IEEE 802.1Q VLANs, Router-on-a-Stick, L3-Switching, RSTP 802.1w, LACP 802.3ad, OSPF, BGP, VRRP & Redundanz.
Lernfeld 9 ist das technische Kernfach für Systemintegratoren in der AP2: Enterprise-VLANs, Router-on-a-Stick, Layer-3-Switching, Spanning Tree (RSTP 802.1w), Link Aggregation (LACP), dynamisches Routing (OSPF & BGP) und First Hop Redundancy (VRRP/HSRP).
Das 4-Byte 802.1Q-Tag wird zwischen Source-MAC und EtherType-Feld eingefügt:
- TPID (2 Byte): Fester Hex-Wert 0x8100 zur Kennzeichnung des VLAN-Frames.
- TCI (2 Byte): Enthält Prioritätsbits (PCP, 3 Bit), Drop Eligible Indicator (DEI, 1 Bit) und VLAN-ID (VID, 12 Bit) für theoretisch 4.096 VLANs (Werte 0 und 4095 reserviert, nutzbar 1–4094).
- Trunk-Ports (Tagged): Leiten Frames mehrerer VLANs mit Tag weiter.
- Access-Ports (Untagged): Gehören fest genau einem VLAN an; Endgeräte empfangen native Standard-Ethernet-Frames.
| Kriterium | Router-on-a-Stick (RoaS) | Layer-3-Switch (SVI) |
|---|---|---|
| Funktionsweise | Ein einzelnes physisches Interface ist als Trunk konfiguriert und in logische Subinterfaces unterteilt (z. B. g0/0.10). |
Switched Virtual Interfaces (z. B. interface Vlan 10). Routing erfolgt direkt im Switch-Hardware-ASIC. |
| Performance | Flaschenhals: Daten müssen Switch verlassen, über Trunk zum Router und zurück. | Drahtgeschwindigkeit (Wire-Speed Routing) ohne Bandbreiteneinbußen. |
| Kosten & Einsatz | Geringere Hardwarekosten, geeignet für kleine Netzwerke. | Höhere Anschaffungskosten, Standard in Enterprise-Core- und Distribution-Layers. |
Verhindert verheerende Loops (Broadcast-Stürme, MAC-Table Thrashing) in vermaschten Layer-2-Topologien:
- Root Bridge Wahl: Switch mit der niedrigsten Bridge ID (Priority + System-ID-Extension + MAC-Adresse). Standard-Priorität: 32768.
- Port-Rollen: Root Port (RP, bester Pfad zur Root Bridge je Nicht-Root-Switch), Designated Port (DP, bester Port auf jedem Segment), Alternate/Backup Port (blockiert Schleifen).
- RSTP Port-Zustände: Discarding (verwirft Daten), Learning (lernt MACs), Forwarding (leitet regulär weiter). Konvergenzzeit unter 1 Sekunde durch Handshake-Mechanismus (Proposal/Agreement).
- LACP (802.3ad): Bündelt bis zu 8 physische Ethernet-Links zu einem logischen Port-Channel / Trunk. Erhöht Bandbreite und bietet Ausfallsicherheit bei Kabelbruch. Modi: Active (initiiert Verhandlung) und Passive.
- VRRP (RFC 5798): Mehrere Router teilen sich eine virtuelle IP- und MAC-Adresse (00:00:5E:00:01:XX), die Clients als Standard-Gateway eingetragen haben. Fällt der Master-Router aus, übernimmt der Backup-Router nahtlos.
Bearbeiten Sie die Aufgaben und vergleichen Sie Ihre Antwort mit dem didaktischen Erwartungshorizont:
Erklären Sie das Zusammenspiel von Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) für die Gateway-Redundanz und Link Aggregation Control Protocol (LACP nach 802.3ad) für die Serveranbindung.
Beschreiben Sie den Aufbau des 4-Byte 802.1Q-VLAN-Tags (TPID, TCI, VID) und unterscheiden Sie Access- und Trunk-Ports.
Erläutern Sie das Verfahren "Router-on-a-Stick" und geben Sie die wesentlichen Konfigurationsschritte auf dem Router (Subinterfaces, dot1Q) an.
Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Layer-2- und einem Layer-3-Switch und beschreiben Sie die Funktion eines Switched Virtual Interface (SVI).
Welche drei gravierenden Netzwerkprobleme treten ohne Spanning Tree auf und wie verhindert Rapid STP (802.1w) Schleifen im Netzwerk?
Erläutern Sie die Vorteile von Link Aggregation (LAG / LACP) gegenüber Einzelverbindungen mit Spanning Tree und beschreiben Sie, wie die Lastverteilung erfolgt.
Erklären Sie das Link-State-Konzept von OSPF und berechnen Sie die OSPF-Metrik für eine 100-Mbit/s- und eine 10-Gbit/s-Leitung bei einer Referenzbandbreite von 100 Gbit/s (100.000 Mbit/s).