Spanning Tree-protokollen, noen ganger bare referert til som Spanning Tree, er Waze eller MapQuest of Modern Ethernet-nettverk, og styrer trafikken langs den mest effektive ruten basert på sanntidsforhold.
Basert på en algoritme opprettet av den amerikanske dataforskeren Radia Perlman mens hun jobbet for Digital Equipment Corporation (DEC) i 1985, er det primære formålet med å spanne treet å forhindre overflødige koblinger og looping av kommunikasjonsveier i komplekse nettverkskonfigurasjoner. Som en sekundær funksjon kan spenne tre som kan rute pakker rundt problemer for å sikre at kommunikasjonen er i stand til å vind gjennom nettverk som kan oppleve forstyrrelser.
Spanning Tree Topology vs. Ring Topology
Da organisasjoner nettopp begynte å nettverk datamaskinene sine på 1980 -tallet, var en av de mest populære konfigurasjonene Ring Network. For eksempel introduserte IBM sin proprietære token -ringeteknologi 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 reiser bare rundt ringen i en enkelt retning, med hver node underveis overleverer alle pakker som sløyer seg rundt ringen.
Mens enkle ringnettverk fungerer bra når det bare er en håndfull datamaskiner, blir ringer ineffektive når hundrevis eller tusenvis av enheter legges til et nettverk. En datamaskin kan trenge å 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 en retning, uten sikkerhetskopieringsplan hvis en node underveis blir ødelagt eller altfor overbelastet.
På 90 -tallet, etter hvert som Ethernet ble raskere (100mbit/sek. Fast Ethernet ble introdusert i 1995) og kostnadene for et Ethernet -nettverk (broer, brytere, kabling) ble betydelig billigere enn token ring, spenner Tree Tree LAN Topology Wars og token Ringen bleknet raskt.
Hvordan spanning tre fungerer
Spanning Tree er en videresendingsprotokoll for datapakker. Det er en del trafikk politimann og en del sivilingeniør for nettverksveiene som data reiser gjennom. Den sitter i lag 2 (datalinklag), så det er ganske enkelt opptatt av å flytte pakker til deres passende destinasjon, ikke hva slags pakker som blir sendt, eller dataene de inneholder.
Spanningstre har blitt så allestedsnærværende at bruken er definert iIEEE 802.1D nettverksstandard. Som definert i standarden, kan bare en aktiv bane eksistere mellom to endepunkter eller stasjoner for at de skal fungere ordentlig.
Spanning Tree er designet for å eliminere muligheten for at data som går mellom nettverkssegmenter vil sitte fast i en sløyfe. Generelt forveksler løkker videresendingsalgoritmen som er installert i nettverksenheter, noe som gjør det slik at enheten ikke lenger vet hvor de skal sende pakker. Dette kan resultere i duplisering av rammer eller videresending av dupliserte pakker til flere destinasjoner. Meldinger kan bli gjentatt. Kommunikasjon kan sprette tilbake til en avsender. Det kan til og med krasje et nettverk hvis for mange løkker begynner å oppstå, og spiser båndbredde uten nevneverdige gevinster mens du blokkerer annen ikke-sløyfet trafikk fra å komme seg gjennom.
Den spanning treprotokollenstopper løkker fra å danne segVed å avslutte alle unntatt en mulig vei for hver datapakke. Slår på et nettverksbruk som spenner over tre for å definere rotstier og broer der data kan reise, og funksjonelt lukke dupliserte stier, noe som gjør dem inaktive og ubrukelige mens en primær bane er tilgjengelig.
Resultatet er at nettverkskommunikasjonsflyter sømløst uavhengig av hvor komplekst eller stort et nettverk blir. På en måte oppretter Spanning Tree enkeltstier gjennom et nettverk for data å reise ved hjelp av programvare på omtrent samme måte som nettverksingeniører gjorde ved hjelp av maskinvare på de gamle loop -nettverkene.
Ytterligere fordeler med å spenne tre
Den primære grunnen til at spanningstreet brukes er å eliminere muligheten for å dirigere løkker i et nettverk. Men det er andre fordeler også.
Fordi Spanning Tree stadig leter etter og definerer hvilke nettverksstier som er tilgjengelige for datapakker å reise gjennom, kan det oppdage om en node som sitter langs en av disse primære stiene har blitt deaktivert. Dette kan skje av forskjellige årsaker som spenner fra en maskinvarefeil til en ny nettverkskonfigurasjon. Det kan til og med være en midlertidig situasjon basert på båndbredde eller andre faktorer.
Når det spenner over treet oppdager at en primær bane ikke lenger er aktiv, kan den raskt åpne en annen bane som tidligere hadde blitt lukket. Den kan deretter sende data rundt problemstedet, til slutt utpeke omkjøringen som den nye primære banen, eller sende pakker tilbake til den opprinnelige broen hvis den igjen skulle bli tilgjengelig.
Mens det originale spanningstreet var relativt raskt med å lage de nye tilkoblingene etter behov, introduserte IEEE i 2001 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). RSTP ble også referert til som 802.1W -versjonen av protokollen, og ble designet for å gi betydelig raskere utvinning som svar på nettverksendringer, midlertidige strømbrudd eller direkte feil i komponentene.
Og mens RSTP introduserte ny banekonvergensatferd og broportroller for å fremskynde prosessen, ble den også designet for å være helt bakover kompatibel med det originale spanningstreet. Så det er mulig for enheter med begge versjonene av protokollen å operere sammen i det samme nettverket.
Mangler av spanning tre
Mens det spennertiden er kommet. Den største feilen med å spenne tre er at det lukker potensielle løkker i et nettverk ved å stenge potensielle veier der data kan reise. I et gitt nettverk som bruker spanningstreet, er omtrent 40% av de potensielle nettverksstiene stengt for data.
I ekstremt komplekse nettverksmiljøer, som de som finnes i datasentre, er muligheten til å skalere opp raskt for å møte etterspørselen kritisk. Uten begrensningene som ble pålagt av Spanning Tree, kunne datasentre åpne for mye mer båndbredde uten behov for ekstra nettverksmaskinvare. Dette er en slags ironisk situasjon, fordi komplekse nettverksmiljøer er grunnen til at spanningstreet ble opprettet. Og nå er beskyttelsen gitt av protokollen mot looping på en måte å holde disse miljøene tilbake fra sitt fulle potensiale.
En raffinert versjon av protokollen kalt Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) ble utviklet for å bruke virtuelle LAN-er og gjøre det mulig for flere nettverksstier å være åpne samtidig, samtidig som de forhindrer løkker fra å danne seg. Men selv med MSTP, forblir ganske mange potensielle datastier stengt på et gitt nettverk som bruker protokollen.
Det har vært mange ikke-standardiserte, uavhengige forsøk på å forbedre båndbreddebegrensningene for spanning tre gjennom årene. Mens designerne av noen av dem har hevdet suksess i innsatsen, er de fleste ikke helt kompatible med kjerneprotokollen, noe som betyr at organisasjoner må enten bruke de ikke-standardiserte endringene på alle enhetene sine eller finne en måte å la dem eksistere med Bryter som kjører standard som spenner over tre. I de fleste tilfeller er ikke kostnadene ved å opprettholde og støtte flere smaker av spanningstre verdt innsatsen.
Vil spanning tre fortsette i fremtiden?
Bortsett fra begrensningene i båndbredde på grunn av at det stenger trestenging av nettverksstier, er det ikke mye tanke eller innsats som blir lagt ut for å erstatte protokollen. Selv om IEEE av og til slipper oppdateringer for å prøve å gjøre det mer effektivt, er de alltid bakover kompatible med eksisterende versjoner av protokollen.
På en måte følger Spanning Tree regelen om "Hvis det ikke er knust, ikke fikse det." Spannings tre kjører uavhengig i bakgrunnen for de fleste nettverk for å holde trafikken flyte, forhindre at krasjinduserende løkker dannes og dirigerer trafikk rundt problemer, slik at sluttbrukere aldri en gang vet om nettverket deres opplever midlertidig forstyrrelser som en del av dag-til-til- Dagsoperasjoner. I mellomtiden, på backend, kan administratorer legge til nye enheter i nettverkene sine uten for mye tanke om hvorvidt de vil kunne kommunisere med resten av nettverket eller omverdenen.
På grunn av alt dette er det sannsynlig at spanning tre vil forbli i bruk i mange år fremover. Det kan være noen mindre oppdateringer fra tid til annen, men kjernen som spenner over treprotokollen og alle de kritiske funksjonene den utfører er sannsynligvis her for å bli.
Post Time: Nov-07-2023
