Protokol Spanning Tree, niekedy označovaný len ako Spanning Tree, je Waze alebo MapQuest moderných ethernetových sietí, ktorý riadi prevádzku po najefektívnejšej trase na základe podmienok v reálnom čase.
Na základe algoritmu, ktorý vytvorila americká počítačová vedkyňa Radia Perlmanová, keď pracovala pre Digital Equipment Corporation (DEC) v roku 1985, je primárnym účelom Spanning Tree zabrániť redundantným prepojeniam a zacykleniu komunikačných ciest v zložitých sieťových konfiguráciách. Ako sekundárna funkcia môže Spanning Tree smerovať pakety okolo problematických miest, aby sa zabezpečilo, že komunikácia bude schopná prechádzať sieťami, ktoré môžu byť narušené.
Topológia Spanning Tree vs. kruhová topológia
Keď organizácie v osemdesiatych rokoch minulého storočia ešte len začínali prepájať svoje počítače, jednou z najpopulárnejších konfigurácií bola kruhová sieť. Napríklad spoločnosť IBM predstavila svoju vlastnú technológiu Token Ring v roku 1985.
V topológii kruhovej siete sa každý uzol spája s dvoma ďalšími, jedným, ktorý je na kruhu pred ním, a jedným, ktorý je umiestnený za ním. Signály sa pohybujú po kruhu iba jedným smerom, pričom každý uzol na ceste odovzdáva všetky pakety, ktoré sa okolo kruhu otáčajú.
Zatiaľ čo jednoduché kruhové siete fungujú dobre, keď je k dispozícii len niekoľko počítačov, kruhy sa stávajú neefektívnymi, keď sa do siete pridávajú stovky alebo tisíce zariadení. Počítač môže potrebovať posielať pakety cez stovky uzlov len na zdieľanie informácií s jedným ďalším systémom v susednej miestnosti. Šírka pásma a priepustnosť sa tiež stávajú problémom, keď prevádzka môže prúdiť iba jedným smerom, bez záložného plánu, ak sa uzol na ceste poruší alebo príliš zahltí.
V 90. rokoch, keď sa Ethernet zrýchlil (100 Mbit/s. Fast Ethernet bol predstavený v roku 1995) a náklady na ethernetovú sieť (mosty, prepínače, kabeláž) boli výrazne lacnejšie ako Token Ring, Spanning Tree vyhral vojny o topológiu LAN a Token Prsteň rýchlo zmizol.
Ako Spanning Tree funguje
Spanning Tree je protokol pre presmerovanie dátových paketov. Je to z jednej časti dopravný policajt a z jednej časti stavebný inžinier pre sieťové diaľnice, cez ktoré prechádzajú dáta. Nachádza sa na vrstve 2 (vrstva dátového spojenia), takže sa jednoducho zaoberá presunom paketov do ich vhodného miesta určenia, nie tým, aký druh paketov sa odosiela alebo údaje, ktoré obsahujú.
Spanning Tree sa stal tak všadeprítomným, že jeho použitie je definované vSieťový štandard IEEE 802.1D. Ako je definované v štandarde, medzi akýmikoľvek dvoma koncovými bodmi alebo stanicami môže existovať iba jedna aktívna cesta, aby mohli správne fungovať.
Spanning Tree je navrhnutý tak, aby eliminoval možnosť, že dáta prechádzajúce medzi segmentmi siete uviaznu v slučke. Vo všeobecnosti slučky zamieňajú algoritmus preposielania nainštalovaný v sieťových zariadeniach, takže zariadenie už nevie, kam má posielať pakety. To môže mať za následok duplikáciu rámcov alebo preposielanie duplicitných paketov do viacerých cieľov. Správy sa môžu opakovať. Komunikácia sa môže vrátiť odosielateľovi. Môže dokonca zlyhať sieť, ak sa začne vyskytovať príliš veľa slučiek, zaberú šírku pásma bez akýchkoľvek znateľných ziskov a zároveň zablokujú prechod inej prevádzky bez slučky.
Protokol Spanning Treezabraňuje tvorbe slučiekuzavretím všetkých možných ciest okrem jednej pre každý dátový paket. Prepínače v sieti používajú Spanning Tree na definovanie koreňových ciest a mostov, kadiaľ môžu dáta cestovať, a funkčne uzatvárajú duplicitné cesty, čím sa stávajú neaktívne a nepoužiteľné, kým je primárna cesta dostupná.
Výsledkom je, že sieťová komunikácia prebieha hladko bez ohľadu na to, aká zložitá alebo rozsiahla sa sieť stáva. Spanning Tree istým spôsobom vytvára jednotlivé cesty cez sieť pre prenos údajov pomocou softvéru takmer rovnakým spôsobom, akým to sieťoví inžinieri robili pomocou hardvéru v starých slučkových sieťach.
Ďalšie výhody Spanning Tree
Hlavným dôvodom použitia Spanning Tree je eliminácia možnosti smerovania slučiek v rámci siete. Ale sú tu aj iné výhody.
Pretože Spanning Tree neustále hľadá a definuje, ktoré sieťové cesty sú dostupné pre prenos dátových paketov, dokáže zistiť, či bol uzol sediaci pozdĺž jednej z týchto primárnych ciest deaktivovaný. Môže k tomu dôjsť z rôznych dôvodov, od zlyhania hardvéru až po novú konfiguráciu siete. Môže to byť dokonca dočasná situácia na základe šírky pásma alebo iných faktorov.
Keď Spanning Tree zistí, že primárna cesta už nie je aktívna, môže rýchlo otvoriť inú cestu, ktorá bola predtým uzavretá. Potom môže posielať dáta okolo problémového miesta, prípadne určiť obchádzku ako novú primárnu cestu, alebo posielať pakety späť na pôvodný most, ak by bol opäť dostupný.
Zatiaľ čo pôvodný Spanning Tree bol relatívne rýchly pri vytváraní týchto nových spojení podľa potreby, v roku 2001 IEEE predstavil Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). RSTP, označovaný aj ako verzia protokolu 802.1w, bol navrhnutý tak, aby poskytoval výrazne rýchlejšiu obnovu v reakcii na zmeny siete, dočasné výpadky alebo úplné zlyhanie komponentov.
A zatiaľ čo RSTP zaviedlo nové správanie konvergencie ciest a roly mostných portov na urýchlenie procesu, bolo tiež navrhnuté tak, aby bolo plne spätne kompatibilné s pôvodným Spanning Tree. Je teda možné, aby zariadenia s oboma verziami protokolu fungovali spoločne v rovnakej sieti.
Nedostatky Spanning Tree
Aj keď sa Spanning Tree stal počas mnohých rokov po svojom zavedení všadeprítomným, existujú ľudia, ktorí tvrdia, žeprišiel čas. Najväčšou chybou Spanning Tree je to, že uzatvára potenciálne slučky v rámci siete tým, že uzatvára potenciálne cesty, kadiaľ by sa mohli presúvať dáta. V akejkoľvek danej sieti používajúcej Spanning Tree je asi 40 % potenciálnych sieťových ciest uzavretých pre dáta.
V extrémne zložitých sieťových prostrediach, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú v dátových centrách, je schopnosť rýchlo sa rozširovať, aby vyhovovala dopytu, kritická. Bez obmedzení uložených Spanning Tree by dátové centrá mohli otvoriť oveľa väčšiu šírku pásma bez potreby ďalšieho sieťového hardvéru. Toto je trochu ironická situácia, pretože komplexné sieťové prostredia sú dôvodom, prečo bol vytvorený Spanning Tree. A teraz ochrana poskytovaná protokolom proti slučkovaniu istým spôsobom bráni týmto prostrediam od ich plného potenciálu.
Vylepšená verzia protokolu s názvom Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) bola vyvinutá s cieľom využívať virtuálne siete LAN a umožniť, aby bolo súčasne otvorených viac sieťových ciest, pričom stále zabraňuje vytváraniu slučiek. Ale aj s MSTP zostáva pomerne málo potenciálnych dátových ciest uzavretých v akejkoľvek danej sieti využívajúcej protokol.
V priebehu rokov došlo k mnohým neštandardizovaným, nezávislým pokusom o zlepšenie obmedzení šírky pásma Spanning Tree. Zatiaľ čo dizajnéri niektorých z nich deklarovali úspech vo svojom úsilí, väčšina z nich nie je úplne kompatibilná s hlavným protokolom, čo znamená, že organizácie musia buď použiť neštandardizované zmeny na všetkých svojich zariadeniach, alebo nájsť spôsob, ako im umožniť existenciu s prepínače so štandardným systémom Spanning Tree. Vo väčšine prípadov náklady na údržbu a podporu viacerých príchutí Spanning Tree nestoja za námahu.
Bude Spanning Tree pokračovať aj v budúcnosti?
Okrem obmedzení v šírke pásma v dôsledku uzavretia sieťových ciest Spanning Tree, nie je potrebné veľa premýšľať ani úsilia o nahradenie protokolu. Hoci IEEE príležitostne vydáva aktualizácie, aby sa pokúsila zefektívniť, sú vždy spätne kompatibilné s existujúcimi verziami protokolu.
V istom zmysle sa Spanning Tree riadi pravidlom „Ak to nie je pokazené, neopravujte to.“ Spanning Tree beží nezávisle na pozadí väčšiny sietí, aby udržal plynulosť premávky, zabránil vytváraniu slučiek spôsobujúcich zrútenie a smeroval prevádzku okolo problematických miest, takže koncoví používatelia nikdy ani nevedia, či ich sieť v rámci svojej každodennej prevádzky zaznamená dočasné prerušenia. denné operácie. Medzitým môžu správcovia na backende pridávať nové zariadenia do svojich sietí bez prílišného premýšľania o tom, či budú alebo nebudú schopní komunikovať so zvyškom siete alebo s vonkajším svetom.
Kvôli tomu všetkému je pravdepodobné, že Spanning Tree sa bude používať ešte mnoho rokov. Z času na čas môžu existovať menšie aktualizácie, ale hlavný protokol Spanning Tree Protocol a všetky kritické funkcie, ktoré vykonáva, tu pravdepodobne zostanú.
Čas uverejnenia: 7. novembra 2023
