Spanning Tree Protocol, stundum bara nefnt Spanning Tree, er Waze eða MapQuest nútíma Ethernet netkerfa, sem stýrir umferð eftir hagkvæmustu leiðinni miðað við rauntíma aðstæður.
Byggt á reiknirit sem bandaríski tölvunarfræðingurinn Radia Perlman bjó til þegar hún starfaði hjá Digital Equipment Corporation (DEC) árið 1985, er megintilgangur Spanning Tree að koma í veg fyrir óþarfa hlekki og lykkju á samskiptaleiðum í flóknum netstillingum. Sem aukaaðgerð getur Spanning Tree beint pökkum um vandræðastaði til að tryggja að samskipti geti farið í gegnum netkerfi sem gætu orðið fyrir truflunum.
Spanning Tree Topology vs Ring Topology
Þegar stofnanir voru rétt að byrja að tengja tölvur sínar á níunda áratugnum var ein vinsælasta uppsetningin hringanetið. Til dæmis kynnti IBM eigin Token Ring tækni sína árið 1985.
Í staðfræði hringnets tengist hver hnútur við tvo aðra, einn sem situr á undan honum á hringnum og einn sem er staðsettur fyrir aftan hann. Merki ferðast aðeins um hringinn í eina átt, þar sem hver hnútur á leiðinni afhendir hvaða og alla pakka sem hringja í hringinn.
Þó að einföld hringanet virki vel þegar það eru aðeins örfáar tölvur, verða hringir óhagkvæmir þegar hundruðum eða þúsundum tækja er bætt við netið. Tölva gæti þurft að senda pakka í gegnum hundruð hnúta bara til að deila upplýsingum með öðru kerfi í aðliggjandi herbergi. Bandbreidd og afköst verða líka vandamál þegar umferð getur aðeins flætt í eina átt, án varaáætlunar ef hnútur á leiðinni verður bilaður eða of þrengdur.
Á tíunda áratugnum, þegar Ethernet varð hraðara (100Mbit/sek. Fast Ethernet var kynnt árið 1995) og kostnaður við Ethernet net (brýr, rofa, kaðall) varð umtalsvert ódýrari en Token Ring, vann Spanning Tree LAN staðfræðistríðin og Token Hringurinn dofnaði fljótt.
Hvernig Spanning Tree virkar
Spanning Tree er framsendingarsamskiptareglur fyrir gagnapakka. Það er annars vegar umferðarlögga og hins vegar byggingarverkfræðingur fyrir nethraðbrautirnar sem gögn fara í gegnum. Það situr á Layer 2 (gagnatenglalag), þannig að það snýst einfaldlega um að flytja pakka á viðeigandi áfangastað, ekki hvers konar pakka er verið að senda eða gögnin sem þeir innihalda.
Spanning Tree er orðið svo alls staðar nálægt að notkun þess er skilgreind íIEEE 802.1D netstaðall. Eins og skilgreint er í staðlinum getur aðeins ein virk leið verið á milli tveggja endapunkta eða stöðva til að þeir virki rétt.
Spanning Tree er hannað til að útiloka möguleikann á því að gögn sem fara á milli nethluta festist í lykkju. Almennt séð rugla lykkjur framsendingaralgríminu sem er uppsett í nettækjum, sem gerir það að verkum að tækið veit ekki lengur hvert það á að senda pakka. Þetta getur leitt til afritunar á ramma eða framsendingu afrita pakka til margra áfangastaða. Skilaboð geta verið endurtekin. Samskipti geta snúið aftur til sendanda. Það getur jafnvel hrundið neti ef of margar lykkjur byrja að eiga sér stað, éta upp bandbreidd án merkjanlegs ávinnings á sama tíma og það hindrar aðra umferð án lykkju frá því að komast í gegnum.
Spanning Tree bókuninkemur í veg fyrir að lykkjur myndistmeð því að loka öllum mögulegum leiðum fyrir hvern gagnapakka nema einn. Rofar á netkerfi nota Spanning Tree til að skilgreina rótarslóðir og brýr þar sem gögn geta ferðast, og loka virkni af tvíteknum slóðum, sem gerir þær óvirkar og ónothæfar á meðan aðalleið er tiltæk.
Niðurstaðan er sú að netsamskipti flæða óaðfinnanlega burtséð frá því hversu flókið eða umfangsmikið net verður. Á vissan hátt býr Spanning Tree til stakar leiðir í gegnum net fyrir gögn til að ferðast með því að nota hugbúnað á svipaðan hátt og netverkfræðingar gerðu með vélbúnaði á gömlu lykkjunetunum.
Viðbótar ávinningur af Spanning Tree
Aðalástæðan fyrir því að Spanning Tree er notað er að útiloka möguleikann á að beina lykkjum innan nets. En það eru líka aðrir kostir.
Vegna þess að Spanning Tree er stöðugt að leita að og skilgreina hvaða netslóðir eru tiltækar fyrir gagnapakka til að ferðast um, getur það greint hvort hnútur sem situr meðfram einni af þessum aðalleiðum hefur verið óvirkur. Þetta getur gerst af ýmsum ástæðum, allt frá bilun í vélbúnaði til nýrrar netuppsetningar. Það getur jafnvel verið tímabundið ástand byggt á bandbreidd eða öðrum þáttum.
Þegar Spanning Tree skynjar að aðalslóð er ekki lengur virk, getur það fljótt opnað aðra leið sem áður hafði verið lokuð. Það getur síðan sent gögn um vandræðastaðinn, að lokum tilgreint hjáleiðina sem nýja aðalleiðina, eða sent pakka til baka á upprunalegu brúna ef það verður aftur tiltækt.
Þó að upprunalega Spanning Tree hafi verið tiltölulega fljótt að gera þessar nýju tengingar eftir þörfum, árið 2001 kynnti IEEE Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Einnig nefnd 802.1w útgáfa af samskiptareglunum, RSTP var hannað til að veita verulega hraðari bata til að bregðast við netbreytingum, tímabundnum truflunum eða beinlínis bilun í íhlutum.
Og á meðan RSTP kynnti nýja leiðarsamrunahegðun og brúarhafnarhlutverk til að flýta fyrir ferlinu, var það einnig hannað til að vera fullkomlega afturábak samhæft við upprunalega Spanning Tree. Þannig að það er mögulegt fyrir tæki með báðar útgáfur af samskiptareglunum að starfa saman á sama neti.
Gallar á Spanning Tree
Þó að Spanning Tree hafi orðið alls staðar nálægur í mörg ár eftir að það kom á markað, eru þeir sem halda því fram að það sékominn tími. Stærsti gallinn við Spanning Tree er að það lokar fyrir hugsanlegum lykkjum innan nets með því að loka hugsanlegum leiðum þar sem gögn gætu ferðast. Í hvaða neti sem er sem notar Spanning Tree eru um 40% mögulegra netslóða lokaðar fyrir gögnum.
Í mjög flóknu netumhverfi, eins og þeim sem finnast í gagnaverum, er hæfileikinn til að stækka hratt til að mæta eftirspurn mikilvægur. Án þeirra takmarkana sem Spanning Tree setur, gætu gagnaver opnað miklu meiri bandbreidd án þess að þörf sé á viðbótarnetbúnaði. Þetta er hálf kaldhæðnisleg staða, því flókið netumhverfi er ástæðan fyrir því að Spanning Tree var búið til. Og nú er verndin sem bókunin veitir gegn lykkjumyndun, á vissan hátt að halda aftur af þessu umhverfi frá fullum möguleikum.
Fáguð útgáfa af samskiptareglunni sem kallast Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) var þróuð til að nota sýndar staðarnet og gera fleiri netslóðum kleift að vera opnar á sama tíma, en samt koma í veg fyrir að lykkjur myndist. En jafnvel með MSTP eru allmargar hugsanlegar gagnaleiðir enn lokaðar á hverju neti sem notar samskiptareglur.
Það hafa verið margar óstaðlaðar, sjálfstæðar tilraunir til að bæta bandbreiddartakmarkanir Spanning Tree í gegnum árin. Þó að hönnuðir sumra þeirra hafi haldið því fram að þeir hafi náð árangri í viðleitni sinni, eru flestir ekki fullkomlega samhæfðir kjarnasamskiptareglunum, sem þýðir að stofnanir þurfa annað hvort að nota óstöðluðu breytingarnar á öllum tækjum sínum eða finna einhverja leið til að leyfa þeim að vera til með rofar sem keyra venjulegt Spanning Tree. Í flestum tilfellum er kostnaðurinn við að viðhalda og styðja við margar bragðtegundir af Spanning Tree ekki fyrirhafnarinnar virði.
Mun Spanning Tree halda áfram í framtíðinni?
Fyrir utan takmarkanir á bandbreidd vegna þess að Spanning Tree lokar netslóðum, þá er ekki mikil hugsun eða fyrirhöfn lögð í að skipta um siðareglur. Þó að IEEE gefi stundum út uppfærslur til að reyna að gera það skilvirkara, þá eru þær alltaf afturábak samhæfar við núverandi útgáfur af samskiptareglunum.
Í vissum skilningi fylgir Spanning Tree reglunni „Ef það er ekki bilað, ekki laga það“. Spanning Tree keyrir sjálfstætt í bakgrunni flestra neta til að halda umferð flæði, koma í veg fyrir að lykkjur sem valda hrun myndist og beina umferð um vandræðastaði þannig að endanotendur vita aldrei hvort netið þeirra verði fyrir tímabundnum truflunum sem hluti af daglegum dagrekstur. Á meðan geta stjórnendur bætt nýjum tækjum við netkerfi sín án þess að hugsa of mikið um hvort þeir geti átt samskipti við restina af netinu eða umheiminum eða ekki.
Vegna alls þess er líklegt að Spanning Tree verði áfram í notkun í mörg ár fram í tímann. Það gætu verið smáuppfærslur af og til, en algerlega Spanning Tree Protocol og allir mikilvægir eiginleikar sem hún framkvæmir eru líklega hér til að vera.
Pósttími: Nóv-07-2023
