Protocolul Spanning Tree, denumit uneori doar ca Spanning Tree, este Waze sau MapQuest al rețelelor Ethernet moderne, direcționând traficul de-a lungul celei mai eficiente rute pe baza condițiilor în timp real.
Bazat pe un algoritm creat de informaticianul american Radia Perlman în timp ce lucra pentru Digital Equipment Corporation (DEC) în 1985, scopul principal al Spanning Tree este de a preveni legăturile redundante și buclarea căilor de comunicație în configurații complexe de rețea. Ca funcție secundară, Spanning Tree poate direcționa pachetele în jurul punctelor cu probleme pentru a se asigura că comunicațiile pot trece prin rețele care ar putea întâmpina întreruperi.
Topologie Spanning Tree vs. Topologie inel
Când organizațiile abia începeau să-și conecteze computerele în rețeaua în anii 1980, una dintre cele mai populare configurații era rețeaua de inel. De exemplu, IBM a introdus tehnologia proprie Token Ring în 1985.
Într-o topologie de rețea inelă, fiecare nod se conectează cu alte două, unul care se află în fața lui pe inel și unul care este poziționat în spatele acestuia. Semnalele circulă în jurul inelului doar într-o singură direcție, fiecare nod de-a lungul drumului predând toate pachetele care circulă în jurul inelului.
În timp ce rețelele de inele simple funcționează bine când există doar o mână de computere, inelele devin ineficiente atunci când sute sau mii de dispozitive sunt adăugate la o rețea. Un computer ar putea avea nevoie să trimită pachete prin sute de noduri doar pentru a partaja informații cu un alt sistem dintr-o cameră adiacentă. Lățimea de bandă și debitul devin, de asemenea, o problemă atunci când traficul poate circula doar într-o singură direcție, fără un plan de rezervă dacă un nod de-a lungul drumului devine rupt sau excesiv de aglomerat.
În anii '90, pe măsură ce Ethernet a devenit mai rapid (100 Mbit/sec. Fast Ethernet a fost introdus în 1995) și costul unei rețele Ethernet (punți, comutatoare, cablare) a devenit semnificativ mai ieftin decât Token Ring, Spanning Tree a câștigat războaiele topologiei LAN și Token. Inelul a dispărut rapid.
Cum funcționează Spanning Tree
Spanning Tree este un protocol de redirecționare pentru pachete de date. Este o parte polițist de trafic și o parte inginer civil pentru autostrăzile din rețea prin care circulă datele. Se află la Layer 2 (stratul de legătură de date), așa că este pur și simplu preocupat de mutarea pachetelor la destinația lor corespunzătoare, nu de ce fel de pachete sunt trimise sau de datele pe care le conțin.
Spanning Tree a devenit atât de omniprezent încât utilizarea sa este definită înStandardul de rețea IEEE 802.1D. După cum este definit în standard, poate exista o singură cale activă între oricare două puncte finale sau stații pentru ca acestea să funcționeze corect.
Spanning Tree este conceput pentru a elimina posibilitatea ca datele care trec între segmentele de rețea să rămână blocate într-o buclă. În general, buclele încurcă algoritmul de redirecționare instalat în dispozitivele din rețea, făcându-l astfel încât dispozitivul să nu mai știe unde să trimită pachetele. Acest lucru poate duce la duplicarea cadrelor sau la redirecționarea pachetelor duplicate către mai multe destinații. Mesajele pot fi repetate. Comunicațiile pot reveni către un expeditor. Poate chiar să blocheze o rețea dacă încep să apară prea multe bucle, consumând lățime de bandă fără câștiguri apreciabile, blocând în același timp trecerea altor trafic fără buclă.
Protocolul Spanning Treeoprește formarea buclelorprin închiderea tuturor căilor posibile, cu excepția uneia, pentru fiecare pachet de date. Comutatoarele de pe o rețea folosesc Spanning Tree pentru a defini căi rădăcină și punți în care datele pot călători și închide funcțional căile duplicate, făcându-le inactive și inutilizabile în timp ce o cale principală este disponibilă.
Rezultatul este că comunicațiile în rețea circulă fără probleme, indiferent de cât de complexă sau vastă devine o rețea. Într-un fel, Spanning Tree creează căi unice printr-o rețea pentru ca datele să circule utilizând software, în același mod în care au făcut inginerii de rețea folosind hardware-ul pe vechile rețele de buclă.
Beneficii suplimentare ale Spanning Tree
Motivul principal pentru care se folosește Spanning Tree este eliminarea posibilității de rutare a buclelor într-o rețea. Dar există și alte avantaje.
Deoarece Spanning Tree caută și definește în mod constant ce căi de rețea sunt disponibile pentru că pachetele de date pot călători, poate detecta dacă un nod aflat de-a lungul uneia dintre aceste căi primare a fost dezactivat. Acest lucru se poate întâmpla dintr-o varietate de motive, de la o defecțiune hardware la o nouă configurație de rețea. Poate fi chiar o situație temporară bazată pe lățimea de bandă sau alți factori.
Când Spanning Tree detectează că o cale principală nu mai este activă, poate deschide rapid o altă cale care fusese închisă anterior. Apoi, poate trimite date în jurul punctului cu probleme, desemnând în cele din urmă ocolul ca noua cale principală sau trimițând pachete înapoi la puntea originală, în cazul în care acesta devine din nou disponibil.
În timp ce Spanning Tree inițial a fost relativ rapid în realizarea acestor noi conexiuni după cum era necesar, în 2001 IEEE a introdus Protocolul Rapid Spanning Tree (RSTP). Denumită și versiunea 802.1w a protocolului, RSTP a fost proiectat pentru a oferi o recuperare semnificativ mai rapidă ca răspuns la schimbările în rețea, întreruperile temporare sau defecțiunea totală a componentelor.
Și în timp ce RSTP a introdus noi comportamente de convergență a căilor și roluri de porturi de punte pentru a accelera procesul, a fost, de asemenea, conceput pentru a fi pe deplin compatibil cu spanning Tree original. Deci, este posibil ca dispozitivele cu ambele versiuni ale protocolului să funcționeze împreună în aceeași rețea.
Deficiențele Spanning Tree
În timp ce Spanning Tree a devenit omniprezent în mulți ani de la introducerea sa, există cei care susțin că estea venit timpul. Cel mai mare defect al Spanning Tree este că închide buclele potențiale dintr-o rețea prin închiderea căilor potențiale pe care ar putea călători datele. În orice rețea dată care utilizează Spanning Tree, aproximativ 40% din potențialele căi de rețea sunt închise pentru date.
În mediile de rețea extrem de complexe, cum ar fi cele găsite în centrele de date, capacitatea de a se extinde rapid pentru a satisface cererea este critică. Fără limitările impuse de Spanning Tree, centrele de date ar putea deschide mult mai multă lățime de bandă fără a fi nevoie de hardware de rețea suplimentar. Aceasta este o situație ironică, deoarece mediile complexe de rețea sunt motivul pentru care a fost creat Spanning Tree. Și acum protecția oferită de protocol împotriva buclei este, într-un fel, reține acele medii de la întregul lor potențial.
O versiune rafinată a protocolului numită Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) a fost dezvoltată pentru a utiliza rețele LAN virtuale și a permite deschiderea mai multor căi de rețea în același timp, prevenind în același timp formarea buclelor. Dar chiar și cu MSTP, destul de multe căi potențiale de date rămân închise pe orice rețea dată care utilizează protocolul.
Au existat multe încercări independente, nestandardizate, de a îmbunătăți restricțiile de lățime de bandă ale Spanning Tree de-a lungul anilor. În timp ce designerii unora dintre ele au susținut succes în eforturile lor, majoritatea nu sunt complet compatibile cu protocolul de bază, ceea ce înseamnă că organizațiile trebuie fie să folosească modificările nestandardizate pe toate dispozitivele lor, fie să găsească o modalitate de a le permite să existe cu comutatoare care rulează Spanning Tree standard. În cele mai multe cazuri, costurile de întreținere și susținere a mai multor arome de Spanning Tree nu merită efortul.
Spanning Tree va continua în viitor?
În afară de limitările în lățimea de bandă din cauza închiderii căilor de rețea Spanning Tree, nu se depune multă atenție sau efort pentru a înlocui protocolul. Deși IEEE lansează ocazional actualizări pentru a încerca să-l facă mai eficient, acestea sunt întotdeauna compatibile cu versiunile existente ale protocolului.
Într-un fel, Spanning Tree urmează regula „Dacă nu este stricat, nu-l repara”. Spanning Tree rulează independent în fundalul majorității rețelelor pentru a menține fluxul de trafic, pentru a preveni formarea buclelor care provoacă accidente și pentru a direcționa traficul în jurul punctelor cu probleme, astfel încât utilizatorii finali să nu știe nici măcar dacă rețeaua lor se confruntă cu întreruperi temporare ca parte a activității de zi cu zi. operațiuni de zi. Între timp, pe backend, administratorii pot adăuga noi dispozitive în rețelele lor fără să se gândească prea mult dacă vor putea sau nu să comunice cu restul rețelei sau cu lumea exterioară.
Din această cauză, este probabil ca Spanning Tree să rămână în uz mulți ani de acum înainte. Ar putea exista unele actualizări minore din când în când, dar protocolul de bază Spanning Tree și toate caracteristicile critice pe care le realizează sunt probabil aici pentru a rămâne.
Ora postării: 07-nov-2023
