Протокол Spanning Tree, який іноді називають Spanning Tree, — це Waze або MapQuest сучасних мереж Ethernet, що спрямовує трафік за найефективнішим маршрутом на основі умов реального часу.
Базуючись на алгоритмі, створеному американським комп’ютерним науковцем Радією Перлман, коли вона працювала в Digital Equipment Corporation (DEC) у 1985 році, основна мета Spanning Tree полягає в запобіганні надлишковим посиланням і зацикленню шляхів зв’язку в складних мережевих конфігураціях. Як допоміжну функцію Spanning Tree може маршрутизувати пакети навколо проблемних точок, щоб забезпечити можливість проходження зв’язку через мережі, у яких можуть бути збої.
Топологія Spanning Tree проти топології кільця
Коли в 1980-х роках організації тільки починали об’єднувати свої комп’ютери в мережу, однією з найпопулярніших конфігурацій була кільцева мережа. Наприклад, IBM представила свою фірмову технологію Token Ring у 1985 році.
У кільцевій топології мережі кожен вузол з’єднується з двома іншими вузлами, один розташований попереду в кільці, а другий – позаду. Сигнали переміщаються по кільцю лише в одному напрямку, при цьому кожен вузол на цьому шляху передає будь-які та всі пакети, що обертаються по кільцю.
У той час як прості кільцеві мережі добре працюють, коли є лише кілька комп’ютерів, кільця стають неефективними, коли до мережі додаються сотні чи тисячі пристроїв. Комп’ютеру може знадобитися надсилати пакети через сотні вузлів, щоб просто поділитися інформацією з іншою системою в сусідній кімнаті. Пропускна здатність і пропускна спроможність також стають проблемою, коли трафік може проходити лише в одному напрямку, без резервного плану, якщо вузол уздовж шляху стане несправним або надмірно перевантаженим.
У 90-х роках, коли Ethernet став швидшим (100 Мбіт/с. Fast Ethernet був представлений у 1995 році), а вартість мережі Ethernet (мости, комутатори, кабелі) стала значно дешевшою, ніж Token Ring, Spanning Tree виграв війни за топологію локальної мережі, а Token Каблучка швидко зникла.
Як працює Spanning Tree
Spanning Tree — це протокол пересилання пакетів даних. Це частина дорожнього поліцейського та частина інженера-будівельника для мережевих магістралей, якими переміщаються дані. Він розташований на рівні 2 (рівень каналу даних), тому він просто стурбований переміщенням пакетів до відповідного місця призначення, а не типом пакетів, які надсилаються, або даними, які вони містять.
Spanning Tree стало настільки повсюдним, що його використання визначено вСтандарт мережі IEEE 802.1D. Як визначено в стандарті, між будь-якими двома кінцевими точками або станціями може існувати лише один активний шлях, щоб вони функціонували належним чином.
Spanning Tree розроблено для усунення ймовірності того, що дані, що передаються між сегментами мережі, застрягатимуть у циклі. Загалом, цикли плутають алгоритм пересилання, встановлений у мережевих пристроях, через що пристрій більше не знає, куди надсилати пакети. Це може призвести до дублювання кадрів або пересилання дублікатів пакетів до кількох адресатів. Повідомлення можуть повторюватися. Повідомлення можуть повертатися до відправника. Це може навіть призвести до збою в роботі мережі, якщо почне виникати занадто багато петель, з’їдаючи пропускну здатність без будь-яких помітних приростів, одночасно блокуючи інший трафік без циклу.
Протокол Spanning Treeзапобігає утворенню петельшляхом закриття всіх можливих шляхів для кожного пакета даних, крім одного. Комутатори в мережі використовують Spanning Tree для визначення кореневих шляхів і мостів, через які можуть переміщатися дані, і функціонально закривають повторювані шляхи, роблячи їх неактивними та непридатними для використання, поки доступний основний шлях.
Результатом є те, що мережеві комунікації протікають безперебійно, незалежно від того, наскільки складною чи великою стає мережа. У певному сенсі Spanning Tree створює єдині шляхи через мережу для переміщення даних за допомогою програмного забезпечення приблизно так само, як це робили мережеві інженери, використовуючи апаратне забезпечення в старих петлевих мережах.
Додаткові переваги Spanning Tree
Основною причиною використання Spanning Tree є усунення можливості петель маршрутизації в мережі. Але є й інші переваги.
Оскільки Spanning Tree постійно шукає та визначає, які мережеві шляхи доступні для проходження пакетів даних, воно може виявити, чи вузол, розташований уздовж одного з цих основних шляхів, вимкнено. Це може статися з різних причин, починаючи від збою апаратного забезпечення та закінчуючи новою конфігурацією мережі. Це може бути навіть тимчасова ситуація залежно від пропускної здатності або інших факторів.
Коли Spanning Tree виявляє, що основний шлях більше не активний, він може швидко відкрити інший шлях, який раніше був закритий. Потім він може надсилати дані навколо проблемної точки, зрештою призначаючи обхід як новий основний шлях або надсилаючи пакети назад до вихідного мосту, якщо він знову стане доступним.
У той час як оригінальне Spanning Tree було відносно швидким у створенні нових з’єднань за потреби, у 2001 році IEEE представила протокол Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Також відомий як версія протоколу 802.1w, RSTP був розроблений для забезпечення значно швидшого відновлення у відповідь на зміни в мережі, тимчасові збої або прямий вихід з ладу компонентів.
І хоча RSTP представив нову поведінку конвергенції шляхів і ролі портів мосту для прискорення процесу, він також був розроблений для повної зворотної сумісності з оригінальним Spanning Tree. Таким чином, пристрої з обома версіями протоколу можуть працювати разом в одній мережі.
Недоліки Spanning Tree
Хоча Spanning Tree став повсюдним протягом багатьох років після його появи, є ті, хто стверджує, що цечас настав. Найбільша помилка Spanning Tree полягає в тому, що воно закриває потенційні петлі в мережі, закриваючи потенційні шляхи, якими дані можуть подорожувати. У будь-якій даній мережі, що використовує Spanning Tree, близько 40% потенційних мережевих шляхів закриті для даних.
У надзвичайно складних мережевих середовищах, таких як ті, що знаходяться в центрах обробки даних, можливість швидкого масштабування для задоволення попиту має вирішальне значення. Без обмежень, які накладає Spanning Tree, центри обробки даних могли б відкрити набагато більшу пропускну здатність без необхідності додаткового мережевого обладнання. Це якась іронічна ситуація, оскільки складні мережеві середовища є причиною створення Spanning Tree. І тепер захист, який забезпечує протокол від зациклення, певним чином стримує ці середовища від їх повного потенціалу.
Удосконалена версія протоколу під назвою Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) була розроблена для використання віртуальних локальних мереж і забезпечення одночасного відкриття більшої кількості мережевих шляхів, при цьому запобігаючи утворенню петель. Але навіть з MSTP досить багато потенційних шляхів передачі даних залишаються закритими в будь-якій даній мережі, що використовує цей протокол.
Протягом багатьох років було зроблено багато нестандартизованих незалежних спроб покращити обмеження пропускної здатності Spanning Tree. Хоча розробники деяких із них заявили про успіх у своїх зусиллях, більшість із них не повністю сумісні з основним протоколом, а це означає, що організаціям потрібно або застосувати нестандартизовані зміни на всіх своїх пристроях, або знайти спосіб дозволити їм існувати з комутатори під керуванням стандартного Spanning Tree. У більшості випадків витрати на обслуговування та підтримку кількох варіантів Spanning Tree не варті зусиль.
Чи збережеться Spanning Tree у майбутньому?
Крім обмежень у пропускній здатності через Spanning Tree, що закриває мережеві шляхи, не потрібно докладати багато думок чи зусиль для заміни протоколу. Хоча IEEE час від часу випускає оновлення, щоб спробувати зробити його ефективнішим, вони завжди зворотно сумісні з існуючими версіями протоколу.
У певному сенсі Spanning Tree дотримується правила: «Якщо він не зламаний, не виправляй його». Spanning Tree працює незалежно у фоновому режимі більшості мереж, щоб підтримувати потік трафіку, запобігати утворенню петель, що викликають збої, і маршрутизувати трафік навколо проблемних точок, щоб кінцеві користувачі навіть не дізналися, чи їхня мережа зазнає тимчасових збоїв у повсякденній роботі. денні операції. Тим часом на сервері адміністратори можуть додавати нові пристрої до своїх мереж, не замислюючись над тим, чи зможуть вони спілкуватися з рештою мережі чи зовнішнім світом.
Через усе це, ймовірно, що Spanning Tree використовуватиметься ще багато років. Час від часу можуть з’являтися незначні оновлення, але основний протокол Spanning Tree Protocol і всі важливі функції, які він виконує, ймовірно, залишаться.
Час публікації: 07 листопада 2023 р
