โปรโตคอลต้นไม้ Spanning คืออะไร?

โปรโตคอลต้นไม้ที่ทอดบางครั้งเพิ่งเรียกว่าต้นไม้ที่ทอดคือ waze หรือ mapQuest ของเครือข่ายอีเธอร์เน็ตที่ทันสมัยโดยกำกับการจราจรตามเส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดตามเงื่อนไขแบบเรียลไทม์

จากอัลกอริทึมที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ชาวอเมริกัน Radia Perlman ในขณะที่เธอทำงานให้กับ Digital Equipment Corporation (DEC) ในปี 1985 วัตถุประสงค์หลักของการขยายต้นไม้คือการป้องกันการเชื่อมโยงซ้ำซ้อนและการวนรอบเส้นทางการสื่อสารในการกำหนดค่าเครือข่ายที่ซับซ้อน ในฐานะที่เป็นฟังก์ชันทุติยภูมิ Spanning Tree สามารถกำหนดเส้นทางแพ็คเก็ตรอบจุดที่มีปัญหาเพื่อให้แน่ใจว่าการสื่อสารสามารถหมุนผ่านเครือข่ายที่อาจประสบปัญหาการหยุดชะงัก

Spanning Tree Topology กับ Topology แหวน

เมื่อองค์กรเพิ่งเริ่มสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์ของพวกเขาในปี 1980 หนึ่งในการกำหนดค่าที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือเครือข่ายแหวน ตัวอย่างเช่น IBM แนะนำเทคโนโลยี Token Ring ที่เป็นกรรมสิทธิ์ในปี 1985

ในทอพอโลยีเครือข่ายวงแหวนแต่ละโหนดเชื่อมต่อกับอีกสองตัวซึ่งอยู่ข้างหน้าบนวงแหวนและอีกโหนดหนึ่งที่อยู่ด้านหลัง สัญญาณจะเดินทางไปรอบ ๆ วงแหวนในทิศทางเดียวโดยแต่ละโหนดไปตามทางส่งแพ็กเก็ตใด ๆ และทั้งหมดวนรอบวงแหวน

ในขณะที่เครือข่ายแหวนแบบง่ายทำงานได้ดีเมื่อมีคอมพิวเตอร์เพียงไม่กี่เครื่อง แต่แหวนจะไม่มีประสิทธิภาพเมื่อมีการเพิ่มอุปกรณ์หลายร้อยหรือหลายพันเครื่องลงในเครือข่าย คอมพิวเตอร์อาจต้องส่งแพ็กเก็ตผ่านหลายร้อยโหนดเพื่อแบ่งปันข้อมูลกับระบบอื่นในห้องที่อยู่ติดกัน แบนด์วิดธ์และปริมาณงานยังกลายเป็นปัญหาเมื่อการจราจรสามารถไหลได้ในทิศทางเดียวโดยไม่มีแผนสำรองหากโหนดระหว่างทางจะพังหรือแออัดมากเกินไป

ใน 90s เมื่ออีเธอร์เน็ตได้เร็วขึ้น (100mbit/วินาที. ฟิลด์อีเธอร์เน็ตได้รับการแนะนำในปี 2538) และค่าใช้จ่ายของเครือข่ายอีเธอร์เน็ต (สะพานสวิตช์สายเคเบิล) ก็ถูกกว่าวงแหวนโทเค็นอย่างมีนัยสำคัญ แหวนจางหายไปอย่างรวดเร็ว

ต้นไม้ขยายได้อย่างไร

-ลงทะเบียนตอนนี้สำหรับงานสุดท้ายในอนาคตของปี! มีการฝึกอบรมการพัฒนาวิชาชีพพิเศษ Futureit New York, 8 พฤศจิกายน]

Tree -Spanning Tree เป็นโปรโตคอลการส่งต่อสำหรับแพ็คเก็ตข้อมูล มันเป็น COP การจราจรส่วนหนึ่งและวิศวกรโยธาส่วนหนึ่งสำหรับทางหลวงเครือข่ายที่ข้อมูลเดินทางผ่าน มันอยู่ที่เลเยอร์ 2 (เลเยอร์ลิงค์ข้อมูล) ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับการย้ายแพ็คเก็ตไปยังปลายทางที่เหมาะสมไม่ใช่แพ็กเก็ตชนิดใดที่ถูกส่งหรือข้อมูลที่มี

ต้นไม้ที่ทอดยาวกลายเป็นที่แพร่หลายจนการใช้งานถูกกำหนดไว้ในมาตรฐานเครือข่าย IEEE 802.1D- ตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐานเพียงเส้นทางเดียวเท่านั้นที่สามารถมีอยู่ระหว่างจุดสิ้นสุดหรือสถานีสองแห่งใด ๆ เพื่อให้พวกเขาทำงานได้อย่างถูกต้อง

Tree -Spanning Tree ได้รับการออกแบบมาเพื่อกำจัดความเป็นไปได้ที่ข้อมูลที่ผ่านระหว่างกลุ่มเครือข่ายจะติดอยู่ในวง โดยทั่วไปลูปสับสนอัลกอริทึมการส่งต่อที่ติดตั้งในอุปกรณ์เครือข่ายทำให้อุปกรณ์ไม่ทราบว่าจะส่งแพ็กเก็ตได้ที่ไหนอีกต่อไป ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการทำซ้ำเฟรมหรือการส่งต่อแพ็คเก็ตซ้ำไปยังหลาย ๆ ปลายทาง ข้อความสามารถทำซ้ำได้ การสื่อสารสามารถย้อนกลับไปหาผู้ส่ง มันอาจทำให้เครือข่ายขัดข้องหากมีลูปมากเกินไปที่จะเริ่มเกิดขึ้นการกินแบนด์วิดท์โดยไม่ได้รับผลประโยชน์ใด ๆ ในขณะที่ปิดกั้นการรับส่งข้อมูลที่ไม่เป็นห่วงอื่น ๆ

โปรโตคอลต้นไม้ที่ทอดหยุดลูปจากการขึ้นรูปโดยการปิดทั้งหมดยกเว้นหนึ่งเส้นทางที่เป็นไปได้สำหรับแต่ละแพ็คเก็ตข้อมูล สวิตช์บนเครือข่ายใช้แผนผังต้นไม้เพื่อกำหนดเส้นทางรูทและสะพานที่ข้อมูลสามารถเดินทางได้และปิดเส้นทางที่ซ้ำกันในการทำงานทำให้ไม่สามารถใช้งานได้และใช้งานไม่ได้ในขณะที่เส้นทางหลักพร้อมใช้งาน

ผลที่ได้คือการไหลของเครือข่ายการไหลอย่างราบรื่นโดยไม่คำนึงถึงความซับซ้อนของเครือข่ายหรือมากมาย ในทางใดทางหนึ่ง Tree จะสร้างเส้นทางเดียวผ่านเครือข่ายสำหรับข้อมูลในการเดินทางโดยใช้ซอฟต์แวร์ในลักษณะเดียวกับที่วิศวกรเครือข่ายใช้ฮาร์ดแวร์บนเครือข่ายลูปเก่า

ประโยชน์เพิ่มเติมของต้นไม้ที่ทอด

เหตุผลหลักที่ครอบคลุมต้นไม้ใช้คือการกำจัดความเป็นไปได้ของการกำหนดเส้นทางลูปภายในเครือข่าย แต่ก็มีข้อดีอื่น ๆ เช่นกัน

เนื่องจาก Tree Spanning กำลังมองหาและกำหนดเส้นทางเครือข่ายที่มีให้สำหรับแพ็คเก็ตข้อมูลที่จะเดินทางผ่านจึงสามารถตรวจจับได้ว่าโหนดนั่งอยู่ตามเส้นทางหลักใดเส้นทางหนึ่งเหล่านั้นถูกปิดใช้งาน สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ด้วยเหตุผลหลายประการตั้งแต่ความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์ไปจนถึงการกำหนดค่าเครือข่ายใหม่ มันอาจเป็นสถานการณ์ชั่วคราวตามแบนด์วิดท์หรือปัจจัยอื่น ๆ

เมื่อ Spanning Tree ตรวจพบว่าเส้นทางหลักไม่ได้ใช้งานอีกต่อไปมันสามารถเปิดเส้นทางอื่นที่ปิดก่อนหน้านี้ได้อย่างรวดเร็ว จากนั้นสามารถส่งข้อมูลรอบ ๆ จุดที่มีปัญหาในที่สุดกำหนดทางอ้อมเป็นเส้นทางหลักใหม่หรือส่งแพ็กเก็ตกลับไปที่สะพานดั้งเดิมหากมีอีกครั้ง

ในขณะที่ต้นไม้ต้นฉบับนั้นค่อนข้างรวดเร็วในการสร้างการเชื่อมต่อใหม่เหล่านั้นตามต้องการในปี 2544 IEEE ได้แนะนำโปรโตคอล Tree Spanning (RSTP) อย่างรวดเร็ว เรียกอีกอย่างว่าโปรโตคอลรุ่น 802.1W RSTP ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การกู้คืนเร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเครือข่ายการหยุดทำงานชั่วคราวหรือความล้มเหลวทันทีของส่วนประกอบ

และในขณะที่ RSTP แนะนำพฤติกรรมการบรรจบกันของเส้นทางใหม่และบทบาทพอร์ตสะพานเพื่อเร่งกระบวนการ แต่ก็ถูกออกแบบมาให้สามารถย้อนหลังได้อย่างสมบูรณ์กับต้นไม้ต้นฉบับ ดังนั้นจึงเป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์ที่มีโปรโตคอลทั้งสองเวอร์ชันทำงานร่วมกันในเครือข่ายเดียวกัน

ข้อบกพร่องของต้นไม้ทอด

ในขณะที่ต้นไม้ประกอบไปด้วยแพร่หลายในช่วงหลายปีที่ผ่านมาหลังจากการแนะนำ แต่ก็มีคนที่โต้แย้งว่ามันเป็นเวลามาแล้ว- ความผิดพลาดที่ใหญ่ที่สุดของการขยายต้นไม้คือการปิดลูปที่อาจเกิดขึ้นภายในเครือข่ายโดยการปิดเส้นทางที่มีศักยภาพซึ่งข้อมูลสามารถเดินทางได้ ในเครือข่ายใด ๆ ที่ใช้ต้นไม้ Spanning ประมาณ 40% ของเส้นทางเครือข่ายที่มีศักยภาพจะปิดให้บริการ

ในสภาพแวดล้อมเครือข่ายที่ซับซ้อนอย่างมากเช่นที่พบภายในศูนย์ข้อมูลความสามารถในการขยายตัวได้อย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองความต้องการเป็นสิ่งสำคัญ หากไม่มีข้อ จำกัด ที่กำหนดโดย Tree ศูนย์ข้อมูลสามารถเปิดแบนด์วิดท์ได้มากขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์เครือข่ายเพิ่มเติม นี่เป็นสถานการณ์ที่น่าขันเพราะสภาพแวดล้อมเครือข่ายที่ซับซ้อนเป็นสาเหตุที่ทำให้ต้นไม้ถูกสร้างขึ้น และตอนนี้การป้องกันที่ได้รับจากโปรโตคอลต่อการวนลูปคือการยึดสภาพแวดล้อมเหล่านั้นกลับมาจากศักยภาพอย่างเต็มที่

โปรโตคอลรุ่นที่ได้รับการปรับปรุงที่เรียกว่า Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) ได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ LAN เสมือนจริงและเปิดใช้งานเส้นทางเครือข่ายเพิ่มเติมที่จะเปิดในเวลาเดียวกันในขณะที่ยังคงป้องกันลูปจากการขึ้นรูป แต่ถึงแม้จะมี MSTP เส้นทางข้อมูลที่มีศักยภาพค่อนข้างน้อยก็ยังคงปิดอยู่ในเครือข่ายใดก็ตามที่ใช้โปรโตคอล

มีความพยายามที่ไม่ได้มาตรฐานและเป็นอิสระมากมายในการปรับปรุงข้อ จำกัด แบนด์วิดท์ของต้นไม้ที่ทอดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ในขณะที่นักออกแบบของพวกเขาบางคนอ้างว่าประสบความสำเร็จในความพยายามของพวกเขาส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้งานได้อย่างสมบูรณ์กับโปรโตคอลหลักซึ่งหมายความว่าองค์กรจำเป็นต้องใช้การเปลี่ยนแปลงที่ไม่ได้มาตรฐานบนอุปกรณ์ทั้งหมดของพวกเขาหรือหาวิธีที่จะช่วยให้พวกเขามีอยู่ด้วย สวิตช์ที่ใช้ทรีสแปนนิ่งมาตรฐาน ในกรณีส่วนใหญ่ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและสนับสนุนหลายรสชาติของต้นไม้ที่ทอดนั้นไม่คุ้มค่ากับความพยายาม

ต้นไม้จะยังคงดำเนินต่อไปในอนาคตหรือไม่?

นอกเหนือจากข้อ จำกัด ในแบนด์วิดท์เนื่องจากเส้นทางเครือข่ายปิดต้นไม้ที่ครอบคลุมยังไม่มีความคิดหรือความพยายามมากนักที่จะแทนที่โปรโตคอล แม้ว่า IEEE บางครั้งจะเผยแพร่การอัปเดตเพื่อลองและทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในแง่หนึ่งซึ่งครอบคลุมต้นไม้เป็นไปตามกฎของ“ ถ้ามันไม่ได้ยากจนอย่าแก้ไข” ต้นไม้ที่ทอดยาวทำงานอย่างอิสระในพื้นหลังของเครือข่ายส่วนใหญ่เพื่อให้การจราจรไหลออกมาป้องกันไม่ การดำเนินงานวัน ในขณะเดียวกันผู้ดูแลระบบสามารถเพิ่มอุปกรณ์ใหม่ลงในเครือข่ายของพวกเขาโดยไม่คิดมากว่าจะสามารถสื่อสารกับส่วนที่เหลือของเครือข่ายหรือโลกภายนอกได้หรือไม่

เพราะทั้งหมดนั้นเป็นไปได้ว่าต้นไม้ที่ทอดยาวจะยังคงใช้งานได้หลายปี อาจมีการอัปเดตเล็กน้อยเป็นครั้งคราว แต่หลักโปรโตคอลต้นไม้ซึ่งเป็นหลักและคุณสมบัติที่สำคัญทั้งหมดที่ดำเนินการอยู่อาจอยู่ที่นี่