Spanning Tree Protocol, noen ganger bare referert til som Spanning Tree, er Waze eller MapQuest av moderne Ethernet-nettverk, og dirigerer trafikk langs den mest effektive ruten basert på sanntidsforhold.
Basert på en algoritme laget av den amerikanske informatikeren Radia Perlman mens hun jobbet for Digital Equipment Corporation (DEC) i 1985, er hovedformålet med Spanning Tree å forhindre overflødige koblinger og løkking av kommunikasjonsveier i komplekse nettverkskonfigurasjoner. Som en sekundær funksjon kan Spanning Tree rute pakker rundt problemområder for å sikre at kommunikasjon kan gå gjennom nettverk som kan oppleve forstyrrelser.
Spanning Tree-topologi vs. Ringtopologi
Da organisasjoner nettopp begynte å koble datamaskinene sine i nettverk på 1980-tallet, var en av de mest populære konfigurasjonene ringnettverket. For eksempel introduserte IBM sin proprietære Token Ring-teknologi i 1985.
I en ringnettverkstopologi kobles hver node med to andre, en som sitter foran den på ringen og en som er plassert bak den. Signaler beveger seg bare rundt ringen i en enkelt retning, og hver node underveis avgir alle pakker som går rundt ringen.
Mens enkle ringenettverk fungerer fint når det bare er en håndfull datamaskiner, blir ringer ineffektive når hundrevis eller tusenvis av enheter legges til et nettverk. En datamaskin må kanskje sende pakker gjennom hundrevis av noder bare for å dele informasjon med ett annet system i et tilstøtende rom. Båndbredde og gjennomstrømning blir også et problem når trafikken bare kan flyte i én retning, uten backupplan hvis en node underveis blir ødelagt eller overbelastet.
På 90-tallet, ettersom Ethernet ble raskere (100Mbit/sek. Fast Ethernet ble introdusert i 1995) og kostnadene for et Ethernet-nettverk (broer, svitsjer, kabling) ble betydelig billigere enn Token Ring, vant Spanning Tree LAN-topologikrigene og Token Ringen bleknet raskt bort.
Hvordan Spanning Tree fungerer
Spanning Tree er en videresendingsprotokoll for datapakker. Det er en del trafikkpoliti og en del sivilingeniør for nettverksmotorveiene som data går gjennom. Den sitter på lag 2 (datalinklag), så den er ganske enkelt opptatt av å flytte pakker til deres riktige destinasjon, ikke hva slags pakker som sendes, eller dataene de inneholder.
Spanning Tree har blitt så allestedsnærværende at bruken er definert iIEEE 802.1D nettverksstandard. Som definert i standarden, kan bare én aktiv bane eksistere mellom to endepunkter eller stasjoner for at de skal fungere skikkelig.
Spanning Tree er designet for å eliminere muligheten for at data som sendes mellom nettverkssegmenter vil sette seg fast i en sløyfe. Generelt forvirrer looper videresendingsalgoritmen installert i nettverksenheter, noe som gjør det slik at enheten ikke lenger vet hvor den skal sende pakker. Dette kan resultere i duplisering av rammer eller videresending av dupliserte pakker til flere destinasjoner. Meldinger kan gjentas. Kommunikasjon kan sprette tilbake til en avsender. Det kan til og med krasje et nettverk hvis det begynner å oppstå for mange sløyfer, og spiser opp båndbredde uten noen nevneverdig gevinst samtidig som den blokkerer annen ikke-sløyfetrafikk fra å komme gjennom.
Spanning Tree-protokollenstopper løkker fra å dannesved å stenge alle unntatt én mulig vei for hver datapakke. Brytere på et nettverk bruker Spanning Tree til å definere rotbaner og broer der data kan reise, og funksjonelt stenger dupliserte baner, noe som gjør dem inaktive og ubrukelige mens en primær bane er tilgjengelig.
Resultatet er at nettverkskommunikasjon flyter sømløst uavhengig av hvor komplekst eller omfattende et nettverk blir. På en måte skaper Spanning Tree enkeltveier gjennom et nettverk for data å reise ved å bruke programvare på omtrent samme måte som nettverksingeniører gjorde ved å bruke maskinvare på de gamle sløyfenettverkene.
Ytterligere fordeler med Spanning Tree
Den primære grunnen til at Spanning Tree brukes er å eliminere muligheten for ruting av løkker i et nettverk. Men det er andre fordeler også.
Fordi Spanning Tree hele tiden leter etter og definerer hvilke nettverksbaner som er tilgjengelige for datapakker å reise gjennom, kan den oppdage om en node som sitter langs en av de primære banene har blitt deaktivert. Dette kan skje av en rekke årsaker, alt fra en maskinvarefeil til en ny nettverkskonfigurasjon. Det kan til og med være en midlertidig situasjon basert på båndbredde eller andre faktorer.
Når Spanning Tree oppdager at en primær bane ikke lenger er aktiv, kan den raskt åpne en annen bane som tidligere har vært stengt. Den kan deretter sende data rundt problemstedet, til slutt utpeke omveien som den nye primære banen, eller sende pakker tilbake til den opprinnelige broen hvis den igjen skulle bli tilgjengelig.
Mens det originale Spanning Tree var relativt raskt med å lage de nye forbindelsene etter behov, introduserte IEEE i 2001 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Også referert til som 802.1w-versjonen av protokollen, ble RSTP designet for å gi betydelig raskere gjenoppretting som svar på nettverksendringer, midlertidige strømbrudd eller direkte feil på komponenter.
Og mens RSTP introduserte ny banekonvergensatferd og broportroller for å akselerere prosessen, ble den også designet for å være fullstendig bakoverkompatibel med det originale Spanning Tree. Så det er mulig for enheter med begge versjoner av protokollen å operere sammen på samme nettverk.
Mangler ved Spanning Tree
Mens Spanning Tree har blitt allestedsnærværende i løpet av de mange årene etter introduksjonen, er det de som hevder at det ertiden er kommet. Den største feilen til Spanning Tree er at den stenger potensielle sløyfer i et nettverk ved å stenge ned potensielle veier der data kan reise. I et gitt nettverk som bruker Spanning Tree, er omtrent 40 % av de potensielle nettverksbanene stengt for data.
I ekstremt komplekse nettverksmiljøer, slik som de som finnes i datasentre, er evnen til å oppskalere raskt for å møte etterspørselen avgjørende. Uten begrensningene pålagt av Spanning Tree, kan datasentre åpne opp mye mer båndbredde uten behov for ekstra nettverksmaskinvare. Dette er en slags ironisk situasjon, fordi komplekse nettverksmiljøer er grunnen til at Spanning Tree ble opprettet. Og nå holder beskyttelsen gitt av protokollen mot looping på en måte disse miljøene tilbake fra deres fulle potensial.
En raffinert versjon av protokollen kalt Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) ble utviklet for å bruke virtuelle LAN og gjøre det mulig for flere nettverksbaner å være åpne samtidig, samtidig som de forhindrer at løkker dannes. Men selv med MSTP forblir ganske mange potensielle databaner stengt på et gitt nettverk som bruker protokollen.
Det har vært mange ikke-standardiserte, uavhengige forsøk på å forbedre båndbreddebegrensningene til Spanning Tree gjennom årene. Selv om designerne av noen av dem har hevdet suksess i arbeidet, er de fleste ikke helt kompatible med kjerneprotokollen, noe som betyr at organisasjoner enten må bruke de ikke-standardiserte endringene på alle enhetene sine eller finne en måte å tillate dem å eksistere med brytere som kjører standard Spanning Tree. I de fleste tilfeller er kostnadene ved å vedlikeholde og støtte flere smaker av Spanning Tree ikke verdt innsatsen.
Vil Spanning Tree fortsette i fremtiden?
Bortsett fra begrensningene i båndbredde på grunn av at Spanning Tree lukker nettverksveier, er det ikke mye tanke eller innsats som legges ned på å erstatte protokollen. Selv om IEEE av og til gir ut oppdateringer for å prøve å gjøre det mer effektivt, er de alltid bakoverkompatible med eksisterende versjoner av protokollen.
På en måte følger Spanning Tree regelen "Hvis det ikke er ødelagt, ikke fiks det." Spanning Tree kjører uavhengig i bakgrunnen av de fleste nettverk for å holde trafikken flytende, forhindre at krasjfremkallende sløyfer dannes, og dirigere trafikk rundt problemsteder slik at sluttbrukere aldri engang vet om nettverket deres opplever midlertidige forstyrrelser som en del av det daglige. dagdrift. I mellomtiden, på backend, kan administratorer legge til nye enheter i nettverkene sine uten å tenke for mye på om de vil være i stand til å kommunisere med resten av nettverket eller omverdenen.
På grunn av alt dette er det sannsynlig at Spanning Tree vil forbli i bruk i mange år fremover. Det kan være noen mindre oppdateringer fra tid til annen, men kjernen Spanning Tree Protocol og alle de kritiske funksjonene den utfører er sannsynligvis kommet for å bli.
Innleggstid: Nov-07-2023
