Protokol Spanning Tree, někdy označovaný jen jako Spanning Tree, je Waze nebo MapQuest moderních ethernetových sítí, který řídí provoz po nejefektivnější trase na základě podmínek v reálném čase.
Na základě algoritmu vytvořeného americkou počítačovou vědkyní Radiou Perlmanovou, když pracovala pro Digital Equipment Corporation (DEC) v roce 1985, je primárním účelem Spanning Tree zabránit redundantním spojům a zacyklení komunikačních cest ve složitých síťových konfiguracích. Jako sekundární funkce může Spanning Tree směrovat pakety kolem problematických míst, aby bylo zajištěno, že komunikace může procházet sítěmi, které mohou být narušeny.
Topologie Spanning Tree vs. kruhová topologie
Když organizace v 80. letech teprve začínaly propojovat své počítače, byla jednou z nejoblíbenějších konfigurací kruhová síť. Například společnost IBM představila v roce 1985 svou vlastní technologii Token Ring.
V topologii kruhové sítě se každý uzel spojuje se dvěma dalšími, jedním, který je v kruhu před ním, a jedním, který je umístěn za ním. Signály se pohybují po kruhu pouze jedním směrem, přičemž každý uzel na cestě předává všechny pakety, které se kolem kruhu obejdou.
Zatímco jednoduché kruhové sítě fungují dobře, když je k dispozici jen hrstka počítačů, kruhy se stávají neefektivními, když jsou do sítě přidány stovky nebo tisíce zařízení. Počítač může potřebovat posílat pakety přes stovky uzlů, aby mohl sdílet informace s jedním dalším systémem v sousední místnosti. Šířka pásma a propustnost se také stávají problémem, když provoz může proudit pouze jedním směrem, bez plánu zálohování, pokud se uzel na cestě rozbije nebo přetíží.
V 90. letech, kdy se Ethernet zrychlil (100 Mbit/s. Fast Ethernet byl představen v roce 1995) a náklady na ethernetovou síť (mosty, přepínače, kabeláž) byly výrazně levnější než Token Ring, vyhrál Spanning Tree války o topologii LAN a Token Prsten rychle zmizel.
Jak Spanning Tree funguje
Spanning Tree je protokol pro předávání datových paketů. Je to z jedné části dopravní policista a z části stavební inženýr pro síť dálnic, kterými procházejí data. Nachází se na vrstvě 2 (vrstva datového spojení), takže se jednoduše zabývá přesouváním paketů do jejich vhodného cíle, nikoli tím, jaký druh paketů se odesílá nebo data, která obsahují.
Spanning Tree 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 správně fungovaly.
Spanning Tree je navržen tak, aby eliminoval možnost, že data procházející mezi segmenty sítě uvíznou ve smyčce. Smyčky obecně mate algoritmus předávání nainstalovaný v síťových zařízeních, takže zařízení již neví, kam má posílat pakety. To může mít za následek duplikaci rámců nebo předávání duplicitních paketů na více cílů. Zprávy se mohou opakovat. Komunikace se může odrazit zpět k odesílateli. Může dokonce dojít ke zhroucení sítě, pokud se začne vyskytovat příliš mnoho smyček, zaberou šířku pásma bez jakýchkoli znatelných zisků a zároveň blokují průchod jiného provozu bez smyčky.
Protokol Spanning Treezabraňuje vytváření smyčekuzavřením všech možných cest kromě jedné pro každý datový paket. Přepínače v síti používají Spanning Tree k definování kořenových cest a mostů, kudy mohou data cestovat, a funkčně uzavírají duplicitní cesty, čímž je činí neaktivními a nepoužitelnými, dokud je primární cesta k dispozici.
Výsledkem je, že síťová komunikace probíhá hladce bez ohledu na to, jak složitá nebo rozsáhlá se síť stane. Svým způsobem Spanning Tree vytváří jediné cesty přes síť pro přenos dat pomocí softwaru v podstatě stejným způsobem, jakým síťoví inženýři používali hardware na starých smyčkových sítích.
Další výhody Spanning Tree
Primárním důvodem použití Spanning Tree je eliminace možnosti směrování smyček v síti. Ale jsou tu i další výhody.
Protože Spanning Tree neustále hledá a definuje, které síťové cesty jsou k dispozici pro průchod datových paketů, dokáže zjistit, zda uzel sedící podél jedné z těchto primárních cest byl deaktivován. K tomu může dojít z různých důvodů, od selhání hardwaru až po novou konfiguraci sítě. Může to být dokonce dočasná situace založená na šířce pásma nebo jiných faktorech.
Když Spanning Tree zjistí, že primární cesta již není aktivní, může rychle otevřít jinou cestu, která byla dříve uzavřena. Poté může posílat data kolem problematického místa, případně určit objížďku jako novou primární cestu, nebo posílat pakety zpět na původní most, pokud by byl znovu dostupný.
Zatímco původní Spanning Tree byl při vytváření těchto nových spojení podle potřeby relativně rychlý, v roce 2001 IEEE představilo Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). RSTP, označovaný také jako verze protokolu 802.1w, byl navržen tak, aby poskytoval výrazně rychlejší obnovu v reakci na změny sítě, dočasné výpadky nebo úplné selhání komponent.
A zatímco RSTP zavedlo nové chování při konvergenci cest a role mostních portů pro urychlení procesu, bylo také navrženo tak, aby bylo plně zpětně kompatibilní s původním Spanning Tree. Je tedy možné, aby zařízení s oběma verzemi protokolu fungovala společně ve stejné síti.
Nedostatky Spanning Tree
Zatímco Spanning Tree se stal během mnoha let po svém zavedení všudypřítomným, jsou tací, kteří tvrdí, žepřišel čas. Největší chybou Spanning Tree je to, že uzavírá potenciální smyčky v síti uzavřením potenciálních cest, kudy by mohla putovat data. V jakékoli dané síti využívající Spanning Tree je asi 40 % potenciálních síťových cest uzavřeno pro data.
V extrémně složitých síťových prostředích, jako jsou ta, která se nacházejí v datových centrech, je schopnost rychle škálovat a uspokojit poptávku kritická. Bez omezení uložených Spanning Tree by datová centra mohla otevřít mnohem větší šířku pásma bez potřeby dalšího síťového hardwaru. To je trochu ironická situace, protože komplexní síťová prostředí jsou důvodem, proč byl vytvořen Spanning Tree. A nyní ochrana poskytovaná protokolem proti zacyklení svým způsobem brání těmto prostředím v jejich plném potenciálu.
Vylepšená verze protokolu nazvaná Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) byla vyvinuta tak, aby využívala virtuální sítě LAN a umožňovala otevření více síťových cest současně, a přitom stále bránila vytváření smyček. Ale i s MSTP zůstává několik potenciálních datových cest uzavřených v jakékoli dané síti využívající protokol.
V průběhu let došlo k mnoha nestandardizovaným nezávislým pokusům o zlepšení omezení šířky pásma Spanning Tree. Zatímco návrháři některých z nich ve svém úsilí prohlašovali za úspěch, většina z nich není zcela kompatibilní s hlavním protokolem, což znamená, že organizace musí buď použít nestandardizované změny na všech svých zařízeních, nebo najít způsob, jak jim umožnit existovat s přepínače běžící na standardním Spanning Tree. Ve většině případů náklady na údržbu a podporu více příchutí Spanning Tree nestojí za námahu.
Bude Spanning Tree pokračovat i v budoucnu?
Kromě omezení šířky pásma v důsledku uzavření síťových cest pomocí Spanning Tree se do nahrazení protokolu nevkládá mnoho úvah ani úsilí. Ačkoli IEEE občas vydává aktualizace, aby se pokusila zefektivnit, jsou vždy zpětně kompatibilní se stávajícími verzemi protokolu.
V jistém smyslu se Spanning Tree řídí pravidlem „Pokud to není rozbité, neopravujte to.“ Spanning Tree běží nezávisle na pozadí většiny sítí, aby udržoval plynulý provoz, zabraňoval vzniku smyček způsobujících zhroucení a směroval provoz kolem problematických míst, takže koncoví uživatelé nikdy ani nevědí, zda jejich síť v rámci své každodenní činnosti dočasně naruší. denní operace. Mezitím mohou administrátoři na backendu přidávat nová zařízení do svých sítí bez přílišného přemýšlení o tom, zda budou nebo nebudou schopni komunikovat se zbytkem sítě nebo vnějším světem.
Kvůli tomu všemu je pravděpodobné, že Spanning Tree zůstane v provozu ještě mnoho let. Čas od času mohou být nějaké drobné aktualizace, ale základní protokol Spanning Tree Protocol a všechny kritické funkce, které provádí, zde pravděpodobně zůstanou.
Čas odeslání: List-07-2023
