Протоколът за обхващащо дърво, понякога просто наричан обхващащо дърво, е Waze или Mapquest на съвременните Ethernet мрежи, насочвайки трафика по най-ефективния маршрут въз основа на условия в реално време.
Въз основа на алгоритъм, създаден от американския компютърен учен Radia Perlman, докато тя работеше за Digital Equipment Corporation (DEC) през 1985 г., основната цел на обхващащото дърво е да се предотврати излишните връзки и цикъла на комуникационните пътища в сложни мрежови конфигурации. Като вторична функция, обхващащото дърво може да маршрутизира пакети около проблеми, за да гарантира, че комуникациите са в състояние да се навиват през мрежи, които може да изпитват прекъсвания.
Обхващаща топология на дървото спрямо топологията на пръстена
Когато организациите тепърва започваха да свързват своите компютри през 80 -те години, една от най -популярните конфигурации беше Ring Network. Например, IBM представи своята собствена технология за пръстени през 1985 г.
В топологията на пръстената на пръстена всеки възел се свързва с две други, един, който седи пред него на ринга и един, който е позициониран зад него. Сигналите обикалят само около пръстена в една посока, като всеки възел по пътя предава всички и всички пакети, които се въртят около пръстена.
Докато простите мрежи за пръстени работят добре, когато има само шепа компютри, пръстените стават неефективни, когато в мрежа се добавят стотици или хиляди устройства. Компютърът може да се наложи да изпраща пакети през стотици възли, само за да споделя информация с още една система в съседна стая. Широчината и пропускателната способност също се превръщат в проблем, когато трафикът може да тече само в една посока, без план за резервно копие, ако възел по пътя стане счупен или прекалено претоварен.
През 90 -те години, тъй като Ethernet стана по -бърз (100mbit/sec. Fast Ethernet беше въведен през 1995 г.) и цената на Ethernet мрежа (мостове, превключватели, окабеляване) стана значително по -евтина от пръстена на токена, Spanning Tree спечели Lan Topology Wars и Token Пръстен бързо избледня.
Как работи обхващащото дърво
Spanning Tree е протокол за пренасочване за пакети с данни. Това е една част трафик COP и една част строителен инженер за мрежовите магистрали, през които пътуват данните. Той седи на слой 2 (слой за връзка с данни), така че просто се занимава с преместването на пакети до подходящата им дестинация, а не какъв вид пакети се изпращат или данните, които съдържат.
Обхващащото дърво стана толкова повсеместно, че употребата му е дефинирана вIEEE 802.1d стандарт за работа в мрежа. Както е дефинирано в стандарта, може да съществува само един активен път между всяка две крайни точки или станции, за да могат те да функционират правилно.
Spanning Tree е предназначено да елиминира възможността данните, преминаващи между мрежовите сегменти, да се забият в цикъл. По принцип Loops объркват алгоритъма за пренасочване, инсталиран в мрежови устройства, като го правят така, че устройството вече да не знае къде да изпраща пакети. Това може да доведе до дублиране на рамки или пренасочване на дублиращи се пакети към множество дестинации. Съобщенията могат да се повтарят. Комуникациите могат да отскочат към подател. Той дори може да срине мрежа, ако започнат да се появяват твърде много контури, ядене на честотна лента без никакви значителни печалби, като същевременно блокира друг трафик без контури от преминаването.
Протоколът на обхващащото дървоСпира контурите от формиранечрез затваряне на всички, освен един възможен път за всеки пакет от данни. Включва се на мрежата, използващо дърво, за да се определят кореновите пътища и мостове, където данните могат да пътуват, и функционално да се затворят от дублиращи се пътища, като ги прави неактивни и неизползваеми, докато е наличен основен път.
Резултатът е, че потокът от мрежови комуникации безпроблемно, независимо от това колко сложен или огромен става мрежа. В известен смисъл, обхващащото дърво създава единични пътища през мрежа за данни за пътуване, използвайки софтуер по почти по същия начин, по който мрежовите инженери правят, използвайки хардуер в старите мрежи на контура.
Допълнителни предимства на обхващащото дърво
Използва се основната причина за обхващащото дърво е да се елиминира възможността за маршрутизиране на контури в рамките на мрежа. Но има и други предимства.
Тъй като обхващащото дърво непрекъснато търси и определя кои мрежови пътища са достъпни за преминаване на пакети данни, то може да открие дали възел, седнал по един от тези основни пътища, е бил деактивиран. Това може да се случи по различни причини, вариращи от хардуерна недостатъчност до нова мрежова конфигурация. Тя дори може да бъде временна ситуация въз основа на честотната лента или други фактори.
Когато обхваща дървото открива, че първичният път вече не е активен, то може бързо да отвори друг път, който преди това е бил затворен. След това той може да изпраща данни около мястото на проблем, в крайна сметка да определи отклонението като новия първичен път или да изпраща пакети обратно към оригиналния мост, ако той отново стане достъпен.
Докато оригиналното дърво на обхвата беше сравнително бързо при правенето на тези нови връзки според нуждите, през 2001 г. IEEE въведе протокола за бързо обхващащо дърво (RSTP). Наричана също като версия 802.1W на протокола, RSTP е проектиран да осигури значително по -бързо възстановяване в отговор на мрежовите промени, временните прекъсвания или откровената повреда на компонентите.
И докато RSTP въведе нов поведение на конвергенция на пътя и роли на мостовите пристанища, за да ускори процеса, той също е проектиран да бъде напълно назад съвместим с оригиналното дърво. Така че е възможно устройствата с двете версии на протокола да работят заедно в една и съща мрежа.
Недостатъци на обхващащото дърво
Докато обхващането на дървото е станало повсеместно през много години след въвеждането му, има такива, които твърдят, че това еВремето дойде. Най -голямата вина на обхващащото дърво е, че то затваря потенциални бримки в рамките на мрежа, като изключва потенциалните пътища, където данните могат да пътуват. Във всяка дадена мрежа, използваща обхващащо дърво, около 40% от потенциалните мрежови пътища са затворени за данни.
В изключително сложни мрежови среди, като тези, открити в центровете за данни, възможността за бързо мащабиране на търсенето е от решаващо значение. Без ограниченията, наложени от обхващащото дърво, центровете за данни могат да отворят много повече честотна лента, без да е необходимо допълнителен мрежов хардуер. Това е нещо като иронична ситуация, тъй като сложните мрежови среди са защо е създадено обхващащо дърво. И сега защитата, осигурена от протокола срещу циклирането, в известен смисъл е задържаща тези среди от пълния им потенциал.
Рафинирана версия на протокола, наречена Tree с многократно интензивно обхващане (MSTP), е разработена, за да използва виртуални локални устройства и да даде възможност за отваряне на повече мрежови пътеки едновременно, като същевременно все още предотвратява образуването на контури. Но дори и с MSTP, доста потенциални пътища за данни остават затворени във всяка дадена мрежа, използваща протокола.
Има много нестандартни, независими опити за подобряване на ограниченията на честотната лента на обхващащото дърво през годините. Докато дизайнерите на някои от тях са поискали успех в усилията си, повечето не са напълно съвместими с основния протокол, което означава, че организациите трябва или да използват нестандартните промени на всички свои устройства, или да намерят някакъв начин да им позволят да съществуват с превключва, работещо със стандартно обхващащо дърво. В повечето случаи разходите за поддържане и поддръжка на множество аромати на обхващащото дърво не си струват усилията.
Ще продължи ли обхващащото дърво в бъдеще?
Освен ограниченията на честотната лента поради обхващането на мрежовите пътища за затваряне на дърво, няма много мисъл или усилия да се полагат в замяната на протокола. Въпреки че от време на време IEEE пуска актуализации, за да се опита да го направи по -ефективен, те винаги са обратно съвместими със съществуващите версии на протокола.
В известен смисъл, обхващащото дърво следва правилото „ако не се счупи, не го поправяйте“. Проблясването на дърво работи независимо на фона на повечето мрежи, за да поддържа движението на трафика, да предотврати образуването на бримки, предизвикващи срив, и да се насочва трафик около проблеми с проблемите, така че крайните потребители дори да не знаят дали мрежата им изпитва временно прекъсвания като част от своята ден до- Дневни операции. Междувременно, в бекенда, администраторите могат да добавят нови устройства към своите мрежи, без да се мислят твърде много дали ще могат да общуват или не с останалата част от мрежата или от външния свят.
Поради всичко това е вероятно обхващащото дърво да остане в употреба в продължение на много години напред. Може да има някои незначителни актуализации от време на време, но протоколът на ядрото, обхващащ дървото и всички критични характеристики, които изпълнява, вероятно са тук, за да останат.
Време за публикация: Nov-07-2023
