El protocol Spanning Tree, de vegades conegut com a Spanning Tree, és el Waze o MapQuest de les xarxes Ethernet modernes, dirigint el trànsit per la ruta més eficient en funció de les condicions en temps real.
Basat en un algorisme creat per la informàtica nord-americana Radia Perlman mentre treballava per a Digital Equipment Corporation (DEC) l'any 1985, l'objectiu principal de Spanning Tree és evitar enllaços redundants i el bucle de vies de comunicació en configuracions complexes de xarxa. Com a funció secundària, Spanning Tree pot encaminar paquets per llocs problemàtics per assegurar-se que les comunicacions puguin passar per xarxes que podrien estar experimentant interrupcions.
Topologia d'arbre spanning vs. topologia d'anell
Quan les organitzacions tot just començaven a connectar els seus ordinadors en xarxa als anys vuitanta, una de les configuracions més populars era la xarxa d'anell. Per exemple, IBM va presentar la seva tecnologia patentada Token Ring el 1985.
En una topologia de xarxa d'anell, cada node es connecta amb dos altres, un que es troba davant d'ell a l'anell i un altre que es col·loca darrere d'ell. Els senyals només viatgen al voltant de l'anell en una única direcció, amb cada node al llarg del camí lliurant tots els paquets que circulen al voltant de l'anell.
Tot i que les xarxes d'anell simples funcionen bé quan només hi ha un grapat d'ordinadors, els anells es tornen ineficients quan s'afegeixen centenars o milers de dispositius a una xarxa. És possible que un ordinador hagi d'enviar paquets a través de centenars de nodes només per compartir informació amb un altre sistema d'una habitació adjacent. L'amplada de banda i el rendiment també esdevenen un problema quan el trànsit només pot fluir en una direcció, sense cap pla de còpia de seguretat si un node al llarg del camí es trenca o es congestiona massa.
A la dècada dels 90, a mesura que Ethernet es va fer més ràpid (100 Mbit/s. Fast Ethernet es va introduir el 1995) i el cost d'una xarxa Ethernet (ponts, commutadors, cablejat) es va abaratir significativament que Token Ring, Spanning Tree va guanyar les guerres de topologia LAN i Token. L'anell es va esvair ràpidament.
Com funciona Spanning Tree
Spanning Tree és un protocol de reenviament per a paquets de dades. És una part policia de trànsit i una part enginyer civil per a les carreteres de la xarxa per les quals viatgen les dades. Es troba a la capa 2 (capa d'enllaç de dades), de manera que simplement es preocupa de moure paquets a la seva destinació adequada, no de quin tipus de paquets s'envien o de les dades que contenen.
Spanning Tree s'ha tornat tan omnipresent que el seu ús es defineix en elEstàndard de xarxa IEEE 802.1D. Tal com es defineix a l'estàndard, només pot existir un camí actiu entre dos punts o estacions qualsevol per tal que funcionin correctament.
Spanning Tree està dissenyat per eliminar la possibilitat que les dades que passen entre segments de xarxa s'enganxin en un bucle. En general, els bucles confonen l'algorisme de reenviament instal·lat als dispositius de xarxa, de manera que el dispositiu ja no sàpiga on enviar paquets. Això pot provocar la duplicació de trames o el reenviament de paquets duplicats a diverses destinacions. Els missatges es poden repetir. Les comunicacions poden tornar a un remitent. Fins i tot pot bloquejar una xarxa si comencen a produir-se massa bucles, consumint ample de banda sense cap guany apreciable alhora que bloqueja el trànsit d'un altre trànsit no en bucle.
El protocol Spanning Treeimpedeix la formació de buclestancant totes les vies possibles menys una per a cada paquet de dades. Els interruptors d'una xarxa utilitzen Spanning Tree per definir camins arrel i ponts on les dades poden viatjar, i tancar funcionalment els camins duplicats, fent-los inactius i inutilitzables mentre hi ha una ruta principal disponible.
El resultat és que les comunicacions de xarxa flueixen sense problemes, independentment de com de complexa o extensa esdevingui una xarxa. D'alguna manera, Spanning Tree crea camins únics a través d'una xarxa perquè les dades viatgin mitjançant programari de la mateixa manera que ho feien els enginyers de xarxa utilitzant maquinari a les xarxes de bucle antigues.
Beneficis addicionals de Spanning Tree
El motiu principal pel qual s'utilitza Spanning Tree és eliminar la possibilitat d'encaminar bucles dins d'una xarxa. Però també hi ha altres avantatges.
Com que Spanning Tree busca i defineix constantment quins camins de xarxa estan disponibles per als paquets de dades per viatjar, pot detectar si un node situat al llarg d'un d'aquests camins principals s'ha desactivat. Això pot passar per diverses raons que van des d'una fallada de maquinari fins a una nova configuració de xarxa. Fins i tot pot ser una situació temporal basada en l'ample de banda o altres factors.
Quan Spanning Tree detecta que un camí principal ja no està actiu, pot obrir ràpidament un altre camí que s'havia tancat anteriorment. Aleshores pot enviar dades al voltant del punt problemàtic, designant eventualment el desviament com a nou camí principal, o enviant paquets de nou al pont original si torna a estar disponible.
Tot i que el Spanning Tree original va ser relativament ràpid a l'hora de fer aquestes noves connexions segons calia, l'any 2001 l'IEEE va introduir el Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). També coneguda com la versió 802.1w del protocol, RSTP va ser dissenyat per proporcionar una recuperació significativament més ràpida en resposta als canvis de xarxa, interrupcions temporals o la fallada directa dels components.
I tot i que RSTP va introduir nous comportaments de convergència de camins i rols de port de pont per accelerar el procés, també va ser dissenyat per ser totalment compatible amb l'arbre d'abast original. Així, és possible que els dispositius amb les dues versions del protocol funcionin junts a la mateixa xarxa.
Deficiències de Spanning Tree
Tot i que Spanning Tree s'ha tornat omnipresent durant els molts anys posteriors a la seva introducció, hi ha qui argumenta que ésha arribat el moment. La falla més gran de Spanning Tree és que tanca els bucles potencials dins d'una xarxa tancant les vies potencials on les dades podrien viatjar. En qualsevol xarxa determinada que utilitzi Spanning Tree, al voltant del 40% dels camins de xarxa potencials estan tancats a les dades.
En entorns de xarxa extremadament complexos, com els que es troben als centres de dades, la capacitat d'escalar ràpidament per satisfer la demanda és fonamental. Sense les limitacions imposades per Spanning Tree, els centres de dades podrien obrir molt més amplada de banda sense necessitat de maquinari de xarxa addicional. Aquesta és una situació irònica, perquè els entorns de xarxa complexos són el motiu pel qual es va crear Spanning Tree. I ara, la protecció que proporciona el protocol contra el bucle està, en certa manera, impedint que aquests entorns tinguin tot el seu potencial.
Es va desenvolupar una versió refinada del protocol anomenada Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) per emprar LAN virtuals i permetre que s'obrin més camins de xarxa alhora, tot evitant que es formin bucles. Però fins i tot amb MSTP, uns quants camins de dades potencials romanen tancats a qualsevol xarxa determinada que empra el protocol.
Hi ha hagut molts intents independents i no estandarditzats per millorar les restriccions d'amplada de banda de Spanning Tree al llarg dels anys. Tot i que els dissenyadors d'alguns d'ells han afirmat l'èxit en els seus esforços, la majoria no són completament compatibles amb el protocol bàsic, el que significa que les organitzacions han d'utilitzar els canvis no estandarditzats a tots els seus dispositius o trobar alguna manera de permetre-los existir amb commutadors que executen Spanning Tree estàndard. En la majoria dels casos, els costos de manteniment i suport de múltiples sabors de Spanning Tree no valen la pena l'esforç.
Continuarà Spanning Tree en el futur?
A part de les limitacions de l'amplada de banda a causa del tancament de camins de xarxa de Spanning Tree, no hi ha gaire pensament ni esforç per substituir el protocol. Tot i que l'IEEE de tant en tant publica actualitzacions per intentar que sigui més eficient, sempre són compatibles amb les versions existents del protocol.
En cert sentit, Spanning Tree segueix la regla de "Si no està trencat, no ho arregleu". Spanning Tree s'executa de manera independent en segon pla de la majoria de xarxes per mantenir el trànsit fluix, evitar que es formin bucles que indueixen accidents i encaminar el trànsit als llocs problemàtics perquè els usuaris finals ni tan sols sàpiguen si la seva xarxa experimenta interrupcions temporals com a part del seu dia a dia. operacions diàries. Mentrestant, al fons, els administradors poden afegir nous dispositius a les seves xarxes sense pensar massa en si podran o no comunicar-se amb la resta de la xarxa o amb el món exterior.
Per tot això, és probable que Spanning Tree es mantingui en ús durant molts anys. És possible que hi hagi algunes actualitzacions menors de tant en tant, però probablement el protocol bàsic de Spanning Tree i totes les funcions crítiques que realitza estan aquí per quedar-se.
Hora de publicació: 07-nov-2023
