A Spanning Tree Protocol, amelyet néha csak Spanning Tree-nek is neveznek, a modern Ethernet hálózatok Waze vagy MapQuestje, amely a forgalmat a leghatékonyabb útvonalon irányítja a valós idejű körülmények alapján.
Az amerikai informatikus, Radia Perlman által 1985-ben a Digital Equipment Corporation (DEC) munkatársaként megalkotott algoritmus alapján a Spanning Tree elsődleges célja, hogy megakadályozza a redundáns kapcsolatokat és a kommunikációs útvonalak hurkolását összetett hálózati konfigurációkban. Másodlagos funkcióként a Spanning Tree a csomagokat a hibahelyek körül tudja irányítani, hogy biztosítsa, hogy a kommunikáció képes legyen áthaladni azokon a hálózatokon, amelyekben fennakadások tapasztalhatók.
Feszítőfa topológia vs gyűrű topológia
Amikor a szervezetek az 1980-as években még csak elkezdték hálózatba kötni számítógépeiket, az egyik legnépszerűbb konfiguráció a gyűrűs hálózat volt. Például az IBM 1985-ben vezette be saját fejlesztésű Token Ring technológiáját.
A gyűrűs hálózati topológiában minden csomópont két másik csomóponthoz kapcsolódik, az egyik a gyűrűn előtte, a másik pedig mögötte helyezkedik el. A jelek csak egyetlen irányban haladnak a gyűrű körül, és minden csomópont az út mentén átadja a gyűrű körül hurkolt csomagokat.
Míg az egyszerű csengőhálózatok jól működnek, ha csak néhány számítógép van, a csengetések hatástalanná válnak, ha több száz vagy több ezer eszközt adnak a hálózathoz. Előfordulhat, hogy a számítógépnek több száz csomóponton keresztül kell csomagokat küldenie ahhoz, hogy információkat osszon meg egy másik rendszerrel a szomszédos helyiségben. A sávszélesség és az áteresztőképesség akkor is problémát jelent, ha a forgalom csak egy irányba tud haladni, és nincs tartalék terv, ha egy csomópont meghibásodik vagy túlságosan zsúfolt lesz.
A 90-es években, ahogy az Ethernet gyorsabb lett (1995-ben vezették be a 100 Mbit/sec Fast Ethernetet), és az Ethernet hálózat költségei (hidak, kapcsolók, kábelezés) jelentősen olcsóbbak lettek, mint a Token Ring, a Spanning Tree megnyerte a LAN topológia háborúját és a Token A gyűrű gyorsan elhalkult.
Hogyan működik a feszítőfa
A Spanning Tree egy adatcsomagok továbbítási protokollja. Ez egyrészt közlekedési rendőr, másrészt építőmérnök a hálózati autópályákhoz, amelyeken az adatok áthaladnak. A 2. rétegben (adatkapcsolati réteg) helyezkedik el, tehát egyszerűen a csomagok megfelelő célhelyre történő mozgatásával foglalkozik, nem pedig arról, hogy milyen csomagokat küldenek, vagy hogy milyen adatokat tartalmaznak.
A Spanning Tree annyira elterjedt, hogy a használatát aIEEE 802.1D hálózati szabvány. A szabványban meghatározottak szerint bármely két végpont vagy állomás között csak egy aktív útvonal létezhet, hogy megfelelően működjenek.
A Spanning Tree célja, hogy kiküszöbölje annak lehetőségét, hogy a hálózati szegmensek között áthaladó adatok hurokban ragadjanak. Általában a hurkok összekeverik a hálózati eszközökre telepített továbbítási algoritmust, így az eszköz már nem tudja, hova küldje a csomagokat. Ez a keretek megkettőzését vagy a duplikált csomagok több célállomásra történő továbbítását eredményezheti. Az üzenetek megismétlődhetnek. A kommunikáció visszakerülhet a feladóhoz. Még a hálózat összeomlását is okozhatja, ha túl sok hurok kezdődik, felemészti a sávszélességet anélkül, hogy észrevehető növekedést érne el, miközben megakadályozza a nem hurkolt forgalom átjutását.
Az átívelő fa protokollmegakadályozza a hurkok kialakulásátegy kivételével minden lehetséges útvonalat minden adatcsomaghoz lezárva. A hálózat bekapcsolása a Spanning Tree segítségével határozza meg a gyökérútvonalakat és a hidakat, ahol az adatok továbbhaladhatnak, és funkcionálisan lezárják a duplikált útvonalakat, inaktívvá és használhatatlanná téve azokat, amíg elérhető az elsődleges útvonal.
Az eredmény az, hogy a hálózati kommunikáció zökkenőmentesen folyik, függetlenül attól, hogy a hálózat mennyire bonyolult vagy hatalmas. Bizonyos értelemben a Spanning Tree egyetlen útvonalat hoz létre a hálózaton keresztül, hogy az adatok szoftverrel továbbhaladjanak, ugyanúgy, ahogy a hálózati mérnökök a régi hurokhálózatok hardverével tették.
A Spanning Tree további előnyei
A Spanning Tree használatának elsődleges oka az, hogy kiküszöbölje a hurkok hálózaton belüli útválasztásának lehetőségét. De vannak más előnyei is.
Mivel a Spanning Tree folyamatosan keresi és meghatározza, hogy az adatcsomagok mely hálózati utak állnak rendelkezésre az áthaladáshoz, képes észlelni, ha az elsődleges útvonalak valamelyikén ülő csomópont le van tiltva. Ennek számos oka lehet, a hardverhibától az új hálózati konfigurációig. Ez akár átmeneti helyzet is lehet a sávszélesség vagy egyéb tényezők alapján.
Amikor a Spanning Tree azt észleli, hogy egy elsődleges elérési út már nem aktív, gyorsan megnyithat egy másik, korábban lezárt útvonalat. Ezután adatokat küldhet a hibahely körül, végül új elsődleges útvonalként kijelölve a kerülőutat, vagy visszaküldheti a csomagokat az eredeti hídra, ha az ismét elérhetővé válik.
Míg az eredeti Spanning Tree viszonylag gyorsan létrehozta ezeket az új kapcsolatokat, 2001-ben az IEEE bevezette a Rapid Spanning Tree Protocol-t (RSTP). A protokoll 802.1w-es verziójaként is emlegetett RSTP-t úgy tervezték, hogy lényegesen gyorsabb helyreállítást biztosítson a hálózati változásokra, átmeneti kimaradásokra vagy az összetevők teljes meghibásodására reagálva.
És bár az RSTP új útvonalkonvergencia-viselkedéseket és hídport szerepköröket vezetett be a folyamat felgyorsítása érdekében, úgy tervezték, hogy teljesen visszafelé kompatibilis legyen az eredeti Spanning Tree-vel. Így lehetséges, hogy a protokoll mindkét verziójával rendelkező eszközök együtt működjenek ugyanazon a hálózaton.
A feszítőfa hiányosságai
Míg a Spanning Tree a bevezetését követő sok év során mindenütt elterjedt, vannak, akik azzal érvelnek, hogyeljött az idő. A Spanning Tree legnagyobb hibája az, hogy lezárja a potenciális hurkokat a hálózaton belül azáltal, hogy leállítja a potenciális útvonalakat, ahol az adatok továbbhaladhatnak. A Spanning Tree-t használó hálózatokban a potenciális hálózati útvonalak körülbelül 40%-a le van zárva az adatok elől.
Rendkívül összetett hálózati környezetekben, például az adatközpontokban találhatóknál, kritikus fontosságú a gyors bővítés képessége az igények kielégítésére. A Spanning Tree által támasztott korlátozások nélkül az adatközpontok sokkal nagyobb sávszélességet nyithatnak meg anélkül, hogy további hálózati hardverre lenne szükség. Ez egyfajta ironikus helyzet, mert az összetett hálózati környezetek miatt jött létre a Spanning Tree. És most a protokoll által nyújtott védelem a hurkolással szemben bizonyos értelemben visszatartja ezeket a környezeteket a teljes potenciáljukból.
A többpéldányos feszítőfa (MSTP) protokoll finomított változatát virtuális LAN-ok alkalmazására fejlesztették ki, és több hálózati útvonal egyidejű megnyitását teszi lehetővé, miközben megakadályozza a hurkok kialakulását. De még MSTP esetén is jó néhány potenciális adatút zárva marad bármely, a protokollt alkalmazó hálózaton.
Az évek során számos nem szabványosított, független kísérlet történt a Spanning Tree sávszélesség-korlátozásainak javítására. Míg némelyikük tervezői sikeresnek bizonyultak erőfeszítéseikben, a legtöbb nem teljesen kompatibilis az alapprotokollal, ami azt jelenti, hogy a szervezeteknek vagy alkalmazniuk kell a nem szabványosított változtatásokat minden eszközükön, vagy valamilyen módot kell találniuk arra, hogy lehetővé tegyék azok létezését szabványos Spanning Tree-t futtató kapcsolók. A legtöbb esetben a Spanning Tree többféle ízének fenntartása és támogatása nem éri meg a fáradságot.
Folytatódik a Spanning Tree a jövőben?
Eltekintve a sávszélesség korlátaitól, amelyek a Spanning Tree hálózati útvonalak lezárása miatti korlátok miatt merülnek fel, nem kell túl sok gondolkodást vagy erőfeszítést tenni a protokoll cseréjére. Bár az IEEE időnként frissítéseket ad ki a hatékonyabbá tétel érdekében, ezek mindig visszafelé kompatibilisek a protokoll meglévő verzióival.
Bizonyos értelemben a Spanning Tree a „Ha nem tört el, ne javítsd meg” szabályt követi. A Spanning Tree a legtöbb hálózat hátterében függetlenül fut, hogy a forgalom folyamatos legyen, megakadályozza az összeomlást kiváltó hurkok kialakulását, és a forgalmat a probléma helyére irányítja, hogy a végfelhasználók soha ne tudhassák, hogy a hálózatukban előfordulnak-e átmeneti zavarok a mindennapi működés során. napi műveletek. Eközben a háttérrendszerben a rendszergazdák új eszközöket adhatnak hálózataikhoz anélkül, hogy túl sokat gondolkodnának azon, hogy képesek lesznek-e kommunikálni a hálózat többi részével vagy a külvilággal.
Mindezek miatt valószínű, hogy a Spanning Tree még sok évig használatban marad. Időnként előfordulhatnak kisebb frissítések, de az alapvető Spanning Tree Protocol és az általa végrehajtott összes kritikus funkció valószínűleg itt marad.
Feladás időpontja: 2023.11.07
