Protokol Spanning Tree, někdy jen označovaný jako strom Spanning, je Waze nebo Mapquest moderních ethernetových sítí, který nasměruje provoz podél nejúčinnější trasy založené na podmínkách v reálném čase.
Na základě algoritmu vytvořeného americkým počítačovým vědcem Radia Perlmanem, zatímco v roce 1985 pracovala pro společnost Digital Equipment Corporation (DEC), je primárním účelem překlenovacího stromu zabránit nadbytečným spojením a opakováním komunikačních cest ve složitých konfiguracích sítě. Jako sekundární funkce může překlenovací strom směrovat pakety kolem problémových míst, aby se zajistilo, že komunikace bude schopna navíjet sítě, které by mohly zažít narušení.
Topologie stromu vs. topologie prstenu
Když se organizace v 80. letech začaly propojit své počítače, jednou z nejpopulárnějších konfigurací byla Ring Network. Například IBM představila svou proprietární technologii tokenů v roce 1985.
V topologii sítí Ring Network se každý uzel spojuje se dvěma dalšími, jeden, který sedí před ním na prstenu a jeden, který je umístěn za ním. Signály cestují pouze kolem prstence v jednom směru, přičemž každý uzel podél cesty rozdává všechny a všechny pakety, které se opakují kolem kruhu.
Zatímco jednoduché prstencové sítě fungují dobře, když existuje pouze hrstka počítačů, prsteny se stávají neefektivními, když jsou do sítě přidány stovky nebo tisíce zařízení. Počítač bude možná potřebovat odesílat pakety skrz stovky uzlů, jen aby sdílel informace s jedním dalším systémem v sousední místnosti. Šířka pásma a propustnost se také stávají problémem, kdy provoz může proudit pouze v jednom směru, bez plánu zálohování, pokud se uzel podél cesty rozbije nebo příliš přetíží.
V 90. letech, kdy se Ethernet dostal rychleji (100mbit/sec. Fast Ethernet byl představen v roce 1995) a náklady na síť Ethernet (mosty, přepínače, kabeláž) se staly výrazně levnější než tokenový prsten, strom Spanning Tree vyhrál topologickou válku a token Ring rychle zmizel.
Jak funguje strom
Spanning Tree je protokol pro předávání datových paketů. Je to jedna část Cop a jeden část stavebního inženýra pro síťové dálnice, kterými data cestují. Sedí ve vrstvě 2 (vrstva datového spojení), takže se jednoduše týká přesunu paketů do jejich vhodného cíle, nikoli o jakých druzích paketů, nebo o data, která obsahují.
Strom překlenutí se stal tak všudypřítomným, že jeho použití je definováno vSíťový standard IEEE 802.1d. Jak je definováno ve standardu, mezi libovolnými dvěma koncovými body nebo stanicemi může existovat pouze jedna aktivní cesta, aby mohla správně fungovat.
Spanning Tree je navržen tak, aby eliminoval možnost, že data procházející mezi síťovými segmenty uvíznou ve smyčce. Obecně smyčky zaměňují algoritmus pro předávání nainstalovaný v síťových zařízeních, takže zařízení již neví, kam posílat pakety. To může mít za následek duplicitu snímků nebo předávání duplicitních paketů do více destinací. Zprávy se mohou opakovat. Komunikace se může odrazit zpět k odesílateli. Může dokonce narušit síť, pokud se začne vyskytovat příliš mnoho smyček, přijímat šířku pásma bez jakýchkoli značných zisků a zároveň blokovat další neslamovaný provoz z procházení.
Protokol stromu Spanningzastaví smyčky ve formováníUzavřením všechny kromě jedné možné cesty pro každý datový paket. Přepne na strom přesahující síť k definování kořenových cest a mostů, kde mohou data cestovat, a funkčně uzavřít duplicitní cesty, což je činí neaktivní a nepoužitelné, zatímco je k dispozici primární cesta.
Výsledkem je, že síťová komunikace proudí hladce bez ohledu na to, jak složitá nebo obrovská síť se stává. Svým způsobem vytváří Spanning Tree jednotlivé cesty prostřednictvím sítě pro data, která mají cestovat pomocí softwaru, stejně jako síťové inženýři, kteří používali hardware ve starých smyčkách.
Další výhody přesahujícího stromu
Primárním důvodem, proč se překlenující strom používá, je eliminovat možnost směrování smyček v síti. Existují však i další výhody.
Vzhledem k tomu, že strom Spanning Tree neustále hledá a definuje, které síťové cesty jsou k dispozici pro datové pakety pro cestování, může detekovat, zda byl uzel sedící podél jedné z těchto primárních cest deaktivován. K tomu může dojít z různých důvodů od selhání hardwaru po novou konfiguraci sítě. Může to být dokonce dočasná situace založená na šířce pásma nebo jiných faktorech.
Když překlenují strom, detekuje, že primární cesta již není aktivní, může rychle otevřít další cestu, která byla dříve uzavřena. Poté může poslat data kolem problémového místa, nakonec označit objížďku jako novou primární cestu nebo odesílat pakety zpět na původní most, pokud bude znovu k dispozici.
Zatímco původní strom rozpětí byl relativně rychlý při vytváření těchto nových spojení podle potřeby, v roce 2001 IEEE představila protokol Rycha Spanning Tree (RSTP). RSTP, která byla také označována jako verze protokolu 802.1W, byla navržena tak, aby poskytovala výrazně rychlejší zotavení v reakci na změny sítě, dočasné výpadky nebo přímé selhání komponent.
A zatímco RSTP představil nové chování s konvergencí cesty a role mostových portů, aby tento proces urychlil, byl také navržen tak, aby byl plně dozadu kompatibilní s původním stromem překlenování. Je tedy možné, aby zařízení s oběma verzemi protokolu fungovaly společně ve stejné síti.
Nedostatky stromu
Zatímco Spanning Tree se po mnoho let po úvodu stal všudypřítomnýmpřišel čas. Největší chybou stromu překlenutí je to, že uzavírá potenciální smyčky v síti tím, že uzavírá potenciální cesty, kde by mohla data cestovat. V jakékoli dané síti pomocí stromu Spanning je asi 40% potenciálních síťových cest uzavřeno pro data.
V extrémně složitých síťových prostředích, jako jsou prostředí nalezená v datových centrech, je schopnost rychle se zvětšit, aby vyhovovala poptávce, kritická. Bez omezení uložených překlenovacím stromem by datová centra mohla otevřít mnohem větší šířku pásma bez nutnosti dalšího síťového hardwaru. Jedná se o ironickou situaci, protože složitá síťová prostředí jsou důvodem, proč byl vytvořen strom. A nyní ochrana poskytnutá protokolem proti opakování je svým způsobem, aby tato prostředí držela zpět od jejich plného potenciálu.
Byla vyvinuta rafinovaná verze protokolu s názvem více-instance Spanning Tree (MSTP) pro použití virtuálních LAN a umožnění otevření více síťových cest současně, přičemž stále brání smyčce ve formování. Ale i s MSTP zůstává několik potenciálních datových cest uzavřeno v jakékoli dané síti využívající protokol.
V průběhu let došlo k mnoha nestandardizovaným, nezávislým pokusům o zlepšení omezení šířky pásma. Zatímco návrháři některých z nich si ve svém úsilí vyžádali úspěch, většina není zcela kompatibilní s hlavním protokolem, což znamená, že organizace musí buď používat nestandardizované změny na všech svých zařízeních, nebo najít způsob, jak jim umožnit existenci Přepínače běžící standardní strom. Ve většině případů náklady na údržbu a podporu více příchutí překlenovacího stromu nestojí za úsilí.
Bude strom pokračovat v budoucnu?
Kromě omezení šířky pásma v důsledku překlenujících síťových cest uzavírajících strom není mnoho myšlenek nebo úsilí vynaloženo na výměnu protokolu. Přestože IEEE občas uvolňuje aktualizace, aby se pokusilo zefektivnit, jsou vždy zpětně kompatibilní s existujícími verzemi protokolu.
V jistém smyslu sleduje strom, který se řídí pravidlem „Pokud se to nezlomí, neopravujte to.“ Spanning Strom běží samostatně na pozadí většiny sítí, aby udržoval provoz tekoucí, zabránil smyčkám vyvolávajícím smyčky a směroval provoz kolem problémových míst, aby nikdy neznali, zda jejich síť zažívá dočasně narušení v rámci jeho každodenního denní operace. Mezitím mohou na backendu administrátoři přidat do svých sítí nová zařízení, aniž by se příliš zamysleli, zda budou moci komunikovat se zbytkem sítě nebo vnějšího světa.
Z tohoto důvodu je pravděpodobné, že překlenovací strom zůstane po mnoho let v používání. Čas od času by mohly existovat některé drobné aktualizace, ale protokol jádra stromu Spanning a všechny kritické funkce, které provádí, jsou pravděpodobně zde, aby zůstaly.
Čas příspěvku: Nov-07-2023
