Protokol Spanning Tree, koji se ponekad naziva samo Spanning Tree, je Waze ili MapQuest modernih Ethernet mreža, usmjerava promet duž najefikasnije rute zasnovane na uvjetima u realnom vremenu.
Zasnovan na algoritmu koji je kreirala američka informatičarka Radia Perlman dok je radila za Digital Equipment Corporation (DEC) 1985. godine, primarna svrha Spanning Tree je da spriječi redundantne veze i petlju komunikacijskih puteva u složenim mrežnim konfiguracijama. Kao sekundarna funkcija, Spanning Tree može usmjeravati pakete oko problematičnih tačaka kako bi osigurao da komunikacija može prolaziti kroz mreže koje bi mogle imati smetnje.
Topologija Spanning Tree vs. Topologija prstena
Kada su organizacije tek počinjale da umrežavaju svoje računare 1980-ih, jedna od najpopularnijih konfiguracija bila je prstenasta mreža. Na primjer, IBM je 1985. godine predstavio svoju vlasničku tehnologiju Token Ring.
U topologiji prstenaste mreže, svaki čvor se povezuje sa dva druga, jednim koji se nalazi ispred njega na prstenu i jednim koji je pozicioniran iza njega. Signali putuju oko prstena samo u jednom smjeru, pri čemu svaki čvor na putu predaje bilo koji ili sve pakete koji se vrte oko prstena.
Dok jednostavne prstenaste mreže rade dobro kada postoji samo nekoliko računara, prstenovi postaju neefikasni kada se u mrežu dodaju stotine ili hiljade uređaja. Računar će možda morati da šalje pakete kroz stotine čvorova samo da bi podijelio informacije sa jednim drugim sistemom u susjednoj prostoriji. Propusni opseg i propusnost također postaju problem kada promet može teći samo u jednom smjeru, bez rezervnog plana ako čvor na putu postane pokvaren ili previše zagušen.
U 90-ima, kako je Ethernet postao brži (100Mbit/sec. Brzi Ethernet je uveden 1995.) i cijena Ethernet mreže (mostovi, prekidači, kablovi) postala znatno jeftinija od Token Ringa, Spanning Tree je pobijedilo u LAN topološkim ratovima i Token Prsten je brzo nestao.
Kako radi Spanning Tree
Spanning Tree je protokol za prosljeđivanje paketa podataka. To je jednim dijelom saobraćajni policajac, a jednim dijelom građevinski inženjer za mrežu autoputeva kroz koje se prenose podaci. Nalazi se na sloju 2 (sloj veze podataka), tako da se jednostavno bavi premeštanjem paketa na njihovo odgovarajuće odredište, a ne vrstama paketa koji se šalju ili podacima koje oni sadrže.
Spanning Tree je postalo toliko sveprisutno da je njegova upotreba definirana uIEEE 802.1D mrežni standard. Kao što je definirano u standardu, samo jedna aktivna staza može postojati između bilo koje dvije krajnje točke ili stanice kako bi one ispravno funkcionirale.
Spanning Tree je dizajnirano da eliminiše mogućnost da se podaci koji prolaze između segmenata mreže zaglave u petlji. Općenito, petlje zbunjuju algoritam prosljeđivanja instaliran u mrežnim uređajima, čineći ga tako da uređaj više ne zna gdje da šalje pakete. To može rezultirati umnožavanjem okvira ili prosljeđivanjem duplikata paketa na više odredišta. Poruke se mogu ponavljati. Komunikacija se može vratiti do pošiljaoca. Može čak i srušiti mrežu ako počne da se javlja previše petlji, gutajući propusni opseg bez ikakvih značajnih dobitaka, dok blokira drugi promet bez petlje da prođe.
Protokol razapinjućeg stablazaustavlja formiranje petljizatvaranjem svih mogućih puta osim jednog za svaki paket podataka. Prekidači na mreži koriste Spanning Tree da definiraju korijenske staze i mostove gdje podaci mogu putovati i funkcionalno zatvoriti duple putanje, čineći ih neaktivnim i neupotrebljivim dok je primarna staza dostupna.
Rezultat je da mrežne komunikacije teku neprimjetno bez obzira na to koliko mreža postaje složena ili ogromna. Na neki način, Spanning Tree kreira pojedinačne puteve kroz mrežu za prijenos podataka koristeći softver na isti način na koji su mrežni inženjeri radili koristeći hardver na starim mrežama petlje.
Dodatne prednosti Spanning Tree
Primarni razlog zbog kojeg se koristi Spanning Tree je eliminacija mogućnosti usmjeravanja petlji unutar mreže. Ali postoje i druge prednosti.
Budući da Spanning Tree stalno traži i definira koje su mrežne staze dostupne za pakete podataka da putuju kroz njih, može otkriti da li je čvor koji se nalazi duž jedne od tih primarnih staza onemogućen. To se može dogoditi iz raznih razloga, od kvara hardvera do nove mrežne konfiguracije. To čak može biti i privremena situacija zasnovana na propusnosti ili drugim faktorima.
Kada Spanning Tree otkrije da primarna staza više nije aktivna, može brzo otvoriti drugu stazu koja je prethodno bila zatvorena. Zatim može slati podatke oko problematične tačke, na kraju određujući obilaznicu kao novu primarnu putanju, ili slati pakete natrag na originalni most ako ponovo postane dostupan.
Dok je originalno Spanning Tree bilo relativno brzo u uspostavljanju tih novih veza prema potrebi, IEEE je 2001. uveo Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Takođe se naziva 802.1w verzija protokola, RSTP je dizajniran da obezbijedi znatno brži oporavak kao odgovor na promjene mreže, privremene prekide rada ili potpuni kvar komponenti.
I dok je RSTP uveo nova ponašanja konvergencije puteva i uloge portova za premošćivanje kako bi ubrzao proces, također je dizajniran da bude u potpunosti kompatibilan unazad s originalnim Spanning Tree. Dakle, moguće je da uređaji s obje verzije protokola rade zajedno na istoj mreži.
Nedostaci Spanning Tree
Dok je Spanning Tree postalo sveprisutno tokom mnogo godina nakon njegovog uvođenja, postoje oni koji tvrde da je todošlo je vrijeme. Najveća greška Spanning Tree je to što zatvara potencijalne petlje unutar mreže zatvaranjem potencijalnih puteva kojima bi podaci mogli putovati. U bilo kojoj mreži koja koristi Spanning Tree, oko 40% potencijalnih mrežnih puteva je zatvoreno za podatke.
U izuzetno složenim mrežnim okruženjima, kao što su ona koja se nalaze u centrima podataka, sposobnost brzog povećanja radi zadovoljenja potražnje je kritična. Bez ograničenja koja nameće Spanning Tree, centri podataka bi mogli otvoriti mnogo više propusnog opsega bez potrebe za dodatnim mrežnim hardverom. Ovo je pomalo ironična situacija, jer su kompleksna mrežna okruženja razlog zašto je Spanning Tree stvoreno. A sada zaštita koju pruža protokol od petlje na neki način sprečava ta okruženja od njihovog punog potencijala.
Rafinirana verzija protokola pod nazivom Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) je razvijena da koristi virtuelne LAN mreže i omogući da više mrežnih puteva bude otvoreno u isto vreme, dok se i dalje sprečava stvaranje petlji. Ali čak i sa MSTP-om, dosta potencijalnih puteva podataka ostaje zatvoreno na bilo kojoj mreži koja koristi taj protokol.
Bilo je mnogo nestandardizovanih, nezavisnih pokušaja da se poboljšaju ograničenja propusnog opsega Spanning Tree-a tokom godina. Iako su dizajneri nekih od njih tvrdili da su uspješni u svojim naporima, većina nije u potpunosti kompatibilna s osnovnim protokolom, što znači da organizacije moraju ili primijeniti nestandardizirane promjene na svim svojim uređajima ili pronaći neki način da im omoguće postojanje sa prekidači koji rade na standardnom Spanning Tree. U većini slučajeva, troškovi održavanja i podrške višestrukih okusa Spanning Tree nisu vrijedni truda.
Hoće li se Spanning Tree nastaviti u budućnosti?
Osim ograničenja u propusnosti zbog Spanning Tree zatvaranja mrežnih staza, ne ulaže se puno razmišljanja ili truda u zamjenu protokola. Iako IEEE povremeno objavljuje ažuriranja kako bi pokušala da bude učinkovitija, ona su uvijek kompatibilna sa postojećim verzijama protokola.
U određenom smislu, Spanning Tree slijedi pravilo „Ako nije pokvareno, ne popravljajte ga“. Spanning Tree radi nezavisno u pozadini većine mreža kako bi održao promet, spriječio stvaranje petlji koje izazivaju pad i usmjerio promet oko problematičnih tačaka tako da krajnji korisnici nikada ne znaju da li njihova mreža doživljava privremene smetnje kao dio svakodnevnog rada. dnevne operacije. U međuvremenu, na backendu, administratori mogu dodati nove uređaje u svoje mreže bez previše razmišljanja o tome hoće li moći komunicirati s ostatkom mreže ili vanjskim svijetom.
Zbog svega toga, vjerovatno je da će Spanning Tree ostati u upotrebi još mnogo godina. Možda će s vremena na vrijeme doći do nekih manjih ažuriranja, ali osnovni protokol Spanning Tree Protocol i sve kritične karakteristike koje on izvodi vjerovatno će ostati ovdje.
Vrijeme objave: Nov-07-2023
