Y Protocol Spanning Tree, y cyfeirir ato weithiau fel Spanning Tree, yw'r Waze neu MapQuest o rwydweithiau Ethernet modern, sy'n cyfeirio traffig ar hyd y llwybr mwyaf effeithlon yn seiliedig ar amodau amser real.
Yn seiliedig ar algorithm a grëwyd gan y gwyddonydd cyfrifiadurol Americanaidd Radia Perlman tra roedd yn gweithio i Digital Equipment Corporation (DEC) ym 1985, prif bwrpas Spanning Tree yw atal cysylltiadau diangen a dolennu llwybrau cyfathrebu mewn ffurfweddiadau rhwydwaith cymhleth. Fel swyddogaeth eilaidd, gall Spanning Tree lwybro pecynnau o amgylch mannau trafferthus i sicrhau bod cyfathrebiadau'n gallu dod trwy rwydweithiau a allai fod yn profi aflonyddwch.
Rhychwantu Topoleg Coed yn erbyn topoleg cylch
Pan oedd sefydliadau newydd ddechrau rhwydweithio eu cyfrifiaduron yn yr 1980au, un o'r ffurfweddiadau mwyaf poblogaidd oedd y rhwydwaith cylch. Er enghraifft, cyflwynodd IBM ei dechnoleg Token Ring perchnogol ym 1985.
Mewn topoleg rhwydwaith cylch, mae pob nod yn cysylltu â dau arall, un sy'n eistedd o'i flaen ar y cylch ac un sydd wedi'i leoli y tu ôl iddo. Dim ond i un cyfeiriad y mae signalau'n teithio o amgylch y cylch, gyda phob nod ar hyd y ffordd yn trosglwyddo unrhyw becynnau a phob pecyn yn dolennu o amgylch y cylch.
Er bod rhwydweithiau cylch syml yn gweithio'n iawn pan nad oes ond llond llaw o gyfrifiaduron, mae modrwyau'n dod yn aneffeithlon pan fydd cannoedd neu filoedd o ddyfeisiau'n cael eu hychwanegu at rwydwaith. Efallai y bydd angen i gyfrifiadur anfon pecynnau trwy gannoedd o nodau dim ond i rannu gwybodaeth ag un system arall mewn ystafell gyfagos. Mae lled band a thrwybwn hefyd yn dod yn broblem pan fydd traffig yn gallu llifo i un cyfeiriad yn unig, heb unrhyw gynllun wrth gefn os bydd nod ar hyd y ffordd yn torri neu'n orlawn.
Yn y 90au, wrth i Ethernet fynd yn gyflymach (cyflwynwyd Ethernet Cyflym 100Mbit yr eiliad ym 1995) a daeth cost rhwydwaith Ethernet (pontydd, switshis, ceblau) yn sylweddol rhatach na Token Ring, enillodd Spanning Tree y rhyfeloedd topoleg LAN a Token Ffonio diflannu'n gyflym.
Sut Mae Rhychwantu Coed yn Gweithio
Protocol anfon ymlaen ar gyfer pecynnau data yw Spanning Tree. Mae'n rhan o blismonaeth traffig ac un rhan o beiriannydd sifil ar gyfer y priffyrdd rhwydwaith y mae data'n teithio drwyddo. Mae'n eistedd ar Haen 2 (haen cyswllt data), felly mae'n ymwneud yn syml â symud pecynnau i'w cyrchfan priodol, nid pa fath o becynnau sy'n cael eu hanfon, na'r data sydd ynddynt.
Mae Spaning Tree wedi dod mor hollbresennol fel bod ei defnydd wedi'i ddiffinio yn ySafon rwydweithio IEEE 802.1D. Fel y'i diffinnir yn y safon, dim ond un llwybr gweithredol all fodoli rhwng unrhyw ddau bwynt terfyn neu orsaf er mwyn iddynt weithio'n iawn.
Mae Spaning Tree wedi'i gynllunio i ddileu'r posibilrwydd y bydd data sy'n cael ei drosglwyddo rhwng segmentau rhwydwaith yn mynd yn sownd mewn dolen. Yn gyffredinol, mae dolenni yn drysu'r algorithm anfon ymlaen sydd wedi'i osod mewn dyfeisiau rhwydwaith, gan ei wneud fel nad yw'r ddyfais bellach yn gwybod ble i anfon pecynnau. Gall hyn arwain at ddyblygu fframiau neu anfon pecynnau dyblyg ymlaen i gyrchfannau lluosog. Gall negeseuon gael eu hailadrodd. Gall cyfathrebiadau bownsio yn ôl at anfonwr. Gall hyd yn oed chwalu rhwydwaith os bydd gormod o ddolenni'n dechrau digwydd, gan fwyta lled band heb unrhyw enillion sylweddol wrth rwystro traffig di-dolen arall rhag mynd drwodd.
Y Protocol Coed Rhychwantuyn atal dolenni rhag ffurfiotrwy gau pob un ond un llwybr posibl ar gyfer pob pecyn data. Mae switshis ar rwydwaith yn defnyddio Spanning Tree i ddiffinio llwybrau gwreiddiau a phontydd lle gall data deithio, a chau llwybrau dyblyg yn swyddogaethol, gan eu gwneud yn anactif ac yn annefnyddiadwy tra bod llwybr cynradd ar gael.
Y canlyniad yw bod cyfathrebiadau rhwydwaith yn llifo'n ddi-dor waeth pa mor gymhleth neu helaeth yw rhwydwaith. Mewn ffordd, mae Spanning Tree yn creu llwybrau sengl trwy rwydwaith i ddata deithio gan ddefnyddio meddalwedd yn yr un ffordd ag y gwnaeth peirianwyr rhwydwaith gan ddefnyddio caledwedd ar yr hen rwydweithiau dolen.
Manteision Ychwanegol Rhychwantu Coed
Y prif reswm dros ddefnyddio Spanning Tree yw dileu'r posibilrwydd o lwybro dolenni o fewn rhwydwaith. Ond mae manteision eraill hefyd.
Gan fod Spanning Tree yn chwilio'n gyson am ac yn diffinio pa lwybrau rhwydwaith sydd ar gael i becynnau data deithio drwyddynt, gall ganfod a yw nod sy'n eistedd ar hyd un o'r prif lwybrau hynny wedi'i analluogi. Gall hyn ddigwydd am amrywiaeth o resymau yn amrywio o fethiant caledwedd i ffurfweddiad rhwydwaith newydd. Gall hyd yn oed fod yn sefyllfa dros dro yn seiliedig ar led band neu ffactorau eraill.
Pan fydd Spanning Tree yn canfod nad yw llwybr cynradd bellach yn weithredol, gall agor llwybr arall a oedd wedi'i gau o'r blaen yn gyflym. Yna gall anfon data o amgylch y man trafferthus, gan ddynodi'r dargyfeiriad fel y llwybr cynradd newydd yn y pen draw, neu anfon pecynnau yn ôl i'r bont wreiddiol pe bai ar gael eto.
Er bod y Goeden Rhychwantu wreiddiol yn gymharol gyflym yn gwneud y cysylltiadau newydd hynny yn ôl yr angen, yn 2001 cyflwynodd yr IEEE y Protocol Coed Rhychwantu Cyflym (RSTP). Cyfeirir ato hefyd fel fersiwn 802.1w o'r protocol, cynlluniwyd RSTP i ddarparu adferiad sylweddol gyflymach mewn ymateb i newidiadau rhwydwaith, toriadau dros dro neu fethiant llwyr cydrannau.
Ac er bod RSTP wedi cyflwyno ymddygiadau cydgyfeirio llwybrau newydd a rolau porthladd pontydd i gyflymu'r broses, fe'i cynlluniwyd hefyd i fod yn gwbl gydnaws yn ôl â'r Spanning Tree wreiddiol. Felly mae'n bosibl i ddyfeisiau gyda'r ddau fersiwn o'r protocol weithredu gyda'i gilydd ar yr un rhwydwaith.
Diffygion Rhychwantu Coed
Tra bod Spanning Tree wedi dod yn hollbresennol dros y blynyddoedd lawer ar ôl ei gyflwyno, mae yna rai sy'n dadlau ei fod ynamser wedi dod. Y bai mwyaf ar Spanning Tree yw ei fod yn cau dolenni posibl o fewn rhwydwaith trwy gau llwybrau posibl lle gallai data deithio. Mewn unrhyw rwydwaith penodol sy'n defnyddio Spanning Tree, mae tua 40% o'r llwybrau rhwydwaith posibl wedi'u cau i ddata.
Mewn amgylcheddau rhwydweithio hynod gymhleth, fel y rhai a geir mewn canolfannau data, mae'r gallu i ehangu'n gyflym i ateb y galw yn hollbwysig. Heb y cyfyngiadau a osodir gan Spanning Tree, gallai canolfannau data agor llawer mwy o led band heb yr angen am galedwedd rhwydweithio ychwanegol. Mae hon yn fath o sefyllfa eironig, oherwydd amgylcheddau rhwydweithio cymhleth yw'r rheswm pam y crëwyd Spanning Tree. Ac yn awr mae'r amddiffyniad a ddarperir gan y protocol rhag dolennu, mewn ffordd, yn dal yr amgylcheddau hynny yn ôl o'u llawn botensial.
Datblygwyd fersiwn mireinio o'r protocol o'r enw Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) i ddefnyddio LANs rhithwir a galluogi mwy o lwybrau rhwydwaith i fod yn agored ar yr un pryd, tra'n dal i atal dolenni rhag ffurfio. Ond hyd yn oed gydag MSTP, mae cryn dipyn o lwybrau data posibl yn parhau i fod ar gau ar unrhyw rwydwaith penodol sy'n defnyddio'r protocol.
Bu llawer o ymdrechion ansafonol, annibynnol i wella cyfyngiadau lled band Spaning Tree dros y blynyddoedd. Er bod dylunwyr rhai ohonynt wedi hawlio llwyddiant yn eu hymdrechion, nid yw'r rhan fwyaf yn gwbl gydnaws â'r protocol craidd, sy'n golygu bod angen i sefydliadau naill ai ddefnyddio'r newidiadau ansafonol ar eu holl ddyfeisiau neu ddod o hyd i ffordd i ganiatáu iddynt fodoli gyda switshis rhedeg safonol rhychwantu Coed. Yn y rhan fwyaf o achosion, nid yw costau cynnal a chefnogi blasau lluosog o Spanning Tree yn werth yr ymdrech.
A fydd rhychwantu coed yn parhau yn y dyfodol?
Ar wahân i'r cyfyngiadau mewn lled band o ganlyniad i Spanning Tree yn cau llwybrau rhwydwaith, nid oes llawer o feddwl nac ymdrech yn cael ei roi i ddisodli'r protocol. Er bod IEEE yn rhyddhau diweddariadau o bryd i'w gilydd i geisio ei wneud yn fwy effeithlon, maent bob amser yn gydnaws yn ôl â fersiynau presennol y protocol.
Ar un ystyr, mae Spanning Tree yn dilyn y rheol “Os nad yw wedi torri, peidiwch â'i drwsio.” Mae Spanning Tree yn rhedeg yn annibynnol yng nghefndir y rhan fwyaf o rwydweithiau i gadw traffig i lifo, atal dolenni sy'n achosi gwrthdrawiadau rhag ffurfio, a llwybro traffig o amgylch mannau trafferthus fel na fydd defnyddwyr terfynol byth yn gwybod a yw eu rhwydwaith yn profi amhariadau dros dro fel rhan o'i ddydd-i-ddydd. gweithrediadau dydd. Yn y cyfamser, ar y backend, gall gweinyddwyr ychwanegu dyfeisiau newydd at eu rhwydweithiau heb feddwl gormod a fyddant yn gallu cyfathrebu â gweddill y rhwydwaith neu'r byd y tu allan ai peidio.
Oherwydd hynny i gyd, mae'n debygol y bydd Spaning Tree yn parhau i gael ei defnyddio am flynyddoedd lawer i ddod. Efallai y bydd rhai mân ddiweddariadau o bryd i'w gilydd, ond mae'n debyg bod y Protocol Coed rhychwantu craidd a'r holl nodweddion hanfodol y mae'n eu perfformio yma i aros.
Amser postio: Nov-07-2023
