eRSTP - enhanced Rapid Spanning Tree Protocol 4

Ethernet-Switches leiten Datenverkehr zwischen ihren Ports weiter. Der Switch untersucht jeden Ethernet-Frame und (lernt)  speichert die MAC-Adresse, sowie den Port an dem der Frame empfangen wurde. Wenn ein Frame für eine bestimmte MAC-Adresse eingeht, „weiß“ der Switch, über welchen ausgehenden Port er diesen senden soll. Ist die MAC-Zieladresse nicht bekannt, sendet der Switch den Frame über alle Ports aus („Flooding“).

Sind Switches in einem Netzwerk in einem  Loop (Schleife) miteinander verbunden, kommt es zu einem „Broadcast-Sturm“. Dabei kreist ein einzelnes Broadcast-Frame endlos in der Schleife. Dadurch wird die gesamte verfügbare Bandbreite in der Schleife verbraucht und das Netzwerk wird unbrauchbar. Mit dem IEEE 802.1D Spanning Tree Protocol (STP) lässt sich eine derartige Situation verhindern.


STP und RSTP

Das Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1D) wurde dafür ausgelegt, das Problem von Schleifen im Datenverkehr zu vermeiden. Mit ihm kommunizieren alle Switches im Netzwerk, die STP unterstützen, über einen Prozess, der jeden bestehenden Switching-Loop erkennt. Einmal identifiziert, wird eine Schleife logisch unterbrochen: Dazu sperrt einer der Switches die Kommunikation von dem Port, der die Schleife erzeugt. Allerdings sind die  Rekonfigurationszeiten des STP mit einer Dauer von mehreren Sekunden für die meisten Echtzeit-Steueranwendungen zu lang. Sogar für Büronetzwerke ist das IT-Fachleuten viel zu langsam.

Deshalb wurde das Protokoll zum Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) gemäß IEEE 802.1w weiterentwickelt. Mit dieser Version des Protokolls ließ sich die Rekonfiguration deutlich beschleunigen, auf einige Zehntelsekunden. Trotzdem war das für die meisten Echtzeit-Steueranwendungen noch immer viel zu langsam. Wie sein Vorgänger war das RSTP ideal für  vermaschte Netztopologien ausgelegt, aber nicht für Ringnetze optimiert. Große Ringnetze mit mehr als 40 Switches wurden nicht unterstützt.


Weiterentwicklung des eRSTP

Das Konzept von Siemens bestand darin, auf dem RSTP-Standard aufzubauen und ihn in zwei Punkten zu verbessern:

  1. Verkürzung der  Rekonfigurationszeit

  2. Steigerung der Leistungsfähigkeit in großen Ringnetztopologien

Das enhanced Rapid Spanning Tree Protocol (eRSTP) von Siemens bietet Fehlerbehebungszeiten von unter 5 ms pro Hop und eignet sich für Ringnetze mit bis zu 160 Switches.

Dabei sollte auch der Standard-RSTP für Interoperabilität mit handelsüblichen Switches eingehalten werden.


eRSTP – Leistungsbeispiel

Bei einem Netzwerk aus 15 RUGGEDCOM Ethernet-Switches (d. h. S1–S15) in einer Ringtopologie kann von einer Fehlerbehebungsleistung von weniger als 5 ms/Hop ausgegangen werden:

                                                  Erwartete Fehlerbehebungszeit < 75 ms (d. h. 5 ms x 15)

Prüfungen, die an RUGGEDCOM Ethernet-Switches mit enhanced Rapid Spanning Tree Protocol-Technologie unter Verwendung eines SmartBits-Netzwerkanalyzers gemäß Industriestandard ausgeführt wurden, zeigten folgendes Ergebnis:

                                                  Tatsächliche schlechteste Fehlerbehebungszeit < 26 ms!

Der Kennwert von 5 ms/Hop ist ein sehr konservativer Wert, der für die Vorhersage von Fehlerbehebungszeiten für einen Ring von bis zu 80 Switches anwendbar ist.