Протокол охватывающего дерева, иногда просто называемый Spanning Tree, представляет собой Waze или Mapquest современных сетей Ethernet, направляя трафик по наиболее эффективному маршруту на основе условий в реальном времени.
Основываясь на алгоритме, созданном американским компьютерным ученым Radia Perlman, когда она работала в Digital Equipment Corporation (DEC) в 1985 году, основной целью охватывающего дерева является предотвращение избыточных звеньев и цикл путей связи в сложных конфигурациях сети. В качестве второстепенной функции, охватывающее дерево может направлять пакеты вокруг проблемных мест, чтобы обеспечить возможность общения через сети, которые могут испытывать сбои.
Топология охраны дерева против топологии кольца
Когда организации только начали общаться в 1980 -х годах, одной из самых популярных конфигураций была сеть кольца. Например, IBM представила свою собственную технологию токенового кольца в 1985 году.
В топологии сети кольцевой сети каждый узел соединяется с двумя другими, один, который находится перед ним на кольце, и тот, который расположен за ним. Сигналы перемещаются только по кольцу в одном направлении, причем каждый узел по пути снимает любые и все пакеты, зацикленные вокруг кольца.
В то время как простые кольцевые сети работают нормально, когда есть только несколько компьютеров, кольца становятся неэффективными, когда в сеть добавляются сотни или тысячи устройств. Компьюте, возможно, потребуется отправить пакеты через сотни узлов, чтобы обмениваться информацией еще одной системой в соседней комнате. Пропускная способность и пропускная способность также становятся проблемой, когда трафик может течь только в одном направлении, без плана резервного копирования, если узел по пути становится сломанным или чрезмерно перегруженным.
В 90 -х годах, когда Ethernet стала быстрее (100 Мбит/сек. Fast Ethernet был введен в 1995 году), а стоимость сети Ethernet (мосты, переключатели, кабели) стала значительно дешевле, чем токеновое кольцо, охватывающее дерево выиграло войны локальной топологии и токеновое кольцо.
Как работает охватывающее дерево
Spanning Tree является протоколом пересылки для пакетов данных. Это одна часть трафик -полицейского и одна часть инженера -строителя для сетевых автомагистралей, через которые проходит данные. Он расположен на уровне 2 (уровень канала данных), поэтому он просто связан с перемещением пакетов в их соответствующий пункт назначения, а не на то, какие пакеты отправляются, или данные, которые они содержат.
Охватывающее дерево стало настолько вездесущим, что его использование определено вIEEE 802.1D СЕТИНГ СТАНДАРТПолем Как определено в стандарте, между любыми двумя конечными точками или станциями может существовать только один активный путь, чтобы они функционировали должным образом.
Захватывающее дерево предназначено для устранения возможности передачи данных между сегментами сетевых сегментов в петле. В целом, петли путают алгоритм пересылки, установленный в сетевых устройствах, что делает его так, что устройство больше не знает, куда отправлять пакеты. Это может привести к дублированию кадров или пересылку дублирующих пакетов в несколько направлений. Сообщения могут повторяться. Коммуникации могут прийти в возврат к отправителю. Это может даже сбоевать сеть, если начнется слишком много циклов, съедая полоса пропускания без каких-либо заметных выгод, блокируя другие небытые трафики от прохождения.
Протокол охраняющего дереваостанавливает петли от формированиязакрыв все возможное, кроме одного возможного пути для каждого пакета данных. Переключатели используют сеть, используемое дерево, чтобы определить корневые пути и мосты, где данные могут перемещаться, и функционально закрывают дублирующие пути, что делает их неактивными и непригодными для использования, в то время как основной путь доступен.
Результатом является то, что сетевая коммуникация плавно течет независимо от того, насколько сложной или обширной становится сеть. В некотором смысле, Spanning Tree создает отдельные пути через сеть для передачи данных, используя программное обеспечение почти так же, как сетевые инженеры использовали аппаратное обеспечение в старых циклах.
Дополнительные преимущества охватывающего дерева
Основная причина, охватившая дерево, состоит в том, чтобы устранить возможность маршрутизации петель в сети. Но есть и другие преимущества.
Поскольку Spanning Tree постоянно ищет и определяет, какие сетевые пути доступны для прохождения пакетов данных, он может обнаружить, был ли узел, сидящий вдоль одного из этих основных путей, был отключен. Это может произойти по разным причинам, начиная от аппаратной сбоя до новой конфигурации сети. Это может быть даже временной ситуацией, основанной на пропускной способности или других факторах.
Когда дерево обнаруживает, что первичный путь больше не является активным, он может быстро открыть другой путь, который был ранее закрыт. Затем он может отправлять данные вокруг места, в конечном итоге, в конечном итоге определить обход в качестве нового первичного пути или отправлять пакеты обратно на оригинальный мост, если он снова станет доступным.
В то время как оригинальное живое дерево было относительно быстро в создании этих новых соединений по мере необходимости, в 2001 году IEEE представил протокол быстрого охвата (RSTP). Также называется версия протокола 802.1W, RSTP был разработан для обеспечения значительно более быстрого восстановления в ответ на изменения сети, временные перебои или откровенный сбой компонентов.
И в то время как RSTP ввел новое поведение конвергенции пути и роли мостового порта, чтобы ускорить процесс, он также был разработан для того, чтобы быть полностью обратно совместимым с исходным деревом охватки. Таким образом, устройства с обеими версиями протокола могут работать вместе в одной и той же сети.
Недостатки
В то время как охватывающее дерево стало вездесущим в течение многих лет после его введения, есть те, кто утверждает, что этоПришло времяПолем Самая большая вина охватывающего дерева заключается в том, что оно закрывает потенциальные петли в сети, отключая потенциальные пути, куда могут пройти данные. В любой данной сети, используемой охватывающем дереве, около 40% потенциальных сетевых путей закрыты для данных.
В чрезвычайно сложных сетевых средах, таких как те, которые обнаружены в центрах обработки данных, способность быстро масштабироваться для удовлетворения спроса имеет решающее значение. Без ограничений, налагаемых охватывающим деревом, центры обработки обработки данных могут открыть гораздо большую полосу пропускания без необходимости дополнительного сетевого оборудования. Это своего рода ироническая ситуация, потому что сложные сетевые среды - это то, почему было создано Spanning Tree. И теперь защита, обеспечиваемая протоколом от цикла, в некотором роде, удерживая эти среды от полного потенциала.
Была разработана утонченная версия протокола под названием «Многократный дерево» (MSTP) для использования виртуальных локальных классов и обеспечения открытия большего количества сетевых путей одновременно, в то же время предотвращая формирование петлей. Но даже с MSTP довольно много потенциальных путей данных остаются закрытыми в любой данной сети, использующей протокол.
Было много нестандартных, независимых попыток улучшить ограничения полосы пропускания на протяжении многих лет. В то время как дизайнеры некоторых из них претендовали на успех в своих усилиях, большинство из них не совместимы с основным протоколом, то есть организации должны либо использовать нестандартные изменения на всех своих устройствах, либо найти каким-то способом, чтобы они могли существовать с переключателями, работающими с стандартными охватывающими деревами. В большинстве случаев затраты на поддержание и поддержку нескольких ароматов охватывающего дерева не стоят усилий.
Будет ли проживание дерева продолжаться в будущем?
Помимо ограничений в пропускной способности из -за охватывающих сетевых путей, охватывающих сетевые пути, не так много мышлений или усилий приложены в замену протокола. Хотя IEEE иногда выпускает обновления, чтобы попытаться сделать их более эффективными, они всегда обратно совместимы с существующими версиями протокола.
В некотором смысле, охватывающее дерево следует за правилом «Если оно не сломано, не исправляйте его». Опасное дерево работает независимо на фоне большинства сетей, чтобы сохранить трафик, предотвращающий формирование петлей, вызывающих аварий, и маршрутирование трафика вокруг проблемных мест, чтобы конечные пользователи даже не знали, испытывает ли их сеть временные нарушения как часть своих повседневных операций. Между тем, в бэкэнд администраторы могут добавлять новые устройства в свои сети, не слишком много думая о том, смогут ли они общаться с остальной частью сети или внешним миром.
Из -за всего этого, вероятно, что охватывающее дерево останется в течение многих лет. Время от времени могут быть некоторые незначительные обновления, но протокол ядра, охватывающего дерево, и все критические функции, которые он выполняет, вероятно, здесь, чтобы остаться.
Время сообщения: ноябрь-07-2023
