Het spanning tree-protocol, soms alleen aangeduid als spanning tree, is de waze of mapquest van moderne Ethernet-netwerken, waardoor verkeer naar de meest efficiënte route wordt gericht op basis van realtime omstandigheden.
Gebaseerd op een algoritme gemaakt door de Amerikaanse computerwetenschapper Radia Perlman terwijl ze in 1985 voor Digital Equipment Corporation (DEC) werkte, is het primaire doel van het overspannen van Tree om overbodige verbindingen te voorkomen en het doorlopen van communicatiepaden in complexe netwerkconfiguraties. Als een secundaire functie kan het spanning van Tree pakketten rond probleemplekken routeren om ervoor te zorgen dat communicatie in staat is om netwerken door te winden die mogelijk verstoringen ervaren.
Spanning Tree Topology vs. Ring Topology
Toen organisaties net begonnen met het netwerken van hun computers in de jaren tachtig, was een van de meest populaire configuraties het ringnetwerk. IBM introduceerde bijvoorbeeld in 1985 zijn eigen tokenringtechnologie.
In een ringnetwerktopologie verbindt elk knooppunt met twee anderen, een die er op de ring voor staat en een die erachter is geplaatst. Signalen reizen slechts in een enkele richting rond de ring, waarbij elk knooppunt onderweg alle pakketten rond de ring afhandelt.
Terwijl eenvoudige ringnetwerken prima werken als er slechts een handvol computers zijn, worden ringen inefficiënt wanneer honderden of duizenden apparaten aan een netwerk worden toegevoegd. Een computer moet mogelijk pakketten via honderden knooppunten verzenden om informatie te delen met een ander systeem in een aangrenzende kamer. Bandbreedte en doorvoer worden ook een probleem wanneer het verkeer slechts in één richting kan stromen, zonder back -upplan als een knooppunt onderweg wordt gebroken of overdreven overbelast.
In de jaren 90, toen Ethernet sneller werd (100 mbit/sec. Snelle Ethernet werd geïntroduceerd in 1995) en de kosten van een Ethernet -netwerk (Bridges, Switches, Cabling) aanzienlijk goedkoper werden dan tokenring, Spanning Tree won de Lan Topology Wars en Token Ring vervaagde snel.
Hoe Spanning Tree werkt
Spanning Tree is een doorstuusprotocol voor gegevenspakketten. Het is een onderdeel verkeersagent en een deel civiel ingenieur voor de netwerk snelwegen waar gegevens doorheen realiseren. Het bevindt zich op Layer 2 (datalinklaag), dus het houdt zich gewoon bezig met het verplaatsen van pakketten naar hun juiste bestemming, niet wat voor soort pakketten worden verzonden of de gegevens die ze bevatten.
Spaning Tree is zo alomtegenwoordig geworden dat het gebruik ervan wordt gedefinieerd in deIEEE 802.1D -netwerkstandaard. Zoals gedefinieerd in de standaard, kan er slechts één actief pad bestaan tussen twee eindpunten of stations zodat ze correct kunnen functioneren.
Spanning Tree is ontworpen om de mogelijkheid te elimineren dat gegevens die tussen netwerksegmenten passeren, vast komen te zitten in een lus. Over het algemeen verwarren lussen het doorstuuralgoritme dat in netwerkapparaten is geïnstalleerd, waardoor het is dat het apparaat niet langer weet waar het pakketten moet worden verzonden. Dit kan resulteren in de duplicatie van frames of het doorsturen van dubbele pakketten naar meerdere bestemmingen. Berichten kunnen herhaald worden. Communicatie kan terug stuiteren naar een afzender. Het kan zelfs een netwerk crashen als er te veel lussen zich voordoen, een bandbreedte opeten zonder aanzienlijke winsten, terwijl het blokkeren van ander niet-gelopen verkeer door te komen.
Het spanning boomprotocolVoorkomt dat loops zich vormenDoor voor elk gegevenspakket op één na op één na af te sluiten. Schakelt een netwerkgebruik in om wortelpaden en bruggen te definiëren waar gegevens kunnen reizen, en sluiten functioneel afsluiten van dubbele paden, waardoor ze inactief en onbruikbaar worden, terwijl een primair pad beschikbaar is.
Het resultaat is dat netwerkcommunicatie naadloos stroomt, ongeacht hoe complex of enorm een netwerk wordt. In zekere zin maakt het spanning van Tree enkele paden via een netwerk voor gegevens om te reizen met behulp van software op vrijwel dezelfde manier als netwerkingenieurs die hardware gebruikten op de oude lusnetwerken.
Extra voordelen van het spannen van de boom
De primaire reden die structuur overspant wordt, is om de mogelijkheid te elimineren om lussen binnen een netwerk te routeren. Maar er zijn ook andere voordelen.
Omdat spanning tree constant op zoek is naar en definieert welke netwerkpaden beschikbaar zijn voor datapakketten om door te reizen, kan het detecteren of een knooppunt dat langs een van die primaire paden zit, is uitgeschakeld. Dit kan gebeuren om verschillende redenen, variërend van een hardwarefout tot een nieuwe netwerkconfiguratie. Het kan zelfs een tijdelijke situatie zijn op basis van bandbreedte of andere factoren.
Wanneer het spannen van boom detecteert dat een primair pad niet langer actief is, kan het snel een ander pad openen dat eerder was gesloten. Vervolgens kan het gegevens verzenden rond de problemen, uiteindelijk de omweg aanwijzen als het nieuwe primaire pad, of pakketten terug naar de oorspronkelijke brug sturen als deze opnieuw beschikbaar komt.
Terwijl de originele overspannende boom relatief snel was in het maken van die nieuwe verbindingen indien nodig, introduceerde het IEEE in 2001 het Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Ook aangeduid als de 802.1W -versie van het protocol, is RSTP ontworpen om aanzienlijk sneller herstel te bieden in reactie op netwerkwijzigingen, tijdelijke storingen of de regelrechte falen van componenten.
En terwijl RSTP nieuwe padconvergentiegedrag en brugpoortrollen introduceerde om het proces te versnellen, was het ook ontworpen om volledig achteruit compatibel te zijn met de originele overspanningsboom. Het is dus mogelijk dat apparaten met beide versies van het protocol samen op hetzelfde netwerk werken.
Tekortkomingen van spanning -boom
Hoewel het spanning van Tree alomtegenwoordig is geworden gedurende de vele jaren na de introductie, zijn er mensen die beweren dat het dat isDe tijd is gekomen. De grootste fout van het omspannen van de boom is dat het potentiële lussen binnen een netwerk afsluit door potentiële paden te sluiten waar gegevens kunnen reizen. In een bepaald netwerk met Spanning Tree is ongeveer 40% van de potentiële netwerkpaden gesloten voor gegevens.
In extreem complexe netwerkomgevingen, zoals die gevonden in datacenters, is de mogelijkheid om snel op te schalen om aan de vraag te voldoen van cruciaal belang. Zonder de beperkingen die worden opgelegd door de boom, zouden datacenters veel meer bandbreedte kunnen openen zonder extra netwerkhardware. Dit is een soort ironische situatie, omdat complexe netwerkomgevingen de reden zijn waarom Spanning Tree is gemaakt. En nu is de bescherming van het protocol tegen Looping in zekere zin die omgevingen weer van hun volledige potentieel.
Een verfijnde versie van het protocol genaamd Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) werd ontwikkeld om virtuele LAN's te gebruiken en meer netwerkpaden tegelijkertijd open te stellen, terwijl het nog steeds voorkomt dat lussen zich vormen. Maar zelfs met MSTP blijven nogal wat potentiële datapaden gesloten op een bepaald netwerk dat het protocol gebruikt.
Er zijn veel niet-gestandaardiseerde, onafhankelijke pogingen gedaan om de bandbreedtebeperkingen van het spanning van de boom door de jaren heen te verbeteren. Hoewel de ontwerpers van sommigen van hen succes hebben opgeëist in hun inspanningen, zijn de meeste niet volledig compatibel met het kernprotocol, wat betekent dat organisaties ofwel de niet-gestandaardiseerde wijzigingen op al hun apparaten moeten gebruiken of een manier moeten vinden om ze te laten bestaan. Schakelaars uitvoeren Standaard omspanningstructuur. In de meeste gevallen zijn de kosten voor het onderhouden en ondersteunen van meerdere smaken van het spanning -boom niet de moeite waard.
Zal het spanning -boom in de toekomst doorgaan?
Afgezien van de beperkingen in de bandbreedte als gevolg van het uitstrekken van netwerkpaden van boomafsluiting, is er niet veel nadenken of moeite om het protocol te vervangen. Hoewel IEEE af en toe updates vrijgeeft om te proberen het efficiënter te maken, zijn ze altijd achterwaarts compatibel met bestaande versies van het protocol.
In zekere zin volgt Tree de regel van "Als het niet kapot is, repareer het dan niet." Spanning Tree loopt onafhankelijk op de achtergrond van de meeste netwerken om het verkeer te voorkomen, te voorkomen Dagoperaties. Ondertussen kunnen beheerders bij de backend nieuwe apparaten aan hun netwerken toevoegen zonder al te veel na te denken over de vraag of ze al dan niet kunnen communiceren met de rest van het netwerk of de buitenwereld.
Vanwege dat alles is het waarschijnlijk dat het spanning van de boom nog vele jaren in gebruik zal blijven. Er kunnen van tijd tot tijd enkele kleine updates zijn, maar het kern dat het boomprotocol omspant en alle kritieke functies die het uitvoert, zijn waarschijnlijk hier om te blijven.
Posttijd: nov-07-2023
