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Hintergrund-Vorgänge

Beim Aufbau des Spanning Tree vergleichen die Switches zunächst ihre Bridge ID (Brückenkennung) untereinander. Die Bridge ID setzt sich aus der Bridge-Priorität und der MAC-Adresse (Media Access Control) des Switches zusammen. Je kleiner die Bridge-Priorität, umso höher die Chance, Root Bridge zu werden. Bei gleicher Bridge-Priorität entscheidet die MAC-Adresse, die kleinere gewinnt. Liegt die Root Bridge fest, ermitteln die anderen Switches ihren günstigsten Weg zur Root Bridge und aktivieren den zugehörigen Anschluss, der jetzt Root Port wird. Die Root Bridge selbst hat keinen Root Port.

Der günstigste Weg ist der mit den geringsten Wegkosten: Sie berechnen sich aus der Summe der Geschwindigkeiten der Ports vom Switch bis der Bridge zur Root Bridge. Den Standarddatenraten sind virtuelle, im IEEE-Standard 802.1D-2004 genormte Kosten zugeordnet. Bei gleichen Kosten für mehrere mögliche Wege entscheiden die Bridge ID und die Port ID. Der kleinere numerische Wert genießt die höhere Priorität und wird damit zum Root Port.

Die Kommunikation zwischen den Bridges läuft über sogenannte Bridge Protocol Data Units (BPDU). Das Spanning Tree Protocol kennt zwei verschiedene Typen: die Configuration BPDU und die Topology Change Notification BPDU (TCN). Configuration BPDUs kommen beim Bestimmen der Netzwerktopologie zum Einsatz, Topology Change Notifications informieren über Änderungen der Topologie. Die TCN enthält im Vergleich zur Configuration BPDU nur die essenziellen Felder (Protocol ID, Version und BPDU-Typ). Die Configuration BPDU transportiert weitere Infomrationen, zum Beispiel die Root Bridge ID, Wegkosten zur Root Bridge, ID des versendenden Ports und Alter der BPDU.

Nachdem das Netzwerk aufgebaut ist, tauschen die Bridges regelmäßig im sogenannten Hello-Intervall BPDUs aus, um zu überprüfen, ob die benachbarte Bridge erreichbar ist. Hat ein Switch auch nach dreifacher Hello-Zeit keine BPDU erhalten, vermutet er eine Verbindungsunterbrechung oder einen Defekt und stößt die Neuberechnung der Netzwerktopologie an. Auch das Hinzufügen einer neuen Bridge oder manuelle Eingriffe, zum Beispiel das Ändern der Prioritäten, stoßen einen Neuaufbau an.

Normierte Wegkosten
Link-Rate	Virtuelle Kosten
10 MBit/s	100
100 MBit/s	19
1000 MBit/s	4
10 GBit/s	2

Bei STP können vom Ausfall eines Weges bis zur Wiederherstellung des Netzwerks 30 Sekunden vergehen. Währenddessen ist das Netz nicht verfügbar. Zudem kann man über gefälschte Pakete leicht Topologieänderungen verursachen und so einen Denial-of-Service bewirken. Deshalb waren schnell Verbesserungen gefragt, der Nachfolger Rapid Spanning Tree Protocol entstand (RSTP, IEEE 802.1w, in 802.1D-2004 enthalten).

RSTP baut nach Unterbrechungen das Netz wesentlich schneller wieder auf als STP, typischerweise in einigen hundert Millisekunden. Den Zeitvorteil erreicht RSTP durch verbesserte Portbehandlung: Es löst sich von Portstatus und -rolle und reduziert die möglichen Port-Zustände von drei (disabled, blocking, listening) auf einen (discarding).

Ein weiterer Nachfolger des STP ist das Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP, IEEE 802.1s). Mit MSTP entstehen mehrere voneinander unabhängige Spannbaum-Instanzen für verschiedene VLANs (Virtual Local Area Network). So kann der Admin den Verkehr von verschiedenen logischen Netzen über unterschiedliche Wege leiten. Sinnvoll ist der Einsatz zum Beispiel, wenn nicht alle Daten an allen Stellen des Netzwerks verfügbar sein sollen, typischerweise um die Entwicklungsabteilung von der Finanzbuchhaltung zu trennen.