O Protocolo Spanning Tree, ás veces coñecido como Spanning Tree, é o Waze ou MapQuest das redes Ethernet modernas, que dirixe o tráfico pola 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 obxectivo principal de Spanning Tree é evitar enlaces redundantes e o bucle de vías de comunicación en configuracións de rede complexas. Como función secundaria, Spanning Tree pode dirixir paquetes por puntos problemáticos para garantir que as comunicacións poidan pasar por redes que poidan estar experimentando interrupcións.
Topoloxía Spanning Tree vs. Topoloxía en anel
Cando as organizacións comezaban a conectar os seus ordenadores en rede na década de 1980, unha das configuracións máis populares era a rede de anel. Por exemplo, IBM presentou a súa tecnoloxía propietaria Token Ring en 1985.
Nunha topoloxía de rede de anel, cada nodo conéctase con outros dous, un que se sitúa por diante do anel e outro que está situado detrás del. Os sinais só viaxan ao redor do anel nunha única dirección, con cada nodo ao longo do camiño entregando todos os paquetes que circulan ao redor do anel.
Aínda que as redes de anel simples funcionan ben cando só hai un puñado de ordenadores, os aneis vólvense ineficientes cando se engaden centos ou miles de dispositivos a unha rede. É posible que un ordenador necesite enviar paquetes a través de centos de nodos só para compartir información con outro sistema nunha sala adxacente. O ancho de banda e o rendemento tamén se converten nun problema cando o tráfico só pode fluír nunha dirección, sen plan de copia de seguridade se un nodo no camiño se rompe ou se conxestiona en exceso.
Nos anos 90, a medida que Ethernet foi máis rápido (100 Mbit/s. Fast Ethernet foi introducido en 1995) e o custo dunha rede Ethernet (pontes, conmutadores, cableado) abarataba significativamente que Token Ring, Spanning Tree gañou as guerras de topoloxía LAN e Token. O anel desapareceu rapidamente.
Como funciona Spanning Tree
Spanning Tree é un protocolo de reenvío de paquetes de datos. É unha parte policía de tráfico e outra parte enxeñeiro civil para as autoestradas da rede polas que viaxan os datos. Sitúase na capa 2 (capa de enlace de datos), polo que simplemente se ocupa de mover os paquetes ao seu destino apropiado, non de que tipo de paquetes se están enviando ou os datos que conteñen.
Spanning Tree tornouse tan omnipresente que o seu uso está definido noEstándar de rede IEEE 802.1D. Tal e como se define no estándar, só pode existir unha ruta activa entre dous puntos finais ou estacións calquera para que funcionen correctamente.
Spanning Tree está deseñado para eliminar a posibilidade de que os datos que pasan entre segmentos de rede queden atascados nun bucle. En xeral, os bucles confunden o algoritmo de reenvío instalado nos dispositivos de rede, polo que o dispositivo xa non sabe onde enviar os paquetes. Isto pode producir a duplicación de fotogramas ou o reenvío de paquetes duplicados a varios destinos. As mensaxes poden repetirse. As comunicacións poden devolverse a un remitente. Incluso pode bloquear unha rede se comezan a producirse demasiados bucles, consumindo ancho de banda sen ganancias apreciables mentres se bloquea o paso doutro tráfico non en bucle.
Protocolo de Spanning Treeimpide que se formen buclespechando todas as vías posibles menos unha para cada paquete de datos. Os interruptores nunha rede usan Spanning Tree para definir camiños raíz e pontes onde os datos poden viaxar, e pechan funcionalmente os camiños duplicados, facéndoos inactivos e inservibles mentres hai un camiño principal dispoñible.
O resultado é que as comunicacións de rede flúen sen problemas independentemente do complexo ou ampla que sexa unha rede. En certo modo, Spanning Tree crea camiños únicos a través dunha rede para que os datos viaxan usando software de forma moi parecida á que facían os enxeñeiros de rede usando hardware nas antigas redes de bucle.
Beneficios adicionais de Spanning Tree
O motivo principal polo que se usa Spanning Tree é para eliminar a posibilidade de enrutar bucles dentro dunha rede. Pero tamén hai outras vantaxes.
Dado que Spanning Tree busca e define constantemente cales son os camiños de rede dispoñibles para os paquetes de datos para viaxar, pode detectar se se desactivou un nodo situado nunha desas rutas principais. Isto pode ocorrer por unha variedade de 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 Spanning Tree detecta que unha ruta principal xa non está activa, pode abrir rapidamente outra ruta que fora pechada previamente. Despois pode enviar datos ao redor do punto problemático, designando finalmente o desvío como a nova ruta principal, ou enviando paquetes de volta á ponte orixinal se volve estar dispoñible.
Aínda que o Spanning Tree orixinal foi relativamente rápido para facer esas novas conexións segundo fose necesario, en 2001 o IEEE introduciu o Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Tamén coñecida como a versión 802.1w do protocolo, RSTP foi deseñado para proporcionar unha recuperación significativamente máis rápida en resposta a cambios na rede, cortes temporais ou a falla total dos compoñentes.
E aínda que RSTP introduciu novos comportamentos de converxencia de camiños e roles de porto ponte para acelerar o proceso, tamén foi deseñado para ser totalmente compatible co Spanning Tree orixinal. Polo tanto, é posible que os dispositivos con ambas versións do protocolo funcionen xuntos na mesma rede.
Deficiencias de Spanning Tree
Aínda que Spanning Tree tornouse omnipresente durante moitos anos despois da súa introdución, hai quen argumenta que échegou o momento. O maior fallo de Spanning Tree é que pecha posibles bucles dentro dunha rede pechando posibles vías onde os datos poden viaxar. En calquera rede que utilice Spanning Tree, preto do 40% das rutas de rede potenciais están pechadas aos datos.
En entornos de rede extremadamente complexos, como os que se atopan nos centros de datos, a capacidade de escalar 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 de rede adicional. Esta é unha situación irónica, porque os contornos complexos de rede son o motivo polo que se creou Spanning Tree. E agora a protección proporcionada polo protocolo contra o looping está, en certo modo, a impedir que eses ambientes teñan todo o seu potencial.
Desenvolveuse unha versión refinada do protocolo chamado Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) para empregar LAN virtuais e permitir que se abran máis rutas de rede ao mesmo tempo, evitando que se formen bucles. Pero mesmo con MSTP, moitas rutas de datos potenciais permanecen pechadas en calquera rede que utilice o protocolo.
Houbo moitos intentos independentes e non estandarizados para mellorar as restricións de ancho de banda de Spanning Tree ao longo dos anos. Aínda que os deseñadores dalgúns deles afirmaron o éxito nos seus esforzos, a maioría non son completamente compatibles co protocolo básico, o que significa que as organizacións deben empregar os cambios non estandarizados en todos os seus dispositivos ou atopar algún xeito de permitirlles existir con interruptores que executan o Spanning Tree estándar. Na maioría dos casos, os custos de mantemento e soporte de varios sabores de Spanning Tree non pagan a pena o esforzo.
¿Continuará Spanning Tree no futuro?
Ademais das limitacións no ancho de banda debido a que Spanning Tree pecha as rutas de rede, non hai moito que pensar ou esforzo para substituír o protocolo. Aínda que IEEE lanza actualizacións ocasionalmente para tentar facelo máis eficiente, sempre son compatibles con versións existentes do protocolo.
En certo sentido, Spanning Tree segue a regra de "Se non está roto, non o arranxes". Spanning Tree execútase de forma independente en segundo plano da maioría das redes para manter o tráfico fluíndo, evitar que se formen bucles que provocan accidentes e dirixir o tráfico por lugares problemáticos para que os usuarios finais nunca saiban se a súa rede experimenta interrupcións temporales como parte do seu día a día. operacións diarias. Mentres tanto, no backend, os administradores poden engadir novos dispositivos ás súas redes sen pensar demasiado en se poderán ou non comunicarse co resto da rede ou co mundo exterior.
Por todo iso, é probable que Spanning Tree siga en uso durante moitos anos. Pode haber algunhas actualizacións menores de cando en vez, pero o protocolo principal de Spanning Tree e todas as funcións críticas que realiza probablemente estean aquí para quedarse.
Hora de publicación: 07-nov-2023
