Spanning Tree Protocol, dažkārt saukts tikai par Spanning Tree, ir mūsdienu Ethernet tīklu Waze vai MapQuest, kas novirza trafiku pa visefektīvāko maršrutu, pamatojoties uz reāllaika apstākļiem.
Pamatojoties uz algoritmu, ko izveidoja amerikāņu datorzinātniece Radija Perlmane, 1985. gadā strādājot uzņēmumā Digital Equipment Corporation (DEC), Spanning Tree galvenais mērķis ir novērst liekās saites un sakaru ceļu cilpu veidošanu sarežģītās tīkla konfigurācijās. Kā sekundāra funkcija Spanning Tree var maršrutēt paketes ap problēmu vietām, lai nodrošinātu, ka sakari var tikt pārtraukti caur tīkliem, kuros var rasties traucējumi.
Aptverošā koka topoloģija pret gredzena topoloģiju
Kad organizācijas 1980. gados tikai sāka savienot savus datorus tīklā, viena no populārākajām konfigurācijām bija gredzenu tīkls. Piemēram, IBM ieviesa savu patentēto Token Ring tehnoloģiju 1985. gadā.
Gredzena tīkla topoloģijā katrs mezgls savienojas ar diviem citiem mezgliem, vienu, kas atrodas gredzenā pirms tā, un otru, kas atrodas aiz tā. Signāli pārvietojas pa gredzenu tikai vienā virzienā, un katrs mezgls pa ceļam nodod visas paketes, kas riņķo ap gredzenu.
Lai gan vienkārši zvanu tīkli darbojas labi, ja ir tikai nedaudzi datoru, zvani kļūst neefektīvi, kad tīklam tiek pievienoti simtiem vai tūkstošiem ierīču. Iespējams, datoram būs jānosūta paketes caur simtiem mezglu, lai kopīgotu informāciju ar vienu citu sistēmu blakus telpā. Joslas platums un caurlaidspēja arī kļūst par problēmām, ja satiksme var plūst tikai vienā virzienā, bez rezerves plāna, ja mezgls pa ceļam sabojājas vai pārlieku pārslogots.
Deviņdesmitajos gados, kad Ethernet kļuva ātrāks (100Mbit/sek. Fast Ethernet tika ieviests 1995. gadā) un Ethernet tīkla izmaksas (tilti, slēdži, kabeļi) kļuva ievērojami lētākas nekā Token Ring, Spanning Tree uzvarēja LAN topoloģijas karos un Token Gredzens ātri izgaisa.
Kā darbojas aptverošais koks
Spanning Tree ir datu pakešu pārsūtīšanas protokols. Tas ir viena daļa satiksmes policists un viena daļa būvinženieris tīkla maģistrālēm, pa kurām pārvietojas dati. Tas atrodas 2. slānī (datu saites slānis), tāpēc tas vienkārši ir saistīts ar pakešu pārvietošanu uz to atbilstošo galamērķi, nevis par to, kāda veida paketes tiek nosūtītas, vai par tajās esošajiem datiem.
Spanning Tree ir kļuvis tik visuresošs, ka tā izmantošana ir noteiktaIEEE 802.1D tīkla standarts. Kā definēts standartā, starp jebkuriem diviem galapunktiem vai stacijām var būt tikai viens aktīvs ceļš, lai tie darbotos pareizi.
Spanning Tree ir izstrādāts, lai novērstu iespēju, ka dati, kas tiek pārsūtīti starp tīkla segmentiem, iestrēgs cilpā. Parasti cilpas sajauc tīkla ierīcēs instalēto pāradresācijas algoritmu, padarot to tā, ka ierīce vairs nezina, kur nosūtīt paketes. Tas var izraisīt kadru dublēšanos vai pakešu dublikātu pārsūtīšanu uz vairākiem galamērķiem. Ziņojumi var tikt atkārtoti. Saziņa var atgriezties pie sūtītāja. Tas pat var izraisīt tīkla avāriju, ja sāk parādīties pārāk daudz cilpu, patērējot joslas platumu bez ievērojamiem ieguvumiem, vienlaikus bloķējot citu trafiku, kas nav cilpas.
Aptverošā koka protokolsaptur cilpu veidošanoskatrai datu paketei slēdzot visus iespējamos ceļus, izņemot vienu. Tīkla slēdži izmanto Spanning Tree, lai definētu saknes ceļus un tiltus, pa kuriem var pārvietoties dati, un funkcionāli slēgtu dublētos ceļus, padarot tos neaktīvus un nelietojamus, kamēr ir pieejams primārais ceļš.
Rezultāts ir tāds, ka tīkla sakari plūst nemanāmi neatkarīgi no tā, cik sarežģīts vai plašs kļūst tīkls. Savā ziņā Spanning Tree izveido atsevišķus ceļus caur tīklu, lai dati tiktu pārvietoti, izmantojot programmatūru, līdzīgi, kā to darīja tīkla inženieri, izmantojot aparatūru vecajos cilpas tīklos.
Papildu koku priekšrocības
Galvenais iemesls, kāpēc tiek izmantots Spinning Tree, ir novērst iespēju maršrutēt cilpas tīklā. Bet ir arī citas priekšrocības.
Tā kā Spanning Tree pastāvīgi meklē un nosaka, kuri tīkla ceļi ir pieejami datu pakešu pārvietošanai, tas var noteikt, vai mezgls, kas atrodas vienā no šiem primārajiem ceļiem, ir atspējots. Tas var notikt dažādu iemeslu dēļ, sākot no aparatūras kļūmes līdz jaunai tīkla konfigurācijai. Tā var būt pat īslaicīga situācija, kuras pamatā ir joslas platums vai citi faktori.
Kad Spanning Tree konstatē, ka primārais ceļš vairs nav aktīvs, tas var ātri atvērt citu ceļu, kas iepriekš bija slēgts. Pēc tam tas var nosūtīt datus ap problēmu vietu, galu galā nosakot apkārtceļu kā jauno primāro ceļu vai nosūtīt paketes atpakaļ uz sākotnējo tiltu, ja tas atkal kļūst pieejams.
Lai gan sākotnējais aptverošais koks bija salīdzinoši ātri izveidojis šos jaunos savienojumus pēc vajadzības, IEEE 2001. gadā ieviesa ātrās aptverošās koka protokolu (Rapid Spanning Tree Protocol — RSTP). RSTP, ko dēvē arī par protokola 802.1w versiju, tika izstrādāts, lai nodrošinātu ievērojami ātrāku atkopšanu, reaģējot uz tīkla izmaiņām, īslaicīgiem pārtraukumiem vai tiešu komponentu atteici.
Un, lai gan RSTP ieviesa jaunas ceļu konverģences darbības un tilta portu lomas, lai paātrinātu procesu, tas tika izstrādāts arī tā, lai tas būtu pilnībā savietojams ar sākotnējo aptverošo koku. Tādējādi ierīces ar abām protokola versijām var darboties kopā vienā tīklā.
Spinning Tree trūkumi
Lai gan Spanning Tree ir kļuvis visuresošs daudzu gadu laikā pēc tā ieviešanas, ir cilvēki, kas apgalvo, ka tas irir pienācis laiks. Lielākā Spanning Tree kļūda ir tā, ka tā aizver potenciālās cilpas tīklā, slēdzot iespējamos ceļus, pa kuriem varētu pārvietoties dati. Jebkurā tīklā, kurā tiek izmantots aptverošais koks, aptuveni 40% potenciālo tīkla ceļu ir slēgti datiem.
Ārkārtīgi sarežģītās tīkla vidēs, piemēram, datu centros, spēja ātri palielināt apjomu, lai apmierinātu pieprasījumu, ir ļoti svarīga. Bez Spanning Tree noteiktajiem ierobežojumiem datu centri varētu atvērt daudz lielāku joslas platumu, neizmantojot papildu tīkla aparatūru. Šī ir sava veida ironiska situācija, jo sarežģītas tīkla vides ir iemesls, kāpēc tika izveidots Spanning Tree. Un tagad protokola nodrošinātā aizsardzība pret cilpu veidošanu savā ziņā attur šīs vides no visa to potenciāla.
Tika izstrādāta pilnveidota protokola versija ar nosaukumu Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP), lai izmantotu virtuālos LAN un ļautu vienlaikus atvērt vairāk tīkla ceļu, vienlaikus novēršot cilpu veidošanos. Bet pat ar MSTP diezgan maz potenciālo datu ceļu paliek slēgti jebkurā tīklā, kurā tiek izmantots protokols.
Gadu gaitā ir bijuši daudzi nestandartizēti, neatkarīgi mēģinājumi uzlabot Spanning Tree joslas platuma ierobežojumus. Lai gan dažu no tām dizaineri ir apliecinājuši panākumus savos centienos, lielākā daļa no tiem nav pilnībā saderīgi ar pamatprotokolu, kas nozīmē, ka organizācijām ir vai nu jāizmanto nestandartizētās izmaiņas visās savās ierīcēs vai jāatrod veids, kā ļaut tām pastāvēt ar slēdži, kas darbojas standarta Spanning Tree. Vairumā gadījumu izmaksas, kas saistītas ar vairāku Spanning Tree garšu uzturēšanu un atbalstīšanu, nav pūļu vērtas.
Vai Spinning Tree turpināsies arī nākotnē?
Ja neskaita joslas platuma ierobežojumus, ko rada Spanning Tree tīkla ceļu aizvēršana, protokola aizstāšanai nav jāpieliek lielas domas vai pūles. Lai gan IEEE laiku pa laikam izlaiž atjauninājumus, lai mēģinātu padarīt to efektīvāku, tie vienmēr ir saderīgi ar esošajām protokola versijām.
Savā ziņā Spanning Tree ievēro likumu “Ja tas nav salūzis, nelabojiet to”. Spanning Tree darbojas neatkarīgi lielākajā daļā tīklu fonā, lai uzturētu satiksmes plūsmu, novērstu avārijas izraisošu cilpu veidošanos un maršrutētu trafiku ap problēmu vietām, lai galalietotāji nekad pat nezinātu, vai viņu tīkls saskaras ar īslaicīgiem traucējumiem ikdienas darbā. dienas operācijas. Tikmēr aizmugursistēmā administratori var pievienot saviem tīkliem jaunas ierīces, pārāk nedomājot par to, vai viņi varēs sazināties ar pārējo tīklu vai ārpasauli.
Visa šī iemesla dēļ ir iespējams, ka Spanning Tree tiks izmantots vēl daudzus gadus. Laiku pa laikam var tikt veikti daži nelieli atjauninājumi, taču galvenais Spanning Tree Protocol un visas tā veiktās kritiskās funkcijas, iespējams, ir šeit, lai paliktu.
Izlikšanas laiks: 07. novembris 2023
