O protocolo de árvore de abrangência, às vezes chamado apenas de árvore, é o Waze ou o MapQuest das redes Ethernet modernas, direcionando o tráfego ao longo da rota mais eficiente com base em condições em tempo real.
Com base em um algoritmo criado pela cientista da computação americana Radia Perlman enquanto ela trabalhava para a Digital Equipment Corporation (DEC) em 1985, o objetivo principal da árvore de abrangência é evitar links redundantes e o looping das vias de comunicação em configurações complexas de rede. Como uma função secundária, a árvore de abrangência pode rotear pacotes em torno de pontos problemáticos para garantir que as comunicações possam enrolar através de redes que podem estar experimentando interrupções.
Spanning Tree Topology vs. Ring Topology
Quando as organizações estavam apenas começando a interagir seus computadores na década de 1980, uma das configurações mais populares era a rede de anel. Por exemplo, a IBM introduziu sua tecnologia proprietária de token ring em 1985.
Em uma topologia de rede de anel, cada nó se conecta com outras duas, uma que fica à frente no ringue e que está posicionada atrás dele. Os sinais viajam apenas pelo anel em uma única direção, com cada nó ao longo do caminho entregando todos e todos os pacotes em volta do anel.
Embora as redes de anel simples funcionem bem quando há apenas alguns computadores, os anéis se tornam ineficientes quando centenas ou milhares de dispositivos são adicionados a uma rede. Um computador pode precisar enviar pacotes através de centenas de nós apenas para compartilhar informações com outro sistema em uma sala adjacente. A largura de banda e a taxa de transferência também se tornam um problema quando o tráfego só pode fluir em uma direção, sem nenhum plano de backup se um nó ao longo do caminho se quebrar ou excessivamente congestionado.
Nos anos 90, quando a Ethernet ficou mais rápida (100Mbit/S Fast Ethernet foi introduzida em 1995) e o custo de uma rede Ethernet (pontes, interruptores, cabeamento) tornou -se significativamente mais barato que o toque, a árvore de spanning venceu as guerras de topologia da LAN e o token Anel rapidamente desapareceu.
Como funciona a árvore de spanning
A Spanning Tree é um protocolo de encaminhamento para pacotes de dados. É um policial de tráfego de uma parte e uma parte do engenheiro civil das rodovias de rede pelas quais os dados viajam. Ele está na camada 2 (camada de link de dados), por isso está simplesmente preocupado com os pacotes em movimento para o destino apropriado, não que tipo de pacotes estão sendo enviados ou os dados que eles contêm.
A árvore de abrangência tornou -se tão onipresente que seu uso é definido noIEEE 802.1D Networking Standard. Conforme definido no padrão, apenas um caminho ativo pode existir entre dois pontos de extremidade ou estações para que eles funcionem corretamente.
A Spanning Tree foi projetada para eliminar a possibilidade de que os dados que passam entre os segmentos de rede fiquem presos em um loop. Em geral, os loops confundem o algoritmo de encaminhamento instalado em dispositivos de rede, tornando -o para que o dispositivo não saiba mais para onde enviar pacotes. Isso pode resultar na duplicação de quadros ou no encaminhamento de pacotes duplicados para vários destinos. As mensagens podem ser repetidas. As comunicações podem voltar a um remetente. Ele pode até travar uma rede se muitos loops começarem a ocorrer, consumindo largura de banda sem ganhos apreciáveis enquanto bloqueia outro tráfego não loopado.
O protocolo de árvore de spanningimpede os loops de se formarAo fechar tudo, exceto um caminho possível para cada pacote de dados. Os interruptores em uma árvore de spanning de uso de rede para definir caminhos radiculares e pontes onde os dados podem percorrer e fechar funcionalmente os caminhos duplicados, tornando -os inativos e inutilizáveis enquanto um caminho primário está disponível.
O resultado é que as comunicações de rede fluem perfeitamente, independentemente de quão complexas ou vastas uma rede se torne. De certa forma, a Spanning Tree cria caminhos únicos através de uma rede para que os dados viajem usando software da mesma maneira que os engenheiros de rede fizeram usando hardware nas redes antigas de loop.
Benefícios adicionais da árvore de abrangência
A principal razão pela qual a árvore de abrangência é usada é eliminar a possibilidade de loops de roteamento dentro de uma rede. Mas existem outras vantagens também.
Como a Spanning Tree está constantemente procurando e definindo quais caminhos de rede estão disponíveis para os pacotes de dados percorrerem, ela pode detectar se um nó sentado ao longo de um desses caminhos primários foi desativado. Isso pode acontecer por vários motivos, desde uma falha de hardware até uma nova configuração de rede. Pode até ser uma situação temporária com base na largura de banda ou em outros fatores.
Quando a árvore de abrangência detecta que um caminho primário não está mais ativo, ela pode abrir rapidamente outro caminho que havia sido fechado anteriormente. Em seguida, ele pode enviar dados em torno do ponto problemático, eventualmente designando o desvio como o novo caminho primário ou enviando pacotes de volta à ponte original, caso estivesse novamente disponível.
Enquanto a árvore de extensão original foi relativamente rápida ao fazer essas novas conexões, conforme necessário, em 2001 o IEEE introduziu o Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Também referido como a versão 802.1W do protocolo, o RSTP foi projetado para fornecer uma recuperação significativamente mais rápida em resposta a alterações de rede, interrupções temporárias ou a falha total dos componentes.
E embora o RSTP introduzisse novos comportamentos de convergência de caminho e funções de portas de ponte para acelerar o processo, ele também foi projetado para ser totalmente compatível com a árvore de spanning original. Portanto, é possível que os dispositivos com ambas as versões do protocolo operem juntos na mesma rede.
Deficiências da árvore de spanning
Enquanto a árvore de spanning se tornou onipresente nos muitos anos após sua introdução, há quem argumenta que étempo chegou. A maior falha de Spanning Tree é que ela fecha loops em potencial dentro de uma rede, fechando possíveis caminhos onde os dados podem viajar. Em qualquer rede que use a árvore Spanning, cerca de 40% dos caminhos potenciais de rede são fechados para os dados.
Em ambientes de rede extremamente complexos, como os encontrados nos data centers, a capacidade de aumentar rapidamente para atender à demanda é fundamental. Sem as limitações impostas pela árvore de abrangência, os data centers poderiam abrir muito mais largura de banda sem a necessidade de hardware de rede adicional. Isso é uma espécie de situação irônica, porque ambientes de networking complexos são por que a árvore de abrangência foi criada. E agora a proteção fornecida pelo protocolo contra o looping é, de certa forma, impedir esses ambientes de todo o seu potencial.
Uma versão refinada do protocolo denominada árvore de extensão de múltiplas instâncias (MSTP) foi desenvolvida para empregar LANs virtuais e permitir que mais caminhos de rede sejam abertos ao mesmo tempo, enquanto ainda impedia a formação de loops. Mas mesmo com o MSTP, alguns caminhos de dados em potencial permanecem fechados em qualquer rede que empregue o protocolo.
Houve muitas tentativas independentes e não padronizadas de melhorar as restrições de largura de banda de abrangência ao longo dos anos. Embora os designers de alguns deles tenham reivindicado sucesso em seus esforços, a maioria não é completamente compatível com o protocolo principal, o que significa que as organizações precisam empregar as alterações não padronizadas em todos os seus dispositivos ou encontrar uma maneira de permitir que existam com com a existência com com Switches executando a árvore de extensão padrão. Na maioria dos casos, os custos de manutenção e apoio a vários sabores da árvore de abrangência não valem o esforço.
A árvore de abrangência continuará no futuro?
Além das limitações na largura de banda devido aos caminhos de rede de fechamento de árvores, não há muito pensamento ou esforço em substituir o protocolo. Embora o IEEE ocasionalmente libere atualizações para tentar torná -lo mais eficiente, elas são sempre compatíveis com versões existentes do protocolo.
Em certo sentido, a árvore de abrangência segue a regra de "Se não estiver quebrada, não conserte". A árvore de abrangência funciona de forma independente no fundo da maioria das redes para impedir que o tráfego flua, impedindo que os loops indutores de colisão se formem e roteando o tráfego em torno de pontos problemáticos para que os usuários finais nunca saibam se suas experiências de rede interrupções temporariamente como parte de seu dia para- Operações diárias. Enquanto isso, no back -end, os administradores podem adicionar novos dispositivos às suas redes sem pensar demais em saber se serão capazes de se comunicar ou não com o restante da rede ou o mundo exterior.
Por causa de tudo isso, é provável que a árvore de abrangência permaneça em uso por muitos anos. Pode haver algumas atualizações menores de tempos em tempos, mas o Protocolo de Árvore Core Spanning e todos os recursos críticos que ele executa provavelmente está aqui para ficar.
Hora de postagem: Nov-07-2023
