O protocolo de árbores de extensión, ás veces só se denomina árbore de abundancia, é o Waze ou MapQuest das modernas redes Ethernet, dirixindo o tráfico ao longo da ruta máis eficiente en función das condicións en tempo real.
Baseado nun algoritmo creado pola científica informática estadounidense Radia Perlman mentres traballaba para Digital Equipment Corporation (DEC) en 1985, o propósito principal de abarcar a árbore é evitar vínculos redundantes e o bucle de vías de comunicación en complexas configuracións de rede. Como función secundaria, a árbore de extensión pode dirixir paquetes en torno a puntos de problemas para asegurarse de que as comunicacións sexan capaces de pasar a través de redes que poden estar experimentando interrupcións.
Topoloxía de árbores abarcador vs. topoloxía do anel
Cando as organizacións estaban empezando a conectar os seus ordenadores na década de 1980, unha das configuracións máis populares foi a rede de aneis. Por exemplo, IBM introduciu a súa tecnoloxía de anel de token propietaria en 1985.
Nunha topoloxía da rede de aneis, cada nodo conecta con outros dous, un que se atopa por diante do ring e outro que está situado detrás dela. Os sinais só viaxan ao redor do ring nunha única dirección, con cada nodo ao longo do camiño entregando todos os paquetes que se lanzan ao redor do ring.
Aínda que as redes simples de aneis funcionan ben cando só hai un puñado de ordenadores, os aneis fanse ineficientes cando se engaden centos ou miles de dispositivos a unha rede. Un ordenador pode ter que enviar paquetes a través de centos de nodos só para compartir información con outro sistema nunha habitación adxacente. O ancho de banda e o rendemento tamén se converten nun problema cando o tráfico só pode fluír nunha dirección, sen ningún plan de copia de seguridade se un nodo ao longo do camiño se rompe ou excesivamente conxestionado.
Nos anos 90, a medida que Ethernet foi máis rápido (100mbit/seg. Fast Ethernet foi introducido en 1995) e o custo dunha rede Ethernet (pontes, interruptores, cableado) volveuse significativamente máis barato que o anel de token, Spanning Tree gañou as guerras de topoloxía LAN e o token O anel esvaeceuse rapidamente.
Como funciona a árbore de extensión
Spanning Tree é un protocolo de reenvío para os paquetes de datos. É unha parte de policía de tráfico e unha parte enxeñeiro civil para as estradas da rede que percorre os datos. Situa na capa 2 (capa de enlace de datos), polo que simplemente está preocupado por mover paquetes ao seu destino adecuado, non que tipo de paquetes se están enviando ou os datos que conteñen.
A árbore de extensión fíxose tan omnipresente que o seu uso está definido noEstándar de rede IEEE 802.1D. Como se define no estándar, só pode existir unha ruta activa entre dous endpoints ou estacións para que funcionen correctamente.
A árbore de Spanning está deseñada para eliminar a posibilidade de que os datos que pasen entre segmentos de rede se peguen nun bucle. En xeral, os bucles confunden o algoritmo de reenvío instalado en dispositivos de rede, polo que o dispositivo xa non sabe onde enviar paquetes. Isto pode producir a duplicación de cadros ou o reenvío de paquetes duplicados a varios destinos. As mensaxes poden repetirse. As comunicacións poden volver a un remitente. Incluso pode caer unha rede se comezan a producirse demasiados bucles, comendo ancho de banda sen beneficios apreciables ao tempo que bloquean outro tráfico non en bucle.
O protocolo de árbores de extensiónimpide que os lazos se formenAo pechar toda a vía posible para cada paquete de datos. Cambia unha árbore de uso de rede para definir rutas e pontes raíz onde os datos poden viaxar e pechar funcionalmente os camiños duplicados, facéndoos inactivos e inutilizables mentres se dispón dunha ruta primaria.
O resultado é que as comunicacións de rede flúen perfectamente independentemente do complexo ou amplo que sexa unha rede. En certo xeito, Spanning Tree crea camiños individuais a través dunha rede para que os datos viaxen usando software do mesmo xeito que os enxeñeiros de rede fixeron usando hardware nas antigas redes de bucle.
Beneficios adicionais de Spanning Tree
A razón principal que se usa é a posibilidade de enrutar bucles dentro dunha rede. Pero tamén hai outras vantaxes.
Debido a que Spanning Tree está a buscar e definir constantemente que rutas de rede están dispoñibles para que os paquetes de datos percorren, pode detectar se se desactivou un nodo sentado por un destes camiños primarios. Isto pode suceder por varias razóns que van desde un fallo de hardware ata unha nova configuración de rede. Incluso pode ser unha situación temporal baseada no ancho de banda ou outros factores.
Cando a árbore abarca detecta que un camiño primario xa non está activo, pode abrir rapidamente outro camiño que fora pechado anteriormente. A continuación, pode enviar datos ao redor do punto de problemas, eventualmente designando o desvío como o novo camiño primario ou enviando paquetes de volta á ponte orixinal se volva estar dispoñible.
Aínda que a árbore de extensión orixinal foi relativamente rápida para facer esas novas conexións segundo fose necesario, no 2001 o IEEE introduciu o protocolo de árbore rápida (RSTP). Tamén se denomina a versión 802.1W do protocolo, RSTP foi deseñado para proporcionar unha recuperación significativamente máis rápida en resposta a cambios de rede, interrupcións temporais ou o fallo directo dos compoñentes.
E mentres RSTP introduciu novos comportamentos de converxencia de ruta e papeis do porto de ponte para acelerar o proceso, tamén foi deseñado para ser totalmente cara atrás compatible coa árbore de extensión orixinal. Polo tanto, é posible que os dispositivos con ambas versións do protocolo funcionen xuntos na mesma rede.
Deficiencias de árbore de extensión
Aínda que a árbore abarcadora volveuse omnipresente ao longo dos moitos anos seguintes á súa introdución, hai quen sostén que é asíchegou o tempo. A maior falla de Spanning Tree é que pecha os bucles potenciais dentro dunha rede ao pechar vías potenciais onde os datos poden viaxar. En calquera rede dada usando a árbore de extensión, preto do 40% das vías de rede potenciais están pechadas aos datos.
En contornas de rede extremadamente complexas, como os atopados dentro dos centros de datos, a capacidade de ampliar rapidamente para satisfacer a demanda é fundamental. Sen as limitacións impostas por Spanning Tree, os centros de datos poderían abrir moito máis ancho de banda sen necesidade de hardware adicional en rede. Esta é unha especie de situación irónica, porque os contornos de rede complexos son por iso que se creou a árbore de extensión. E agora a protección proporcionada polo protocolo contra o bucle é, en certo xeito, manter eses ambientes de volta a todo o seu potencial.
Desenvolveuse unha versión refinada do protocolo chamado Tree Spanning Spanning (MSTP) para empregar LANs virtuais e permitir que se abran máis rutas de rede ao mesmo tempo, aínda que impide que os bucles se formen. Pero incluso con MSTP, algunhas vías de datos potenciais permanecen pechadas en calquera rede dada que empregue o protocolo.
Houbo moitos intentos independentes non estándar e independentes de mellorar as restricións de ancho de banda da árbore de extensión ao longo dos anos. Aínda que os deseñadores dalgúns deles reclamaron éxito nos seus esforzos, a maioría non é completamente compatible co protocolo principal, o que significa que as organizacións necesitan empregar os cambios non estándar en todos os seus dispositivos ou atopar algún xeito de permitirlles existir con Cambios de execución de árbore de extensión estándar. Na maioría dos casos, os custos de manter e apoiar múltiples sabores da árbore de extensión non pagan a pena o esforzo.
¿Continuará a árbore que abarca no futuro?
Á parte das limitacións do ancho de banda debido a que abarcan as rutas de rede de peche das árbores, non hai moito pensamento nin esforzo para substituír o protocolo. Aínda que IEEE de cando en vez lanza actualizacións para tentar que sexa máis eficiente, sempre son compatibles cara atrás coas versións existentes do protocolo.
En certo sentido, Spanning Tree segue a regra de "Se non se rompe, non o solucione". A árbore abarcadora corre de forma independente no fondo da maioría das redes para que o tráfico flúa, evite que se formen bucles que provocen accidentes e enruten o tráfico en torno a puntos de problemas para que os usuarios finais nin sequera saiban se a súa rede experimenta interrupcións temporalmente como parte do seu día a día operacións de día. Mentres tanto, no backend, os administradores poden engadir novos dispositivos ás súas redes sen pensar demasiado sobre se poderán comunicar ou non co resto da rede ou co mundo exterior.
Por todo iso, é probable que a árbore de extensión permaneza en uso durante moitos anos próximos. Pode haber algunhas pequenas actualizacións de cando en vez, pero o núcleo de protocolo de árbores núcleo e todas as características críticas que realiza probablemente estean aquí para quedar.
Tempo de publicación: novembro-07-2023
