Das Spanning-Baumprotokoll, das manchmal gerade als Spanning-Baum bezeichnet wird, ist die Waze oder Mapquest moderner Ethernet-Netzwerke, die den Verkehr entlang der effizientesten Route basierend auf Echtzeitbedingungen leitet.
Basierend auf einem Algorithmus, der 1985 von American Informationist Radia Perlman für die Digital Equipment Corporation (DEC) erstellt wurde, besteht der Hauptzweck des Spanning Tree darin, redundante Verbindungen und die Schleife von Kommunikationspfaden in komplexen Netzwerkkonfigurationen zu verhindern. Als Sekundärfunktion kann Spanning Tree Pakete an Trouble -Spots weiterleiten, um sicherzustellen, dass die Kommunikation durch Netzwerke wickeln kann, bei denen möglicherweise Störungen auftreten.
Spanning Tree Topology vs. Ringtopologie
Als Organisationen in den 1980er Jahren gerade ihre Computer vernetzten, war eine der beliebtesten Konfigurationen das Ring -Netzwerk. Zum Beispiel stellte IBM 1985 seine proprietäre Token -Ring -Technologie ein.
In einer Ring -Netzwerk -Topologie verbindet sich jeder Knoten mit zwei anderen, eine, die sich vor dem Ring befindet, und einen, der dahinter positioniert ist. Signalen Signalen nur in einzelner Richtung um den Ring wandern, wobei jeder Knoten auf dem Weg alle Pakete abgibt, die um den Ring herumschleifen.
Während einfache Ringnetzwerke gut funktionieren, wenn nur eine Handvoll Computer vorliegen, werden Ringe ineffizient, wenn ein Netzwerk Hunderte oder Tausende von Geräten hinzugefügt werden. Ein Computer muss möglicherweise Pakete über Hunderte von Knoten senden, um Informationen mit einem anderen System in einem angrenzenden Raum zu teilen. Bandbreite und Durchsatz werden ebenfalls zu einem Problem, wenn der Verkehr nur in eine Richtung fließen kann, ohne Sicherungsplan, wenn ein Knoten auf dem Weg gebrochen oder überlastet wird.
In den 90ern, als Ethernet schneller wurde (100 Mbit/Sek. Fast Ethernet wurde 1995 eingeführt) und die Kosten eines Ethernet -Netzwerks (Bridges, Switches, Cabling) wurden deutlich billiger als Token -Ring, Spanning Tree gewann die LAN -Topologiekriege und Token Ring verblasste schnell.
Wie Spanning Tree funktioniert
Spanning Tree ist ein Weiterleitungsprotokoll für Datenpakete. Es ist ein Teil des Verkehrs -Cop und ein Teil der Bauingenieur für die Netzwerkstraßen, die Daten durchlaufen. Es befindet sich in Layer 2 (Datenverbindungsschicht). Daher befasst sich lediglich mit dem Umzug von Paketen in ihr geeignetes Ziel, nicht welche Art von Paketen gesendet werden oder welche Daten sie enthalten.
Spanning Tree ist so allgegenwärtig geworden, dass seine Verwendung in der definiert istIEEE 802.1D Networking Standard. Wie im Standard definiert, kann zwischen zwei beliebigen Endpunkten oder Stationen nur ein aktiver Pfad bestehen, damit sie ordnungsgemäß funktionieren.
Spanning Tree soll die Möglichkeit beseitigen, dass die Datenüberwachung zwischen Netzwerksegmenten in einer Schleife stecken bleiben. Im Allgemeinen verwirren Loops den in Netzwerkgeräten installierten Weiterleitungsalgorithmus, sodass das Gerät nicht mehr weiß, wo sie Pakete senden sollen. Dies kann zur Duplikation von Frames oder zur Weiterleitung von doppelten Paketen an mehrere Ziele führen. Nachrichten können wiederholt werden. Kommunikation kann an einen Absender zurückkommen. Es kann sogar ein Netzwerk zum Absturz bringen, wenn zu viele Loops auftreten, und die Bandbreite ohne nennenswerte Gewinne auffressen, während andere nicht geschlossene Verkehrsverkehrs durch den Durchstieg blockiert werden.
Das Spanning Tree -Protokollverhindert, dass Schleifen bildenDurch Schließen aller bis auf einen möglichen Weg für jedes Datenpaket. Schaltet ein Netzwerk verwenden Spanning Tree, um Rootpfade und -brücken zu definieren, bei denen Daten reisen können, und doppelte Pfade funktionell schließen, wodurch sie inaktiv und unbrauchbar werden, während ein primärer Pfad verfügbar ist.
Das Ergebnis ist, dass die Netzwerkkommunikation unabhängig davon, wie komplex oder groß ein Netzwerk wird, nahtlos fließen. In gewisser Weise erstellt Spanning Tree einzelne Pfade über ein Netzwerk, damit Daten mit Software genauso wie Netzwerkingenieure Hardware in den alten Loop -Netzwerken bewegt haben.
Zusätzliche Vorteile von Spanning Tree
Der Hauptgrund, warum es sich um einen Baum handelt, besteht darin, die Möglichkeit der Routing -Schleifen innerhalb eines Netzwerks zu beseitigen. Aber es gibt auch andere Vorteile.
Da Spanning Tree ständig nach dem Aufwand für Datenpakete sucht und definiert, welche Netzwerkpfade verfügbar sind, kann er feststellen, ob ein Knoten, der entlang eines dieser primären Pfade sitzt, deaktiviert wurde. Dies kann aus einer Vielzahl von Gründen geschehen, die von einem Hardwarefehler bis zu einer neuen Netzwerkkonfiguration reichen. Es kann sogar eine vorübergehende Situation sein, die auf Bandbreite oder anderen Faktoren basiert.
Wenn der Spannungsbaum feststellt, dass ein primärer Pfad nicht mehr aktiv ist, kann er schnell einen anderen Weg öffnen, der zuvor geschlossen wurde. Anschließend können Daten um den Schwierigkeitenspot gesendet werden, schließlich den Umweg als neuer primärer Pfad oder das Versenden von Paketen an die ursprüngliche Brücke zurücksenden, falls sie erneut verfügbar sein sollte.
Während der ursprüngliche Spanning -Baum bei Bedarf diese neuen Verbindungen relativ schnell herstellte, führte die IEEE 2001 das schnelle Spanning Tree Protocol (RSTP) ein. RSTP wurde auch als 802.1W -Version des Protokolls bezeichnet und bietet als Reaktion auf Netzwerkänderungen, temporäre Ausfälle oder den direkten Ausfall der Komponenten eine erheblich schnellere Wiederherstellung.
Während RSTP neue Pfadkonvergenzverhalten und Brückenanschlussrollen einführte, um den Prozess zu beschleunigen, wurde es auch so konzipiert, dass er vollständig mit dem ursprünglichen Spanning -Baum kompatibel ist. Daher ist es möglich, dass Geräte mit beiden Versionen des Protokolls zusammen im selben Netzwerk arbeiten.
Mängel von Spanning Tree
Während Spanning Tree in den vielen Jahren nach seiner Einführung allgegenwärtig geworden ist, gibt es diejenigen, die argumentieren, dass es istZeit ist gekommen. Der größte Fehler beim Spanning Tree ist, dass er potenzielle Schleifen innerhalb eines Netzwerks abschließt, indem potenzielle Wege abgeschaltet wird, auf denen Daten reisen könnten. In einem bestimmten Netzwerk mit Spanning Tree sind etwa 40% der potenziellen Netzwerkpfade für Daten geschlossen.
In äußerst komplexen Netzwerkumgebungen, wie beispielsweise in Rechenzentren, ist die Fähigkeit, schnell zu skalieren, um die Nachfrage zu befriedigen. Ohne die durch Spanning Tree auferlegten Einschränkungen könnten Rechenzentren eine viel mehr Bandbreite öffnen, ohne dass zusätzliche Netzwerkhardware erforderlich ist. Dies ist eine Art ironische Situation, da komplexe Netzwerkumgebungen der Grund sind, warum Spanning Tree erstellt wurde. Und nun ist der Schutz des Protokolls gegen Schleifen in gewisser Weise, diese Umgebungen von ihrem vollen Potenzial zurückzuhalten.
Eine verfeinerte Version des Protokolls namens Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) wurde entwickelt, um virtuelle LANs zu verwenden und gleichzeitig mehr Netzwerkpfade zu öffnen und gleichzeitig zu verhindern, dass sich Schleifen bilden. Aber auch bei MSTP bleiben einige potenzielle Datenpfade in einem bestimmten Netzwerk, das das Protokoll einsetzt, geschlossen.
Es gab viele nicht standardisierte, unabhängige Versuche, die Bandbreitenbeschränkungen von Spanning Tree im Laufe der Jahre zu verbessern. Während die Designer einiger von ihnen bei ihren Bemühungen Erfolg haben, sind die meisten nicht vollständig mit dem Kernprotokoll kompatibel, was bedeutet Switches laufen Standardspannungsbaum. In den meisten Fällen sind die Kosten für die Aufrechterhaltung und Unterstützung mehrerer Geschmacksrichtungen von Spanning Tree nicht die Mühe wert.
Wird Spanning Tree in Zukunft fortgesetzt?
Abgesehen von den Einschränkungen der Bandbreite aufgrund von Spanning Tree Closing Network -Pfaden werden nicht viel Gedanken oder Anstrengungen unternommen, um das Protokoll zu ersetzen. Obwohl IEEE gelegentlich Updates veröffentlicht, um es effizienter zu gestalten, sind sie immer rückwärts kompatibel mit vorhandenen Versionen des Protokolls.
In gewisser Weise folgt Spanning Tree der Regel „Wenn es nicht kaputt geht, reparieren Sie es nicht.“ Der Spanning Tree läuft unabhängig im Hintergrund der meisten Netzwerke, um den Verkehr zu halten, zu verhindern, dass Crash-incing-Schleifen sich bilden, und den Verkehr um Trouble-Spots zu leiten, damit Endbenutzer nicht einmal wissen, ob ihr Netzwerk als Teil seines Tags vorübergehend Störungen erfährt. Tagesbetrieb. In der Zwischenzeit können Administratoren im Backend ihren Netzwerken neue Geräte hinzufügen, ohne allzu viel darüber nachzudenken, ob sie mit dem Rest des Netzwerks oder der Außenwelt kommunizieren können oder nicht.
Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass Spanning Tree für viele Jahre in Gebrauch bleibt. Von Zeit zu Zeit gibt es einige kleinere Aktualisierungen, aber das Kernprotokoll und alle kritischen Merkmale, die es ausführt, sind wahrscheinlich hier, um zu bleiben.
Postzeit: Nov.-07-2023
