Spanning Tree Protocol, nogle gange bare omtalt som Spanning Tree, er Waze eller MapQuest af moderne Ethernet-netværk, der dirigerer trafikken langs den mest effektive rute baseret på realtidsforhold.
Baseret på en algoritme skabt af den amerikanske computerforsker Radia Perlman, mens hun arbejdede for Digital Equipment Corporation (DEC) i 1985, er det primære formål med Spanning Tree at forhindre overflødige links og sløjfer af kommunikationsveje i komplekse netværkskonfigurationer. Som en sekundær funktion kan Spanning Tree dirigere pakker rundt om problemområder for at sikre, at kommunikationen er i stand til at vinde gennem netværk, der muligvis oplever forstyrrelser.
Spanning Tree-topologi vs. Ringtopologi
Da organisationer lige begyndte at netværke deres computere i 1980'erne, var en af de mest populære konfigurationer ringnetværket. For eksempel introducerede IBM sin proprietære Token Ring-teknologi i 1985.
I en ringnetværkstopologi forbindes hver node med to andre, en der sidder foran den på ringen og en der er placeret bag den. Signaler bevæger sig kun rundt i ringen i en enkelt retning, hvor hver knude undervejs afgiver alle pakker, der løber rundt i ringen.
Mens simple ringnetværk fungerer fint, når der kun er en håndfuld computere, bliver ringe ineffektive, når hundredvis eller tusindvis af enheder føjes til et netværk. En computer skal muligvis sende pakker gennem hundredvis af noder bare for at dele information med et andet system i et tilstødende rum. Båndbredde og gennemløb bliver også et problem, når trafikken kun kan flyde i én retning, uden backup-plan, hvis en node undervejs bliver ødelagt eller overbelastet.
I 90'erne, da Ethernet blev hurtigere (100Mbit/sek. Fast Ethernet blev introduceret i 1995), og prisen på et Ethernet-netværk (broer, switches, kabler) blev væsentligt billigere end Token Ring, vandt Spanning Tree LAN-topologikrigene og Token Ringen forsvandt hurtigt.
Hvordan Spanning Tree fungerer
Spanning Tree er en videresendelsesprotokol til datapakker. Det er en del trafikbetjent og en del civilingeniør for netværkets motorveje, som data rejser igennem. Det sidder på Layer 2 (datalink-lag), så det handler simpelthen om at flytte pakker til deres passende destination, ikke hvilken slags pakker der sendes, eller de data, de indeholder.
Spanning Tree er blevet så allestedsnærværende, at dets brug er defineret iIEEE 802.1D netværksstandard. Som defineret i standarden kan der kun eksistere én aktiv sti mellem to endepunkter eller stationer, for at de kan fungere korrekt.
Spanning Tree er designet til at eliminere muligheden for, at data, der passerer mellem netværkssegmenter, bliver hængende i en loop. Generelt forvirrer loops videresendelsesalgoritmen installeret i netværksenheder, hvilket gør det så enheden ikke længere ved, hvor den skal sende pakker. Dette kan resultere i duplikering af rammer eller videresendelse af duplikerede pakker til flere destinationer. Beskeder kan blive gentaget. Kommunikation kan hoppe tilbage til en afsender. Det kan endda nedbryde et netværk, hvis der begynder at opstå for mange sløjfer, og æder båndbredden op uden nogen nævneværdig gevinst, mens den blokerer for anden trafik uden sløjfer i at komme igennem.
Spanning Tree Protocolforhindrer løkker i at dannesved at lukke alle mulige veje undtagen én for hver datapakke. Switche på et netværk bruger Spanning Tree til at definere rodstier og broer, hvor data kan rejse, og funktionelt lukker duplikerede stier af, hvilket gør dem inaktive og ubrugelige, mens en primær sti er tilgængelig.
Resultatet er, at netværkskommunikation flyder problemfrit, uanset hvor komplekst eller stort et netværk bliver. På en måde skaber Spanning Tree enkelte stier gennem et netværk, så data kan rejses ved hjælp af software på nogenlunde samme måde, som netværksingeniører gjorde ved at bruge hardware på de gamle loop-netværk.
Yderligere fordele ved Spanning Tree
Den primære årsag til, at Spanning Tree bruges, er at eliminere muligheden for at dirigere sløjfer i et netværk. Men der er også andre fordele.
Fordi Spanning Tree konstant leder efter og definerer, hvilke netværksstier der er tilgængelige for datapakker at rejse igennem, kan den registrere, om en node, der sidder langs en af disse primære stier, er blevet deaktiveret. Dette kan ske af en række forskellige årsager lige fra en hardwarefejl til en ny netværkskonfiguration. Det kan endda være en midlertidig situation baseret på båndbredde eller andre faktorer.
Når Spanning Tree registrerer, at en primær sti ikke længere er aktiv, kan den hurtigt åbne en anden sti, der tidligere var blevet lukket. Det kan derefter sende data rundt om problemstedet, til sidst udpege omvejen som den nye primære sti, eller sende pakker tilbage til den oprindelige bro, hvis den igen bliver tilgængelig.
Mens det originale Spanning Tree var relativt hurtigt til at lave de nye forbindelser efter behov, introducerede IEEE i 2001 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Også omtalt som 802.1w-versionen af protokollen, RSTP blev designet til at give betydeligt hurtigere genopretning som reaktion på netværksændringer, midlertidige udfald eller direkte fejl i komponenter.
Og mens RSTP introducerede ny stikonvergensadfærd og broportroller for at accelerere processen, blev den også designet til at være fuldstændig bagudkompatibel med det originale Spanning Tree. Så det er muligt for enheder med begge versioner af protokollen at fungere sammen på det samme netværk.
Mangler ved Spanning Tree
Mens Spanning Tree er blevet allestedsnærværende i de mange år efter dets introduktion, er der dem, der hævder, at det ertiden er kommet. Den største fejl ved Spanning Tree er, at den lukker for potentielle sløjfer i et netværk ved at lukke potentielle veje, hvor data kan rejse. I et givet netværk, der bruger Spanning Tree, er omkring 40 % af de potentielle netværksstier lukket for data.
I ekstremt komplekse netværksmiljøer, såsom dem, der findes i datacentre, er evnen til at opskalere hurtigt for at imødekomme efterspørgslen afgørende. Uden de begrænsninger, som Spanning Tree pålægger, kunne datacentre åbne op for meget mere båndbredde uden behov for yderligere netværkshardware. Dette er en slags ironisk situation, fordi komplekse netværksmiljøer er grunden til, at Spanning Tree blev oprettet. Og nu holder beskyttelsen fra protokollen mod looping på en måde disse miljøer tilbage fra deres fulde potentiale.
En raffineret version af protokollen kaldet Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) blev udviklet til at anvende virtuelle LAN'er og gøre det muligt for flere netværksstier at være åbne på samme tid, mens de stadig forhindrede løkker i at dannes. Men selv med MSTP forbliver en del potentielle datastier lukkede på et givet netværk, der anvender protokollen.
Der har været mange ikke-standardiserede, uafhængige forsøg på at forbedre båndbreddebegrænsningerne for Spanning Tree gennem årene. Selvom designerne af nogle af dem har hævdet succes i deres bestræbelser, er de fleste ikke fuldstændigt kompatible med kerneprotokollen, hvilket betyder, at organisationer enten skal bruge de ikke-standardiserede ændringer på alle deres enheder eller finde en måde at tillade dem at eksistere med kontakter, der kører standard Spanning Tree. I de fleste tilfælde er omkostningerne ved at vedligeholde og understøtte flere varianter af Spanning Tree ikke besværet værd.
Vil Spanning Tree fortsætte i fremtiden?
Bortset fra begrænsningerne i båndbredde på grund af, at Spanning Tree lukker netværksstier, er der ikke mange tanker eller kræfter i at erstatte protokollen. Selvom IEEE lejlighedsvis udgiver opdateringer for at forsøge at gøre det mere effektivt, er de altid bagudkompatible med eksisterende versioner af protokollen.
På en måde følger Spanning Tree reglen om "Hvis det ikke er i stykker, så lad være med at reparere det." Spanning Tree kører uafhængigt i baggrunden af de fleste netværk for at holde trafikken flydende, forhindre nedbrudsfremkaldende sløjfer i at dannes og dirigere trafik rundt om problemer, så slutbrugere aldrig ved, om deres netværk oplever midlertidige forstyrrelser som en del af dets daglige dagdrift. I mellemtiden, på backend, kan administratorer tilføje nye enheder til deres netværk uden at tænke for meget over, hvorvidt de vil være i stand til at kommunikere med resten af netværket eller omverdenen.
På grund af alt det er det sandsynligt, at Spanning Tree vil forblive i brug i mange år fremover. Der kan være nogle mindre opdateringer fra tid til anden, men den centrale Spanning Tree Protocol og alle de kritiske funktioner, den udfører, er sandsynligvis kommet for at blive.
Indlægstid: 07-november 2023
