführt wird. Die Spezifikation für STP ist IEEE 802.1D. Der Hauptzweck von STP besteht darin, sicherzustellen, dass keine Schleifen entstehen, wenn redundante Pfade in Ihrem Netzwerk vorhanden sind. Schleifen sind für ein Netzwerk fatal.

Die Konfigurationen in diesem Dokument gelten für Catalyst 2926G, 2948G, 2980G, 4500/4000, 5500/5000 und 6500/6000 Switches mit Catalyst OS (CatOS). Informationen zur STP-Konfiguration auf anderen Switch-Plattformen finden Sie in den folgenden Dokumenten:

• STP und MST (Catalyst 6500/6000-Switches mit Cisco IOS®^-Software)

• STP und MST konfigurieren (Catalyst 4500/4000-Switches mit Cisco IOS-Software)

Netzwerkdiagramm

In diesem Dokument wird die folgende Netzwerkeinrichtung verwendet:

Konzepte

STP wird auf Bridges und Switches ausgeführt, die 802.1D-konform sind. Es gibt verschiedene Arten von STP, aber 802.1D ist die beliebteste und am weitesten verbreitete. Sie implementieren STP auf Bridges und Switches, um Schleifen im Netzwerk zu vermeiden. Verwenden Sie STP in Situationen, in denen redundante Verbindungen, aber keine Schleifen gewünscht werden. Redundante Verbindungen sind im Falle eines Failovers in einem Netzwerk genauso wichtig wie Backups. Bei einem Ausfall des primären Servers werden die Backup-Verbindungen aktiviert, sodass Benutzer weiterhin auf das Netzwerk zugreifen können. Ohne STP auf den Bridges und Switches kann ein solcher Ausfall zu einer Schleife führen. Wenn zwei verbundene Switches unterschiedliche STP-Varianten ausführen, sind für die Konvergenz unterschiedliche Steuerungen erforderlich. Wenn in den Switches verschiedene Varianten verwendet werden, führt dies zu Steuerungsproblemen zwischen dem Blockierungs- und dem Weiterleitungsstatus. Daher wird empfohlen, die gleichen Aromen von STP zu verwenden. Betrachten Sie dieses Netzwerk:

In diesem Netzwerk ist eine redundante Verbindung zwischen Switch A und Switch B geplant. Durch diesen Aufbau entsteht jedoch die Möglichkeit einer Überbrückungsschleife. Beispielsweise wird ein Broadcast- oder Multicast-Paket, das von Station M sendet und für Station N bestimmt ist, einfach zwischen beiden Switches weitergeleitet.

Wenn STP jedoch auf beiden Switches ausgeführt wird, sieht das Netzwerk logisch wie folgt aus:

Diese Informationen gelten für das Szenario im Netzwerkdiagramm:

• Switch 15 ist der Backbone-Switch.

• Die Switches 12, 13, 14, 16 und 17 sind Switches, die mit Workstations und PCs verbunden werden.

• Das Netzwerk definiert diese VLANs:

  • 1

  • 200

  • 201

  • 202

  • 203

  • 204

• Der VTP-Domänenname (VLAN Trunk Protocol) lautet STD-Doc.

Um diese gewünschte Pfadredundanz bereitzustellen und eine Schleifenbedingung zu vermeiden, definiert STP einen Tree, der alle Switches in einem erweiterten Netzwerk umfasst. Das STP erzwingt den Standby-Status (blockiert) für bestimmte redundante Datenpfade, während andere Pfade im Weiterleitungsstatus verbleiben. Wenn eine Verbindung im Weiterleitungsstatus nicht mehr verfügbar ist, konfiguriert STP das Netzwerk neu und leitet die Datenpfade über die Aktivierung des entsprechenden Standby-Pfads um.

Beschreibung der Technologie

Bei STP ist es entscheidend, dass alle Switches im Netzwerk eine Root-Bridge auswählen, die zum Brennpunkt im Netzwerk wird. Alle anderen Entscheidungen im Netzwerk, z. B. welcher Port blockiert und welcher Port in den Weiterleitungsmodus versetzt werden soll, werden aus der Perspektive dieser Root-Bridge getroffen. Eine Switching-Umgebung, die sich von einer Bridge-Umgebung unterscheidet, verarbeitet höchstwahrscheinlich mehrere VLANs. Wenn Sie eine Root-Bridge in einem Switching-Netzwerk implementieren, bezeichnen Sie die Root-Bridge in der Regel als Root-Switch. Jedes VLAN muss über eine eigene Root-Bridge verfügen, da jedes VLAN eine separate Broadcast-Domäne ist. Die Roots für die verschiedenen VLANs können sich alle in einem einzelnen Switch oder in verschiedenen Switches befinden.

Alle Switches tauschen Informationen zur Verwendung bei der Root-Switch-Auswahl und für die nachfolgende Konfiguration des Netzwerks aus. Bridge-Protokoll-Dateneinheiten (BPDUs) übertragen diese Informationen. Jeder Switch vergleicht die Parameter in der BPDU, die der Switch an einen Nachbarn sendet, mit den Parametern in der BPDU, die der Switch vom Nachbarn empfängt.

Bei der STP-Root-Auswahl ist "less" besser. Wenn Switch A eine Root-ID ankündigt, die kleiner ist als die Root-ID, die Switch B ankündigt, sind die Informationen von Switch A besser. Switch B beendet die Meldung seiner Root-ID und akzeptiert die Root-ID von Switch A.

Weitere Informationen zu einigen der optionalen STP-Funktionen finden Sie unter Optionale STP-Funktionen. Beispiele:

• PortFast

• Root Guard

• Loop Guard

• BPDU Guard

STP-Betrieb

Aufgabe

Voraussetzungen

Bevor Sie STP konfigurieren, wählen Sie einen Switch als Root des Spanning Tree aus. Dieser Switch muss nicht der leistungsstärkste sein, sondern muss den am stärksten zentralisierten Switch im Netzwerk auswählen. Der gesamte Datenfluss im Netzwerk erfolgt aus der Perspektive dieses Switches. Wählen Sie außerdem den Switch mit der geringsten Störung im Netzwerk aus. Die Backbone-Switches dienen häufig als Spanning-Tree-Root, da diese Switches in der Regel keine Verbindung zu Endgeräten herstellen. Außerdem haben Verschiebungen und Änderungen innerhalb des Netzwerks weniger Auswirkungen auf diese Switches.

Nachdem Sie sich für den Root-Switch entschieden haben, legen Sie die entsprechenden Variablen fest, um den Switch als Root-Switch festzulegen. Die einzige Variable, die Sie festlegen müssen, ist die  bridge priority . Wenn der Switch eine niedrigere Bridge-Priorität als alle anderen Switches hat, wählen die anderen Switches den Switch automatisch als Root-Switch aus.

Clients (Endstationen) an Switch-Ports

Sie können auch die set spantree portfast auf Port-Basis. Wenn Sie die  portfast an einem Port ändern, schaltet der Port sofort vom Blockiermodus in den Weiterleitungsmodus um. Unterstützung von  portfast hilft, Zeitüberschreitungen auf Clients zu vermeiden, die Novell Netware oder DHCP verwenden, um eine IP-Adresse zu erhalten. Verwenden Sie diesen Befehl jedoch nicht, wenn Sie eine Switch-to-Switch-Verbindung haben. In diesem Fall kann der Befehl zu einer Schleife führen. Die 30- bis 60-Sekunden-Verzögerung, die während des Übergangs vom Blockierungs- in den Weiterleitungsmodus auftritt, verhindert einen zeitlichen Schleifenzustand im Netzwerk, wenn Sie zwei Switches verbinden.

Lassen Sie die meisten anderen STP-Variablen auf ihren Standardwerten.

Betriebsregeln

In diesem Abschnitt werden Regeln für die STP-Funktion aufgeführt. Wenn die Switches zum ersten Mal aktiviert werden, wird der Root-Switch-Auswahlprozess gestartet. Jeder Switch überträgt auf VLAN-Basis eine BPDU an den direkt verbundenen Switch.

Wenn die BPDU durch das Netzwerk geleitet wird, vergleicht jeder Switch die BPDU, die der Switch sendet, mit der BPDU, die der Switch von den Nachbarn empfängt. Die Switches stimmen dann überein, welcher Switch der Root-Switch ist. Der Switch mit der niedrigsten Bridge-ID im Netzwerk gewinnt diese Wahl.

• STP Rule 1 (STP-Regel 1): Alle Ports des Root-Switches müssen sich im Weiterleitungsmodus befinden.

  

  Hinweis: In einigen Eckfällen, die Ports mit Selbstschleife betreffen, gibt es eine Ausnahme von dieser Regel.

  Als Nächstes legt jeder Switch den besten Pfad zum Root fest. Die Switches bestimmen diesen Pfad durch einen Vergleich der Informationen in allen BPDUs, die die Switches an allen Ports empfangen. Der Switch verwendet den Port mit den wenigsten Informationen in der BPDU, um zum Root-Switch zu gelangen. Der Port mit den wenigsten Informationen in der BPDU ist der Root-Port. Nachdem ein Switch den Root-Port bestimmt hat, geht er zu Regel 2 über.

• STP Rule 2 (STP-Regel 2): Der Root-Port muss auf den Weiterleitungsmodus gesetzt werden.

  Darüber hinaus kommunizieren die Switches in den einzelnen LAN-Segmenten miteinander, um zu bestimmen, welcher Switch am besten zum Verschieben von Daten von diesem Segment zur Root-Bridge verwendet werden sollte. Dieser Switch wird als designierter Switch bezeichnet.

• STP Rule 3 (STP-Regel 3): In einem einzelnen LAN-Segment muss der Port des designierten Switches, der mit diesem LAN-Segment verbunden ist, in den Weiterleitungsmodus versetzt werden.

• STP Rule 4 (STP-Regel 4): Alle anderen Ports in allen Switches (VLAN-spezifisch) müssen in den Blockierungsmodus versetzt werden. Die Regel gilt nur für Ports, die mit anderen Bridges oder Switches verbunden sind. STP wirkt sich nicht auf Ports aus, die mit Workstations oder PCs verbunden sind. Diese Ports bleiben weitergeleitet.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Führen Sie diese Schritte aus:

1. Führen Sie den globalen Konfigurationsbefehl show version , um die Softwareversion anzuzeigen, die auf dem Switch ausgeführt wird.

   

   Hinweis: Auf allen Switches wird dieselbe Softwareversion ausgeführt.

   Switch-15> (enable)show version
   WS-C5505 Software, Version McpSW: 4.2(1) NmpSW: 4.2(1)
   Copyright (c) 1995-1998 by Cisco Systems
   NMP S/W compiled on Sep  8 1998, 10:30:21
   MCP S/W compiled on Sep 08 1998, 10:26:29
   
   System Bootstrap Version: 5.1(2)
   
   Hardware Version: 1.0  Model: WS-C5505  Serial #: 066509927
   
   Mod Port Model      Serial #  Versions
   --- ---- ---------- --------- ----------------------------------------
   1   0    WS-X5530   008676033 Hw : 2.3
   Fw : 5.1(2)
   Fw1: 4.4(1)
   Sw : 4.2(1)

   In diesem Szenario stellt Switch 15 die beste Wahl für den Root-Switch des Netzwerks für alle VLANs dar, da Switch 15 der Backbone-Switch ist.

2. Führen Sie den globalen Konfigurationsbefehl  set spantree root vlan_id , um die Priorität des Switches auf 8192 für das VLAN oder die VLANs festzulegen, die  vlan_id  spezifiziert.

   

   Hinweis: Die Standardpriorität für Switches ist 32768. Wenn Sie die Priorität mit diesem Befehl festlegen, erzwingen Sie die Auswahl von Switch 15 als Root-Switch, da Switch 15 die niedrigste Priorität hat.

   Switch-15> (enable)set spantree root 1
   VLAN 1 bridge priority set to 8192.
   VLAN 1 bridge max aging time set to 20.
   VLAN 1 bridge hello time set to 2.
   VLAN 1 bridge forward delay set to 15.
   Switch is now the root switch for active VLAN 1.
   Switch-15> (enable) 
   
   Switch-15> (enable)set spantree root 200
   VLAN 200 bridge priority set to 8192.
   VLAN 200 bridge max aging time set to 20.
   VLAN 200 bridge hello time set to 2.
   VLAN 200 bridge forward delay set to 15.
   Switch is now the root switch for active VLAN 200.
   Switch-15> (enable) 
   
   Switch-15> (enable)set spantree root 201
   VLAN 201 bridge priority set to 8192.
   VLAN 201 bridge max aging time set to 20.
   VLAN 201 bridge hello time set to 2.
   VLAN 201 bridge forward delay set to 15.
   Switch is now the root switch for active VLAN 201.
   Switch-15> (enable)
   
   Switch-15> (enable)set spantree root 202
   VLAN 202 bridge priority set to 8192.
   VLAN 202 bridge max aging time set to 20.
   VLAN 202 bridge hello time set to 2.
   VLAN 202 bridge forward delay set to 15.
   Switch is now the root switch for active VLAN 202.
   Switch-15> 
   
   Switch-15> (enable)set spantree root 203
   VLAN 203 bridge priority set to 8192.
   VLAN 203 bridge max aging time set to 20.
   VLAN 203 bridge hello time set to 2.
   VLAN 203 bridge forward delay set to 15.
   Switch is now the root switch for active VLAN 203.
   Switch-15> 
   
   Switch-15> (enable)set spantree root 204
   VLAN 204 bridge priority set to 8192.
   VLAN 204 bridge max aging time set to 20.
   VLAN 204 bridge hello time set to 2.
   VLAN 204 bridge forward delay set to 15.
   Switch is now the root switch for active VLAN 204.
   Switch-15> (enable)

   Die kürzere Version des Befehls hat dieselbe Wirkung, wie in diesem Beispiel gezeigt wird:

   Switch-15> (enable)set spantree root 1,200-204 
   VLANs 1,200-204 bridge priority set to 8189.
   VLANs 1,200-204 bridge max aging time set to 20.
   VLANs 1,200-204 bridge hello time set to 2.
   VLANs 1,200-204 bridge forward delay set to 15.
   Switch is now the root switch for active VLANs 1,200-204.
   Switch-15> (enable)

   Die Fehlermeldung  set spantree priority stellt eine dritte Methode zum Angeben des Root-Switches bereit:

   Switch-15> (enable)set spantree priority 8192 1
   Spantree 1 bridge priority set to 8192.
   Switch-15> (enable)

   

   Hinweis: In diesem Szenario begannen alle Switches mit gelöschten Konfigurationen. Aus diesem Grund haben alle Switches mit einer Bridge-Priorität von 32768 begonnen. Wenn Sie nicht sicher sind, dass alle Switches in Ihrem Netzwerk eine Priorität von mehr als 8192 haben, setzen Sie die Priorität der gewünschten Root Bridge auf 1.

3. Führen Sie den globalen Konfigurationsbefehl set spantree portfast mod_num/port_num enable um die PortFast-Einstellung auf den Switches 12, 13, 14, 16 und 17 zu konfigurieren.

   

   Hinweis: Konfigurieren Sie diese Einstellung nur für Ports, die mit Workstations oder PCs verbunden sind. Aktivieren Sie PortFast nicht auf Ports, die mit einem anderen Switch verbunden werden.

   • Port 2/1 wird mit Switch 13 verbunden.

   • Port 2/2 wird mit Switch 15 verbunden.

   • Port 2/3 wird mit Switch 16 verbunden.

   • Die Ports 3/1 bis 3/24 werden mit PCs verbunden.

   • Die Ports 4/1 bis 4/24 sind mit UNIX-Workstations verbunden.

   Mit diesen Informationen als Grundlage stellen Sie set spantree portfast  Befehl an den Ports 3/1 bis 3/24 und an den Ports 4/1 bis 4/24:

   Switch-12> (enable)set spantree portfast 3/1-24 enable
   
   Warning: Spantree port fast start should  only be enabled on ports connected to a single host. Connecting hubs, concentrators, switches, bridges, etc. 
   to a fast start port can cause temporary spanning-tree loops. Use with caution. Spantree ports 3/1-24 fast start enabled. 
   Switch-12> (enable) Switch-12> (enable)set spantree portfast 4/1-24 enable Warning: Spantree port fast start should  only be enabled on ports connected to a single host. Connecting hubs, concentrators, switches, bridges, etc. 
   to a fast start port can cause temporary spanning-tree loops. Use with caution. Spantree ports 4/1-24 fast start enabled. Switch-12> (enable)

4. Führen Sie den globalen Konfigurationsbefehl  show spantree vlan_id  , um zu überprüfen, ob Switch 15 der Root aller geeigneten VLANs ist.

   Vergleichen Sie anhand der Ausgabe dieses Befehls die MAC-Adresse des Switches, der der Root-Switch ist, mit der MAC-Adresse des Switches, von dem Sie den Befehl ausgegeben haben. Wenn die Adressen übereinstimmen, ist der Switch, in dem Sie sich befinden, der Root-Switch des VLAN. Ein Root-Port mit 1/0 bedeutet auch, dass Sie sich am Root-Switch befinden. Dies ist die Beispielausgabe für den Befehl:

   Switch-15> (enable)show spantree 1
   VLAN 1
   spanning-tree enabled
   spanning-tree type          ieee
   
   Designated Root             00-10-0d-b1-78-00
   
   !--- This is the MAC address of the root switch for VLAN 1.
   
   Designated Root Priority    8192
   Designated Root Cost        0
   Designated Root Port        1/0
   Root Max Age   20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec
   
   Bridge ID MAC ADDR          00-10-0d-b1-78-00
   Bridge ID Priority          8192
   Bridge Max Age 20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec

   Diese Ausgabe zeigt, dass Switch 15 der designierte Root im Spanning Tree für VLAN 1 ist. Die MAC-Adresse des designierten Root-Switches,00-10-0d-b1-78-00, ist die gleiche wie die Bridge-ID-MAC-Adresse des Switches 15,00-10-0d-b1-78-00. Ein weiteres Indiz dafür, dass dieser Switch der designierte Root-Switch ist, ist, dass der designierte Root-Port 1/0 ist.

   In dieser Ausgabe von Switch 12 erkennt der Switch den Switch 15 als Designated Root  für VLAN 1:

   Switch-12> (enable)show spantree 1
   VLAN 1
   spanning-tree enabled
   spanning-tree type          IEEEDesignated Root             00-10-0d-b1-78-00
   
   !--- This is the MAC address of the root switch for VLAN 1.
   
   Designated Root Priority    8192
   Designated Root Cost        19
   Designated Root Port        2/3
   Root Max Age   20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec
   
   Bridge ID MAC ADDR          00-10-0d-b2-8c-00
   Bridge ID Priority          32768
   Bridge Max Age 20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec

   

   Hinweis: Die Ausgabe des Befehls show spantree vlan_id für die anderen Switches und VLANs kann auch anzeigen, dass Switch 15 der designierte Root für alle VLANs ist.

Überprüfung

In diesem Abschnitt finden Sie Informationen, die Sie verwenden können, um sicherzustellen, dass Ihre Konfiguration ordnungsgemäß funktioniert.

• show spantree vlan_id- Zeigt den aktuellen Status des Spanning Tree für diese VLAN-ID aus der Sicht des Switches, für den Sie den Befehl ausgeben.

• show spantree summary- Bietet eine Übersicht über die verbundenen Spanning-Tree-Ports nach VLAN.

Fehlerbehebung

In diesem Abschnitt finden Sie Informationen zur Behebung von Fehlern in Ihrer Konfiguration.

STP-Pfadkosten ändern sich automatisch, wenn eine Portgeschwindigkeit/ein Duplex geändert wird

STP berechnet die Pfadkosten basierend auf der Mediengeschwindigkeit (Bandbreite) der Verbindungen zwischen Switches und den Port-Kosten jedes Frame der Port-Weiterleitung. Spanning Tree wählt den Root-Port basierend auf den Pfadkosten aus. Der Port mit den niedrigsten Pfadkosten zur Root-Bridge wird zum Root-Port. Der Root-Port befindet sich immer im Weiterleitungsstatus.

Wenn sich die Geschwindigkeit/der Duplex des Ports ändert, berechnet Spanning Tree die Pfadkosten automatisch neu. Eine Änderung der Pfadkosten kann die Spanning-Tree-Topologie verändern.

Weitere Informationen zur Berechnung der Port-Kosten finden Sie im Abschnitt Berechnen und Zuweisen von Port-Kosten unter Spanning Tree konfigurieren.

Befehle zur Fehlerbehebung

• show spantree vlan_id- Zeigt den aktuellen Status des Spanning Tree für diese VLAN-ID aus der Perspektive des Switches an, für den Sie den Befehl ausgeben.

• show spantree summary- Bietet eine Zusammenfassung der über VLAN verbundenen Spanning Tree-Ports.

• show spantree statistics- Zeigt statistische Spanning-Tree-Informationen an.

• show spantree backbonefast- Zeigt an, ob die Spanning Tree BackboneFast Convergence-Funktion aktiviert ist.

• show spantree blockedports- Zeigt nur die blockierten Ports an.

• show spantree portstate- Bestimmt den aktuellen Spanning-Tree-Status eines Token-Ring-Ports in einem Spanning Tree.

• show spantree portvlancost- Zeigt die Pfadkosten für die VLANs auf einem Port an.

• show spantree uplinkfast- Zeigt die UplinkFast-Einstellungen an.

Befehlszusammenfassung

Syntax:	show version
Wie in diesem Dokument verwendet:	show version
Syntax:	set spantree root [vlan_id]
Wie in diesem Dokument verwendet:	set spantree root 1
	set spantree root 1,200-204
Syntax:	set spantree priority [vlan_id]
Wie in diesem Dokument verwendet:	set spantree priority 8192 1
Syntax:	set spantree portfast mod_num/port_num {enable | disable}
Wie in diesem Dokument verwendet:	set spantree portfast 3/1-24 enable
Syntax:	show spantree [vlan_id]
Wie in diesem Dokument verwendet:	show spantree

Zugehörige Informationen

• STP-Probleme und zugehörige Überlegungen zum Design
• Unterstützung von Switches
• Technischer Support und Downloads von Cisco