Spaning Tree-protokollet, ibland just kallat spännträd, är Waze eller MapQuest i moderna Ethernet-nätverk, som leder trafik längs den mest effektiva vägen baserad på realtidsförhållanden.
Baserat på en algoritm skapad av den amerikanska datavetenskaparen Radia Perlman medan hon arbetade för Digital Equipment Corporation (DEC) 1985 är det primära syftet med spännträdet att förhindra redundanta länkar och slingan av kommunikationsvägar i komplexa nätverkskonfigurationer. Som en sekundär funktion kan spännträd dirigera paket runt problemplatser för att säkerställa att kommunikation kan linda genom nätverk som kan uppleva störningar.
Spanning Tree Topology vs. Ring Topology
När organisationer just började nätverka sina datorer på 1980 -talet var en av de mest populära konfigurationerna ringnätverket. Till exempel introducerade IBM sin egenutvecklade Token Ring -teknik 1985.
I en ringnätverkstopologi ansluter varje nod med två andra, en som sitter framför den på ringen och en som är placerad bakom den. Signaler reser bara runt ringen i en enda riktning, med varje nod längs vägen som överlämnar alla paket som slingrar runt ringen.
Medan enkla ringnätverk fungerar bra när det bara finns en handfull datorer, blir ringar ineffektiva när hundratals eller tusentals enheter läggs till i ett nätverk. En dator kan behöva skicka paket genom hundratals noder bara för att dela information med ett annat system i ett angränsande rum. Bandbredd och genomströmning blir också ett problem när trafiken bara kan flyta i en riktning, utan säkerhetsplan om en nod längs vägen blir trasig eller alltför överbelastad.
På 90 -talet, när Ethernet blev snabbare (100mbit/sek. Fast Ethernet introducerades 1995) och kostnaden för ett Ethernet -nätverk (broar, switchar, kablar) blev betydligt billigare än tokenring, spanning träd vann LAN -topologin krig och token Ringen bleknade snabbt bort.
Hur spännträd fungerar
Spanning Tree är ett vidarebefordringsprotokoll för datapaket. Det är en del trafikpolis och en del civilingenjör för nätverksvägarna som data reser igenom. Den sitter i lager 2 (datalänkskikt), så det handlar helt enkelt om att flytta paket till deras lämpliga destination, inte vilken typ av paket som skickas eller de data som de innehåller.
Spanning Tree har blivit så allestädes närvarande att dess användning definieras iIEEE 802.1D nätverksstandard. Såsom definieras i standarden kan endast en aktiv väg existera mellan två slutpunkter eller stationer för att de ska fungera korrekt.
Spanning Tree är utformat för att eliminera möjligheten att data som passerar mellan nätverkssegment kommer att fastna i en slinga. I allmänhet förvirrar slingor den vidarebefordrade algoritmen installerad i nätverksenheter, vilket gör den så att enheten inte längre vet var de ska skicka paket. Detta kan resultera i duplicering av ramar eller vidarebefordran av duplikatpaket till flera destinationer. Meddelanden kan upprepas. Kommunikation kan studsa tillbaka till en avsändare. Det kan till och med krascha ett nätverk om för många slingor börjar inträffa och äta upp bandbredd utan några märkbara vinster samtidigt som man blockerar annan icke-slingad trafik från att komma igenom.
Spännträdprotokolletstoppar slingor från att bildaGenom att stänga av alla utom en möjlig väg för varje datapaket. Slå på ett nätverk som använder träd för att definiera rotvägar och broar där data kan resa och funktionellt stänga av duplicerade vägar, vilket gör dem inaktiva och oanvändbara medan en primär väg är tillgänglig.
Resultatet är att nätverkskommunikation flödar sömlöst oavsett hur komplicerat eller stort nätverk blir. På ett sätt skapar Spanning Tree enstaka vägar genom ett nätverk för data att resa med programvara på ungefär samma sätt som nätverksingenjörer gjorde med hårdvara på de gamla slingnätverken.
Ytterligare fördelar med spännträd
Det främsta skälet till att spännträdet används är att eliminera möjligheten att dirigera slingor i ett nätverk. Men det finns andra fördelar också.
Eftersom Spanning Tree ständigt letar efter och definierar vilka nätverksvägar som är tillgängliga för datapaket som ska resa igenom, kan det upptäcka om en nod som sitter längs en av dessa primära vägar har inaktiverats. Detta kan hända av olika skäl som sträcker sig från ett hårdvarufel till en ny nätverkskonfiguration. Det kan till och med vara en tillfällig situation baserad på bandbredd eller andra faktorer.
När spännande träd upptäcker att en primär väg inte längre är aktiv kan den snabbt öppna en annan väg som tidigare hade stängts. Den kan sedan skicka data runt problemplatsen, så småningom utse omvägen som den nya primära vägen eller skicka paket tillbaka till den ursprungliga bron om den igen skulle bli tillgänglig.
Medan det ursprungliga spännträdet var relativt snabbt med att göra de nya anslutningarna efter behov, introducerade IEEE 2001 det snabba spännträdprotokollet (RSTP). RSTP, som också kallas 802.1W -versionen av protokollet, designades för att ge betydligt snabbare återhämtning som svar på nätverksförändringar, tillfälliga avbrott eller komponenternas fel.
Och medan RSTP introducerade nya vägkonvergensbeteenden och brohamnroller för att påskynda processen, var den också utformad för att vara helt bakåtkompatibel med det ursprungliga spännträdet. Så det är möjligt för enheter med båda versionerna av protokollet att arbeta tillsammans i samma nätverk.
Brister i spännträdet
Medan spännträdet har blivit allestädes närvarande under de många åren efter introduktionen, finns det de som hävdar att det ärTiden har kommit. Det största felet med spännträdet är att det stänger av potentiella slingor i ett nätverk genom att stänga av potentiella vägar där data kan resa. I ett givet nätverk som använder Spanning Tree är cirka 40% av de potentiella nätverksvägarna stängda för data.
I extremt komplexa nätverksmiljöer, till exempel de som finns inom datacentra, är förmågan att skala upp snabbt för att möta efterfrågan avgörande. Utan de begränsningar som Spanning Tree införde kan datacenter öppna mycket mer bandbredd utan behov av ytterligare nätverkshårdvara. Detta är en typ av en ironisk situation, eftersom komplexa nätverksmiljöer är anledningen till att spännträdet skapades. Och nu är det skydd som tillhandahålls av protokollet mot slingan på ett sätt att hålla dessa miljöer tillbaka från deras fulla potential.
En förfinad version av protokollet som kallas multipel-instansspännträd (MSTP) utvecklades för att använda virtuella LAN och möjliggöra att fler nätverksvägar är öppna samtidigt, medan de fortfarande förhindrar att slingor bildas. Men även med MSTP förblir en hel del potentiella datavägar stängda på ett givet nätverk som använder protokollet.
Det har gjorts många icke-standardiserade, oberoende försök att förbättra bandbreddbegränsningarna för spännträdet under åren. Medan designarna av några av dem har hävdat framgång i sina ansträngningar, är de flesta inte helt kompatibla med kärnprotokollet, vilket innebär att organisationer antingen måste använda de icke-standardiserade förändringarna på alla sina enheter eller hitta något sätt att låta dem existera hos Switchar som kör standardspännträd. I de flesta fall är kostnaderna för att upprätthålla och stödja flera smaker av spanning träd inte värda ansträngningen.
Kommer Spanning Tree att fortsätta i framtiden?
Bortsett från begränsningarna i bandbredd på grund av att spännande trädstängningsnätverk, finns det inte mycket tanke eller ansträngning som läggs till att ersätta protokollet. Även om IEEE ibland släpper uppdateringar för att försöka göra det mer effektivt, är de alltid bakåtkompatibla med befintliga versioner av protokollet.
På ett sätt följer Spanning Tree regeln om "Om det inte är bruten, fixa inte det." Spanning Tree går oberoende i bakgrunden till de flesta nätverk för att hålla trafiken flödande, förhindra att kraschinducerande slingor bildas och dirigerar trafik kring problemplatser så att slutanvändare aldrig ens vet om deras nätverk upplever tillfälligt störningar som en del av dess dag till- dagsoperationer. Samtidigt kan administratörer på backend lägga till nya enheter i sina nätverk utan för mycket tanke på huruvida de kommer att kunna kommunicera med resten av nätverket eller omvärlden.
På grund av allt detta är det troligt att spännträdet kommer att förbli i användning under många år framöver. Det kan finnas några mindre uppdateringar då och då, men det kärn som spänner över trädprotokollet och alla kritiska funktioner som det utför är förmodligen här för att stanna.
Post Time: Nov-07-2023
