Spanning Tree Protocol ซึ่งบางครั้งเรียกว่า Spanning Tree คือ Waze หรือ MapQuest ของเครือข่ายอีเทอร์เน็ตสมัยใหม่ ซึ่งกำหนดทิศทางการรับส่งข้อมูลตามเส้นทางที่มีประสิทธิภาพสูงสุดตามเงื่อนไขแบบเรียลไทม์
ตามอัลกอริทึมที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ชาวอเมริกัน Radia Perlman ขณะที่เธอทำงานให้กับ Digital Equipment Corporation (DEC) ในปี 1985 วัตถุประสงค์หลักของ Spanning Tree คือการป้องกันลิงก์ที่ซ้ำซ้อนและการวนซ้ำของเส้นทางการสื่อสารในการกำหนดค่าเครือข่ายที่ซับซ้อน ในฐานะฟังก์ชันรอง Spanning Tree สามารถกำหนดเส้นทางแพ็กเก็ตไปยังจุดที่มีปัญหาเพื่อให้แน่ใจว่าการสื่อสารสามารถผ่านเครือข่ายที่อาจประสบปัญหาการหยุดชะงักได้
โทโพโลยีแบบ Spanning Tree กับโทโพโลยีแบบวงแหวน
เมื่อองค์กรต่างๆ เพิ่งเริ่มสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์ของตนในช่วงทศวรรษ 1980 การกำหนดค่าที่ได้รับความนิยมมากที่สุดประการหนึ่งคือเครือข่ายแบบวงแหวน ตัวอย่างเช่น IBM เปิดตัวเทคโนโลยี Token Ring ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนในปี 1985
ในโทโพโลยีเครือข่ายแบบวงแหวน แต่ละโหนดจะเชื่อมต่อกับโหนดอื่นอีกสองโหนด โดยโหนดหนึ่งจะอยู่ข้างหน้าบนวงแหวนและอีกโหนดหนึ่งจะอยู่ด้านหลัง สัญญาณจะเดินทางรอบวงแหวนในทิศทางเดียวเท่านั้น โดยแต่ละโหนดจะกระจายแพ็กเก็ตใดๆ และทั้งหมดวนรอบวงแหวนไปตามทาง
แม้ว่าเครือข่ายแบบวงแหวนธรรมดาจะทำงานได้ดีเมื่อมีคอมพิวเตอร์เพียงไม่กี่เครื่อง แต่วงแหวนจะไม่มีประสิทธิภาพเมื่อมีการเพิ่มอุปกรณ์นับร้อยหรือหลายพันเครื่องในเครือข่าย คอมพิวเตอร์อาจจำเป็นต้องส่งแพ็กเก็ตผ่านโหนดหลายร้อยโหนดเพื่อแบ่งปันข้อมูลกับระบบอื่นในห้องที่อยู่ติดกัน แบนด์วิดท์และทรูพุตยังกลายเป็นปัญหาเมื่อการรับส่งข้อมูลสามารถไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น โดยไม่มีแผนสำรองหากโหนดระหว่างทางเสียหายหรือแออัดจนเกินไป
ในยุค 90 เมื่ออีเทอร์เน็ตทำงานเร็วขึ้น (100Mbit/วินาที Fast Ethernet เปิดตัวในปี 1995) และค่าใช้จ่ายของเครือข่ายอีเธอร์เน็ต (บริดจ์ สวิตช์ การเดินสาย) ก็มีราคาถูกกว่า Token Ring อย่างมาก Spanning Tree ชนะสงครามโทโพโลยี LAN และโทเค็น แหวนก็หายไปอย่างรวดเร็ว
Spanning Tree ทำงานอย่างไร
Spanning Tree เป็นโปรโตคอลการส่งต่อสำหรับแพ็กเก็ตข้อมูล เป็นส่วนหนึ่งของตำรวจจราจร และวิศวกรโยธาอีกส่วนหนึ่ง สำหรับเครือข่ายทางหลวงที่ข้อมูลเดินทางผ่าน มันอยู่ที่เลเยอร์ 2 (ดาต้าลิงก์เลเยอร์) ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับการย้ายแพ็กเก็ตไปยังปลายทางที่เหมาะสม ไม่ใช่แพ็กเก็ตประเภทใดที่ถูกส่งหรือข้อมูลที่มีอยู่
Spanning Tree แพร่หลายมากจนมีการกำหนดการใช้งานไว้ในมาตรฐานเครือข่าย IEEE 802.1D- ตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน จะมีเส้นทางที่ใช้งานอยู่ได้เพียงเส้นทางเดียวเท่านั้นระหว่างจุดปลายหรือสถานีสองแห่งเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง
Spanning Tree ได้รับการออกแบบมาเพื่อขจัดความเป็นไปได้ที่ข้อมูลที่ส่งผ่านระหว่างส่วนเครือข่ายจะติดอยู่ในลูป โดยทั่วไป ลูปจะสับสนกับอัลกอริธึมการส่งต่อที่ติดตั้งในอุปกรณ์เครือข่าย ทำให้อุปกรณ์ไม่รู้ว่าจะส่งแพ็กเก็ตไปที่ใดอีกต่อไป ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการทำซ้ำของเฟรมหรือการส่งต่อแพ็กเก็ตที่ซ้ำกันไปยังปลายทางหลายแห่ง ข้อความสามารถทำซ้ำได้ การสื่อสารสามารถตีกลับไปยังผู้ส่งได้ มันอาจทำให้เครือข่ายพังได้หากมีการวนซ้ำมากเกินไป ทำให้กินแบนด์วิธโดยไม่ได้รับผลประโยชน์ใดๆ ขณะเดียวกันก็บล็อกการรับส่งข้อมูลที่ไม่วนซ้ำอื่นๆ ไม่ให้ผ่านไปได้
โปรโตคอล Spanning Treeหยุดการวนซ้ำจากการขึ้นรูปโดยการปิดเส้นทางที่เป็นไปได้ทั้งหมดยกเว้นเส้นทางเดียวที่เป็นไปได้สำหรับแต่ละแพ็กเก็ตข้อมูล สวิตช์บนเครือข่ายใช้ Spanning Tree เพื่อกำหนดเส้นทางรูทและบริดจ์ที่ข้อมูลสามารถเดินทางได้ และปิดเส้นทางที่ซ้ำกันตามหน้าที่ ทำให้เส้นทางเหล่านั้นไม่ทำงานและใช้งานไม่ได้ในขณะที่เส้นทางหลักพร้อมใช้งาน
ผลลัพธ์ก็คือการสื่อสารผ่านเครือข่ายไหลได้อย่างราบรื่น ไม่ว่าเครือข่ายจะซับซ้อนหรือกว้างใหญ่เพียงใด ในทางหนึ่ง Spanning Tree จะสร้างเส้นทางเดียวผ่านเครือข่ายเพื่อให้ข้อมูลเดินทางโดยใช้ซอฟต์แวร์ในลักษณะเดียวกับที่วิศวกรเครือข่ายใช้ฮาร์ดแวร์บนเครือข่ายลูปเก่า
ประโยชน์เพิ่มเติมของ Spanning Tree
เหตุผลหลักที่ใช้ Spanning Tree คือ เพื่อลดความเป็นไปได้ของการกำหนดเส้นทางลูปภายในเครือข่าย แต่ก็มีข้อดีอื่น ๆ เช่นกัน
เนื่องจาก Spanning Tree ค้นหาและกำหนดเส้นทางเครือข่ายที่พร้อมใช้งานสำหรับแพ็กเก็ตข้อมูลอย่างต่อเนื่อง จึงสามารถตรวจจับได้ว่าโหนดที่อยู่ในเส้นทางหลักเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งเหล่านั้นถูกปิดใช้งานหรือไม่ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ ตั้งแต่ความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์ไปจนถึงการกำหนดค่าเครือข่ายใหม่ อาจเป็นสถานการณ์ชั่วคราวโดยขึ้นอยู่กับแบนด์วิธหรือปัจจัยอื่นๆ
เมื่อ Spanning Tree ตรวจพบว่าเส้นทางหลักไม่ได้ใช้งานอีกต่อไปแล้ว ก็จะสามารถเปิดเส้นทางอื่นที่ถูกปิดก่อนหน้านี้ได้อย่างรวดเร็ว จากนั้นจะสามารถส่งข้อมูลไปรอบๆ จุดที่เกิดปัญหา ในที่สุดก็กำหนดทางเบี่ยงเป็นเส้นทางหลักใหม่ หรือส่งแพ็กเก็ตกลับไปยังบริดจ์เดิมหากมีให้บริการอีกครั้ง
แม้ว่า Spanning Tree ดั้งเดิมจะค่อนข้างรวดเร็วในการเชื่อมต่อใหม่เหล่านั้นตามความจำเป็น ในปี 2544 IEEE ได้เปิดตัว Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) RSTP หรือที่เรียกอีกอย่างว่าโปรโตคอลเวอร์ชัน 802.1w ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การกู้คืนเร็วขึ้นอย่างมากเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของเครือข่าย การหยุดทำงานชั่วคราว หรือความล้มเหลวของส่วนประกอบโดยสิ้นเชิง
และในขณะที่ RSTP นำเสนอพฤติกรรมการบรรจบกันของเส้นทางใหม่และบทบาทของพอร์ตบริดจ์เพื่อเร่งกระบวนการ แต่ยังได้รับการออกแบบให้เข้ากันได้กับ Spanning Tree ดั้งเดิมอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่อุปกรณ์ที่มีโปรโตคอลทั้งสองเวอร์ชันจะทำงานร่วมกันบนเครือข่ายเดียวกันได้
ข้อบกพร่องของ Spanning Tree
แม้ว่า Spanning Tree จะแพร่หลายไปทั่วในช่วงหลายปีหลังการเปิดตัว แต่ก็มีผู้ที่แย้งว่าถึงเวลาแล้ว- ข้อผิดพลาดที่ใหญ่ที่สุดของ Spanning Tree คือการปิดลูปที่อาจเกิดขึ้นภายในเครือข่ายโดยการปิดเส้นทางที่เป็นไปได้ที่ข้อมูลสามารถเดินทางได้ ในเครือข่ายใดก็ตามที่ใช้ Spanning Tree ประมาณ 40% ของเส้นทางเครือข่ายที่เป็นไปได้จะถูกปิดไปยังข้อมูล
ในสภาพแวดล้อมเครือข่ายที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง เช่น ที่พบในศูนย์ข้อมูล ความสามารถในการขยายขนาดอย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองความต้องการถือเป็นสิ่งสำคัญ หากไม่มีข้อจำกัดที่กำหนดโดย Spanning Tree ศูนย์ข้อมูลสามารถเปิดแบนด์วิธได้มากขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์เครือข่ายเพิ่มเติม นี่เป็นสถานการณ์ที่น่าขัน เนื่องจากสภาพแวดล้อมเครือข่ายที่ซับซ้อนเป็นเหตุให้ Spanning Tree ถูกสร้างขึ้น และตอนนี้การป้องกันที่ได้รับจากโปรโตคอลจากการวนซ้ำก็ช่วยรั้งสภาพแวดล้อมเหล่านั้นกลับจากศักยภาพสูงสุด
เวอร์ชันที่ได้รับการปรับปรุงของโปรโตคอลที่เรียกว่า Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) ได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ LAN เสมือน และเปิดใช้งานเส้นทางเครือข่ายเพิ่มเติมให้เปิดในเวลาเดียวกัน ในขณะที่ยังคงป้องกันไม่ให้เกิดลูป แต่ถึงแม้จะมี MSTP เส้นทางข้อมูลที่เป็นไปได้ค่อนข้างน้อยยังคงปิดอยู่ในเครือข่ายใดก็ตามที่ใช้โปรโตคอล
มีความพยายามที่ไม่ได้มาตรฐานและเป็นอิสระหลายครั้งในการปรับปรุงข้อจำกัดแบนด์วิธของ Spanning Tree ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แม้ว่านักออกแบบบางคนจะอ้างว่าประสบความสำเร็จในความพยายามของตน แต่ส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้งานร่วมกับโปรโตคอลหลักได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าองค์กรจำเป็นต้องใช้การเปลี่ยนแปลงที่ไม่ได้มาตรฐานบนอุปกรณ์ทั้งหมดของตน หรือค้นหาวิธีที่จะทำให้พวกเขาดำรงอยู่ได้ สวิตช์ที่ใช้ Spanning Tree มาตรฐาน ในกรณีส่วนใหญ่ ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและสนับสนุนรสชาติต่างๆ ของ Spanning Tree นั้นไม่คุ้มค่ากับความพยายาม
Spanning Tree จะดำเนินต่อไปในอนาคตหรือไม่?
นอกเหนือจากข้อจำกัดด้านแบนด์วิดท์เนื่องจากการปิดเส้นทางเครือข่าย Spanning Tree ยังไม่มีการคิดหรือความพยายามมากนักในการเปลี่ยนโปรโตคอล แม้ว่า IEEE จะเผยแพร่การอัปเดตเป็นครั้งคราวเพื่อพยายามทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ก็สามารถใช้งานร่วมกับโปรโตคอลเวอร์ชันเก่าที่มีอยู่ได้เสมอ
ในแง่หนึ่ง Spanning Tree ยึดถือกฎที่ว่า “ถ้ามันไม่พัง อย่าซ่อม” Spanning Tree ทำงานอย่างเป็นอิสระในพื้นหลังของเครือข่ายส่วนใหญ่เพื่อให้การรับส่งข้อมูลไหลลื่น ป้องกันลูปที่ก่อให้เกิดข้อขัดข้องไม่ให้ก่อตัว และกำหนดเส้นทางการรับส่งข้อมูลรอบจุดที่เกิดปัญหา เพื่อให้ผู้ใช้ปลายทางไม่ทราบด้วยซ้ำว่าเครือข่ายของตนประสบปัญหาการหยุดชะงักชั่วคราวซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันหรือไม่ การดำเนินงานวัน ในขณะเดียวกัน ในส่วนแบ็กเอนด์ ผู้ดูแลระบบสามารถเพิ่มอุปกรณ์ใหม่ลงในเครือข่ายได้โดยไม่ต้องคิดมากเกินไปว่าจะสามารถสื่อสารกับส่วนที่เหลือของเครือข่ายหรือโลกภายนอกได้หรือไม่
ด้วยเหตุนี้ Spanning Tree จึงมีแนวโน้มว่าจะยังคงใช้งานต่อไปอีกหลายปี อาจมีการอัปเดตเล็กๆ น้อยๆ บ้างเป็นครั้งคราว แต่ Spanning Tree Protocol หลักและคุณสมบัติสำคัญทั้งหมดที่โปรโตคอลดำเนินการนั้นน่าจะยังคงอยู่ต่อไป
เวลาโพสต์: 07 พ.ย.-2023
