Protokol Spanning Tree, včasih imenovan tudi Spanning Tree, je Waze ali MapQuest sodobnih ethernetnih omrežij, ki usmerja promet po najučinkovitejši poti na podlagi pogojev v realnem času.
Temelji na algoritmu, ki ga je ustvarila ameriška računalniška znanstvenica Radia Perlman, medtem ko je leta 1985 delala za Digital Equipment Corporation (DEC), glavni namen Spanning Tree je preprečiti odvečne povezave in zanke komunikacijskih poti v zapletenih omrežnih konfiguracijah. Kot sekundarna funkcija lahko Spanning Tree usmerja pakete okoli težavnih točk, da zagotovi, da lahko komunikacije potekajo prek omrežij, v katerih bi lahko prišlo do motenj.
Topologija vpetega drevesa proti topologiji obroča
Ko so organizacije šele začele povezovati svoje računalnike v 80. letih prejšnjega stoletja, je bila ena najbolj priljubljenih konfiguracij obročno omrežje. Na primer, IBM je leta 1985 predstavil svojo lastniško tehnologijo Token Ring.
V obročni omrežni topologiji se vsako vozlišče poveže z dvema drugima vozliščema, enim, ki se nahaja pred njim na obroču, in drugim, ki je postavljeno za njim. Signali potujejo po obroču samo v eni smeri, pri čemer vsako vozlišče na poti preda vse in vse pakete, ki krožijo po obroču.
Medtem ko preprosta obročna omrežja dobro delujejo, ko je računalnikov le peščica, postanejo obročki neučinkoviti, ko je v omrežje dodanih na stotine ali tisoče naprav. Računalnik bo morda moral poslati pakete skozi stotine vozlišč samo za izmenjavo informacij z enim drugim sistemom v sosednji sobi. Pasovna širina in prepustnost postaneta tudi težava, ko lahko promet teče le v eno smer, brez rezervnega načrta, če vozlišče na poti postane pokvarjeno ali preveč obremenjeno.
V 90. letih prejšnjega stoletja, ko je Ethernet postal hitrejši (100 Mbit/s. Fast Ethernet je bil uveden leta 1995) in so stroški omrežja Ethernet (mostovi, stikala, kabli) postali občutno cenejši kot Token Ring, je Spanning Tree zmagal v topoloških vojnah LAN in Token Prstan je hitro zbledel.
Kako deluje Spanning Tree
Spanning Tree je protokol za posredovanje podatkovnih paketov. En del je prometni policist in del gradbeni inženir za omrežne avtoceste, po katerih potujejo podatki. Nahaja se na ravni 2 (plast podatkovne povezave), zato se preprosto ukvarja s premikanjem paketov na njihov ustrezen cilj, ne pa s tem, kakšne vrste paketov se pošiljajo ali podatkov, ki jih vsebujejo.
Spanning Tree je postal tako vseprisoten, da je njegova uporaba opredeljena vOmrežni standard IEEE 802.1D. Kot je opredeljeno v standardu, lahko obstaja samo ena aktivna pot med katerima koli dvema končnima točkama ali postajama, da lahko pravilno delujeta.
Spanning Tree je zasnovan tako, da odpravi možnost, da bi se podatki med omrežnimi segmenti zataknili v zanki. Na splošno zanke zmedejo algoritem za posredovanje, nameščen v omrežnih napravah, zaradi česar naprava ne ve več, kam poslati pakete. To lahko povzroči podvajanje okvirjev ali posredovanje podvojenih paketov na več ciljev. Sporočila se lahko ponavljajo. Komunikacija se lahko vrne nazaj do pošiljatelja. Omrežje lahko celo zruši, če se začne pojavljati preveč zank, kar poje pasovno širino brez kakršnih koli znatnih dobičkov, medtem ko blokira drugemu nezankastemu prometu.
Protokol Spanning Treepreprečuje nastajanje zanktako, da zaprete vse možne poti razen ene za vsak podatkovni paket. Stikala v omrežju uporabljajo Spanning Tree za definiranje koreninskih poti in mostov, kjer lahko potujejo podatki, ter funkcionalno zaprejo podvojene poti, zaradi česar so neaktivne in neuporabne, medtem ko je primarna pot na voljo.
Rezultat tega je, da omrežne komunikacije tečejo nemoteno, ne glede na to, kako zapleteno ali obsežno postane omrežje. Na nek način Spanning Tree ustvari enotne poti skozi omrežje za potovanje podatkov z uporabo programske opreme na skoraj enak način, kot so to počeli omrežni inženirji z uporabo strojne opreme na starih omrežjih z zanko.
Dodatne prednosti Spanning Tree
Glavni razlog za uporabo Spanning Tree je odprava možnosti usmerjevalnih zank znotraj omrežja. So pa tudi druge prednosti.
Ker Spanning Tree nenehno išče in definira, katere omrežne poti so na voljo za potovanje podatkovnih paketov, lahko zazna, ali je bilo vozlišče, ki se nahaja vzdolž ene od teh primarnih poti, onemogočeno. To se lahko zgodi zaradi različnih razlogov, od okvare strojne opreme do nove konfiguracije omrežja. Lahko je celo začasna situacija, ki temelji na pasovni širini ali drugih dejavnikih.
Ko Spanning Tree zazna, da primarna pot ni več aktivna, lahko hitro odpre drugo pot, ki je bila prej zaprta. Nato lahko pošlje podatke okoli problematičnega mesta in sčasoma določi obvoz kot novo primarno pot ali pošlje pakete nazaj na prvotni most, če bo spet na voljo.
Medtem ko je bilo prvotno Spanning Tree razmeroma hitro pri vzpostavljanju teh novih povezav po potrebi, je IEEE leta 2001 uvedel Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). RSTP, imenovan tudi različica protokola 802.1w, je bil zasnovan tako, da zagotavlja znatno hitrejšo obnovitev kot odziv na spremembe omrežja, začasne izpade ali popolno odpoved komponent.
In medtem ko je RSTP uvedel nova vedenja konvergence poti in vloge premostitvenih vrat za pospešitev procesa, je bil zasnovan tudi tako, da je popolnoma združljiv za nazaj z izvirnim Spanning Tree. Tako je mogoče, da naprave z obema različicama protokola delujejo skupaj v istem omrežju.
Pomanjkljivosti Spanning Tree
Medtem ko je Spanning Tree v mnogih letih po uvedbi postal vseprisoten, obstajajo tisti, ki trdijo, da jeprišel je čas. Največja napaka Spanning Tree je, da zapre potencialne zanke v omrežju tako, da zapre potencialne poti, kjer bi lahko potovali podatki. V katerem koli omrežju, ki uporablja Spanning Tree, je približno 40 % možnih omrežnih poti zaprtih za podatke.
V izjemno zapletenih omrežnih okoljih, kot so tista v podatkovnih centrih, je zmožnost hitrega povečanja za izpolnjevanje povpraševanja ključnega pomena. Brez omejitev, ki jih nalaga Spanning Tree, bi lahko podatkovni centri odprli veliko večjo pasovno širino brez potrebe po dodatni omrežni strojni opremi. To je nekakšna ironična situacija, saj je bilo Spanning Tree ustvarjeno zaradi kompleksnih omrežnih okolij. In zdaj zaščita, ki jo zagotavlja protokol pred zankami, na nek način zadržuje ta okolja pri njihovem polnem potencialu.
Izpopolnjena različica protokola, imenovana Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP), je bila razvita za uporabo navideznih omrežij LAN in omogočanje odprtih več omrežnih poti hkrati, hkrati pa preprečuje nastajanje zank. Toda tudi pri MSTP ostane kar nekaj potencialnih podatkovnih poti zaprtih v katerem koli omrežju, ki uporablja protokol.
V preteklih letih je bilo veliko nestandardiziranih, neodvisnih poskusov izboljšanja omejitev pasovne širine Spanning Tree. Medtem ko so načrtovalci nekaterih od njih trdili, da so bili uspešni v svojih prizadevanjih, večina ni popolnoma združljivih z osnovnim protokolom, kar pomeni, da morajo organizacije uporabiti nestandardizirane spremembe na vseh svojih napravah ali najti način, da jim omogočijo obstoj z stikala, ki izvajajo standardno Spanning Tree. V večini primerov stroški vzdrževanja in podpiranja več okusov Spanning Tree niso vredni truda.
Se bo Spanning Tree nadaljevalo tudi v prihodnosti?
Poleg omejitev pasovne širine zaradi Spanning Tree, ki zapira omrežne poti, ni veliko razmišljanja ali truda, vloženega v zamenjavo protokola. Čeprav IEEE občasno izda posodobitve, da bi bil učinkovitejši, so vedno združljivi za nazaj z obstoječimi različicami protokola.
V nekem smislu Spanning Tree sledi pravilu "Če ni pokvarjeno, ga ne popravljaj." Spanning Tree deluje neodvisno v ozadju večine omrežij, da ohranja pretok prometa, preprečuje nastajanje zank, ki povzročajo zrušitve, in usmerja promet okoli problematičnih točk, tako da končni uporabniki sploh ne vedo, ali je njihovo omrežje med vsakodnevnim delovanjem doživelo začasne motnje. dnevne operacije. Medtem pa lahko skrbniki v ozadju dodajo nove naprave v svoja omrežja, ne da bi preveč razmišljali o tem, ali bodo lahko komunicirale s preostalim omrežjem ali zunanjim svetom.
Zaradi vsega tega je verjetno, da bo Spanning Tree ostal v uporabi še vrsto let. Morda bo občasno nekaj manjših posodobitev, vendar jedro protokola Spanning Tree Protocol in vse kritične funkcije, ki jih izvaja, verjetno ostanejo.
Čas objave: Nov-07-2023
