Spanning Tree Protocol, koji se ponekad naziva i Spanning Tree, je Waze ili MapQuest modernih Ethernet mreža, usmjeravajući promet najučinkovitijom rutom na temelju uvjeta u stvarnom vremenu.
Na temelju algoritma koji je stvorila američka računalna znanstvenica Radia Perlman dok je radila za Digital Equipment Corporation (DEC) 1985., primarna svrha Spanning Treea je spriječiti suvišne veze i petlje komunikacijskih putova u složenim mrežnim konfiguracijama. Kao sekundarna funkcija, Spanning Tree može usmjeravati pakete oko problematičnih točaka kako bi se osiguralo da komunikacija može proći kroz mreže koje bi mogle imati smetnje.
Topologija razapinjućeg stabla nasuprot topologiji prstena
Kada su organizacije tek počele umrežavati svoja računala 1980-ih, jedna od najpopularnijih konfiguracija bila je prstenasta mreža. Na primjer, IBM je predstavio svoju vlasničku tehnologiju Token Ring 1985.
U topologiji prstenaste mreže, svaki se čvor povezuje s dva druga, jednim koji se nalazi ispred njega na prstenu i jednim koji se nalazi iza njega. Signali putuju samo oko prstena u jednom smjeru, sa svakim čvorom na putu predajući sve pakete koji se vrte oko prstena.
Dok jednostavne prstenaste mreže rade dobro kada postoji samo nekoliko računala, prstenovi postaju neučinkoviti kada se mreži dodaju stotine ili tisuće uređaja. Računalo će možda morati poslati pakete kroz stotine čvorova samo da bi podijelilo informacije s jednim drugim sustavom u susjednoj prostoriji. Širina pojasa i propusnost također postaju problem kada promet može teći samo u jednom smjeru, bez rezervnog plana ako čvor na putu postane pokvaren ili prezagušen.
U 90-ima, kako je Ethernet postajao brži (100 Mbit/s. Fast Ethernet uveden je 1995.) i cijena Ethernet mreže (mostovi, preklopnici, kablovi) postala znatno jeftinija od Token Ringa, Spanning Tree je pobijedio u ratovima topologije LAN-a, a Token Prsten je brzo nestao.
Kako funkcionira Spanning Tree
Spanning Tree je protokol za prosljeđivanje paketa podataka. To je dijelom prometni policajac, a dijelom građevinski inženjer za mrežne autoceste kojima podaci putuju. Nalazi se na sloju 2 (sloj podatkovne veze), tako da se jednostavno bavi premještanjem paketa na njihovo odgovarajuće odredište, a ne vrstom paketa koji se šalju ili podacima koje sadrže.
Spanning Tree postao je toliko sveprisutan da je njegova uporaba 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 ispravno funkcionirale.
Spanning Tree dizajniran je za uklanjanje mogućnosti da podaci koji prolaze između mrežnih segmenata zapnu u petlji. Općenito, petlje zbunjuju algoritam prosljeđivanja instaliran u mrežnim uređajima, čineći ga tako da uređaj više ne zna kamo poslati pakete. To može rezultirati dupliciranjem okvira ili prosljeđivanjem dvostrukih paketa na više odredišta. Poruke se mogu ponavljati. Komunikacija se može vratiti pošiljatelju. Može čak i srušiti mrežu ako se počne pojavljivati previše petlji, gutajući propusnost bez ikakvih značajnih dobitaka, dok blokira prolaz drugog prometa bez petlje.
Protokol razapinjućeg stablasprječava stvaranje petljizatvaranjem svih mogućih putova osim jednog za svaki podatkovni paket. Prekidači na mreži koriste Spanning Tree za definiranje korijenskih staza i mostova gdje podaci mogu putovati i funkcionalno zatvaraju duplicirane staze, čineći ih neaktivnima i neupotrebljivima dok je primarni put dostupan.
Rezultat je da mrežna komunikacija teče besprijekorno bez obzira na to koliko mreža postane složena ili golema. Spanning Tree na neki način stvara pojedinačne staze kroz mrežu za prijenos podataka pomoću softvera na isti način na koji su mrežni inženjeri radili koristeći hardver na starim mrežama s petljom.
Dodatne prednosti razapinjućeg stabla
Primarni razlog zbog kojeg se Spanning Tree koristi je uklanjanje mogućnosti petlji usmjeravanja unutar mreže. Ali postoje i druge prednosti.
Budući da Spanning Tree stalno traži i definira koji su mrežni putovi dostupni za putovanje paketima podataka, može otkriti je li čvor koji se nalazi duž jedne od tih primarnih staza onemogućen. To se može dogoditi iz različitih razloga, od kvara hardvera do nove konfiguracije mreže. To čak može biti i privremena situacija na temelju propusnosti ili drugih čimbenika.
Kada Spanning Tree otkrije da primarni put više nije aktivan, može brzo otvoriti drugi put koji je prethodno bio zatvoren. Zatim može slati podatke oko problematične točke, eventualno označavajući obilaznicu kao novu primarnu stazu ili slati pakete natrag na izvorni most ako ponovno postane dostupan.
Dok je izvorno Spanning Tree bilo relativno brzo u stvaranju novih veza po potrebi, IEEE je 2001. predstavio Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Također se spominje kao 802.1w verzija protokola, RSTP je dizajniran da omogući znatno brži oporavak kao odgovor na mrežne promjene, privremene prekide rada ili potpuni kvar komponenti.
I dok je RSTP uveo nova ponašanja konvergencije putova i uloge premošćivanja kako bi ubrzao proces, također je dizajniran da bude potpuno kompatibilan unatrag s izvornim Spanning Tree. Stoga je moguće da uređaji s obje verzije protokola rade zajedno na istoj mreži.
Nedostaci razapinjućeg stabla
Iako je Spanning Tree postao sveprisutan tijekom mnogo godina nakon njegovog predstavljanja, postoje oni koji tvrde da jedošlo je vrijeme. Najveća greška Spanning Treea je što zatvara potencijalne petlje unutar mreže zatvaranjem potencijalnih putova kojima bi podaci mogli putovati. U bilo kojoj mreži koja koristi Spanning Tree, oko 40% potencijalnih mrežnih putova zatvoreno je za podatke.
U iznimno složenim mrežnim okruženjima, kao što su ona unutar podatkovnih centara, sposobnost brzog povećanja kako bi se zadovoljila potražnja je ključna. Bez ograničenja koja nameće Spanning Tree, podatkovni centri mogu otvoriti puno veću propusnost bez potrebe za dodatnim mrežnim hardverom. Ovo je pomalo ironična situacija, jer su složena mrežna okruženja razlog zašto je Spanning Tree stvoren. A sada zaštita koju pruža protokol protiv petlji na neki način sprječava ta okruženja u njihovom punom potencijalu.
Usavršena verzija protokola pod nazivom Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) razvijena je za korištenje virtualnih LAN-ova i omogućavanje otvaranja više mrežnih putova u isto vrijeme, dok još uvijek sprječava stvaranje petlji. Ali čak i s MSTP-om, dosta potencijalnih putova podataka ostaje zatvoreno na bilo kojoj mreži koja koristi protokol.
Tijekom godina bilo je mnogo nestandardiziranih, neovisnih pokušaja da se poboljšaju ograničenja propusnosti Spanning Tree-a. Iako su dizajneri nekih od njih tvrdili da su uspjeli u svojim nastojanjima, većina nije u potpunosti kompatibilna s temeljnim protokolom, što znači da organizacije moraju ili primijeniti nestandardizirane promjene na svim svojim uređajima ili pronaći neki način da im omoguće postojanje s prekidači koji pokreću standardno Spanning Tree. U većini slučajeva, troškovi održavanja i podržavanja više vrsta Spanning Tree nisu vrijedni truda.
Hoće li se Spanning Tree nastaviti u budućnosti?
Osim ograničenja u propusnosti zbog Spanning Tree zatvaranja mrežnih putova, nema puno razmišljanja niti truda koji se ulaže u zamjenu protokola. Iako IEEE povremeno izdaje ažuriranja kako bi ga učinio učinkovitijim, oni su uvijek kompatibilni s postojećim verzijama protokola.
U određenom smislu, Spanning Tree slijedi pravilo "Ako nije pokvareno, nemoj ga popravljati." Spanning Tree radi neovisno u pozadini većine mreža kako bi održao protok prometa, spriječio stvaranje petlji koje izazivaju pad sustava i usmjerio promet oko problematičnih točaka tako da krajnji korisnici nikada ne znaju je li njihova mreža doživjela privremene smetnje u sklopu svakodnevnog rada. dnevne operacije. U međuvremenu, na pozadini, administratori mogu dodavati nove uređaje svojim mrežama bez previše razmišljanja o tome hoće li moći komunicirati s ostatkom mreže ili vanjskim svijetom.
Zbog svega toga, vjerojatno će Spanning Tree ostati u upotrebi još mnogo godina. S vremena na vrijeme mogu postojati neka manja ažuriranja, ali jezgra Spanning Tree Protocol i sve kritične značajke koje izvodi vjerojatno će ostati.
Vrijeme objave: 7. studenog 2023
