O Spanning Tree Protocol, às vezes chamado apenas de Spanning Tree, é o Waze ou MapQuest das redes Ethernet modernas, direcionando o tráfego ao longo da rota mais eficiente com base em condições em tempo real.
Baseado em um algoritmo criado pela cientista da computação americana Radia Perlman enquanto trabalhava para a Digital Equipment Corporation (DEC) em 1985, o objetivo principal do Spanning Tree é evitar links redundantes e looping de caminhos de comunicação em configurações de rede complexas. Como função secundária, o Spanning Tree pode rotear pacotes em torno de pontos problemáticos para garantir que as comunicações possam passar por redes que possam estar sofrendo interrupções.
Topologia Spanning Tree vs. Topologia em anel
Quando as organizações estavam apenas começando a conectar seus computadores em rede na década de 1980, uma das configurações mais populares era a rede em anel. Por exemplo, a IBM introduziu sua tecnologia proprietária Token Ring em 1985.
Em uma topologia de rede em anel, cada nó se conecta a dois outros, um que fica à frente dele no anel e outro que está posicionado atrás dele. Os sinais viajam pelo anel apenas em uma única direção, com cada nó ao longo do caminho entregando todo e qualquer pacote que circula pelo anel.
Embora as redes em anel simples funcionem bem quando há apenas alguns computadores, os anéis tornam-se 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 caso um nó ao longo do caminho fique quebrado ou excessivamente congestionado.
Na década de 90, à medida que a Ethernet se tornou mais rápida (100Mbit/seg. Fast Ethernet foi introduzida em 1995) e o custo de uma rede Ethernet (pontes, switches, cabeamento) tornou-se significativamente mais barato que o Token Ring, o Spanning Tree venceu as guerras de topologia LAN e o Token O anel desapareceu rapidamente.
Como funciona a árvore abrangente
Spanning Tree é um protocolo de encaminhamento de pacotes de dados. É parte policial de trânsito e parte engenheiro civil da rede de rodovias pelas quais os dados trafegam. Ele fica na Camada 2 (camada de enlace de dados), portanto, está simplesmente preocupado em mover os pacotes para o destino apropriado, não em que tipo de pacotes estão sendo enviados ou nos dados que eles contêm.
Spanning Tree tornou-se tão onipresente que seu uso é definido noPadrão de rede IEEE 802.1D. Conforme definido na norma, apenas um caminho ativo pode existir entre quaisquer dois pontos finais ou estações para que funcionem corretamente.
O Spanning Tree foi projetado para eliminar a possibilidade de que os dados que passam entre segmentos de rede fiquem presos em um loop. Em geral, os loops confundem o algoritmo de encaminhamento instalado nos dispositivos de rede, fazendo com que o dispositivo não saiba mais para onde enviar os pacotes. Isto pode resultar na duplicação de quadros ou no encaminhamento de pacotes duplicados para múltiplos destinos. As mensagens podem ser repetidas. As comunicações podem ser devolvidas a um remetente. Ele pode até travar uma rede se muitos loops começarem a ocorrer, consumindo largura de banda sem nenhum ganho apreciável e bloqueando a passagem de outro tráfego sem loop.
O Protocolo Spanning Treeimpede a formação de loopsfechando todos os caminhos possíveis, exceto um, para cada pacote de dados. Os switches em uma rede usam Spanning Tree para definir caminhos raiz e pontes por onde os dados podem trafegar e fechar funcionalmente caminhos duplicados, tornando-os inativos e inutilizáveis enquanto um caminho primário estiver disponível.
O resultado é que as comunicações de rede fluem perfeitamente, independentemente de quão complexa ou vasta a rede se torne. De certa forma, o Spanning Tree cria caminhos únicos através de uma rede para os dados viajarem usando software, da mesma forma que os engenheiros de rede faziam usando hardware nas antigas redes de loop.
Benefícios adicionais da Spanning Tree
A principal razão pela qual o Spanning Tree é usado é para eliminar a possibilidade de loops de roteamento dentro de uma rede. Mas também existem outras vantagens.
Como o Spanning Tree está constantemente procurando e definindo quais caminhos de rede estão disponíveis para a passagem dos pacotes de dados, ele pode detectar se um nó localizado em um desses caminhos primários foi desabilitado. 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 o Spanning Tree detecta que um caminho primário não está mais ativo, ele pode abrir rapidamente outro caminho que havia sido fechado anteriormente. Ele pode então enviar dados ao redor do ponto problemático, eventualmente designando o desvio como o novo caminho primário, ou enviando pacotes de volta para a ponte original caso ela fique novamente disponível.
Embora o Spanning Tree original fosse relativamente rápido em fazer essas novas conexões conforme necessário, em 2001 o IEEE introduziu o Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Também conhecido como versão 802.1w do protocolo, o RSTP foi projetado para fornecer recuperação significativamente mais rápida em resposta a alterações na rede, interrupções temporárias ou falha total de componentes.
E embora o RSTP tenha introduzido novos comportamentos de convergência de caminho e funções de ponte de porta para acelerar o processo, ele também foi projetado para ser totalmente compatível com versões anteriores do Spanning Tree original. Assim é possível que dispositivos com ambas as versões do protocolo operem juntos na mesma rede.
Deficiências da Spanning Tree
Embora o Spanning Tree tenha se tornado onipresente ao longo dos muitos anos após sua introdução, há aqueles que argumentam que échegou a hora. A maior falha do Spanning Tree é que ele fecha possíveis loops dentro de uma rede, fechando possíveis caminhos por onde os dados poderiam viajar. Em qualquer rede que use Spanning Tree, cerca de 40% dos possíveis caminhos de rede estão fechados para dados.
Em ambientes de rede extremamente complexos, como os encontrados em data centers, a capacidade de expansão rápida para atender à demanda é fundamental. Sem as limitações impostas pelo Spanning Tree, os data centers poderiam abrir muito mais largura de banda sem a necessidade de hardware de rede adicional. Esta é uma situação meio irônica, porque ambientes de rede complexos são o motivo pelo qual o Spanning Tree foi criado. E agora a proteção fornecida pelo protocolo contra looping está, de certa forma, impedindo que esses ambientes atinjam todo o seu potencial.
Uma versão refinada do protocolo chamada Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) foi desenvolvida para empregar LANs virtuais e permitir que mais caminhos de rede sejam abertos ao mesmo tempo, ao mesmo tempo que evita a formação de loops. Mas mesmo com o MSTP, alguns caminhos de dados potenciais permanecem fechados em qualquer rede que utilize o protocolo.
Houve muitas tentativas independentes e não padronizadas de melhorar as restrições de largura de banda do Spanning Tree ao longo dos anos. Embora os projetistas de alguns deles tenham alegado 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 alguma maneira de permitir que eles existam com switches executando o Spanning Tree padrão. Na maioria dos casos, os custos de manutenção e suporte a vários sabores do Spanning Tree não compensam o esforço.
A Spanning Tree continuará no futuro?
Além das limitações de largura de banda devido ao fechamento dos caminhos de rede do Spanning Tree, não há muito esforço ou reflexão para substituir o protocolo. Embora o IEEE ocasionalmente libere atualizações para tentar torná-lo mais eficiente, elas são sempre compatíveis com versões anteriores do protocolo.
De certa forma, o Spanning Tree segue a regra de “Se não está quebrado, não conserte”. O Spanning Tree é executado de forma independente no plano de fundo da maioria das redes para manter o fluxo de tráfego, evitar a formação de loops indutores de falhas e rotear o tráfego em torno de pontos problemáticos para que os usuários finais nunca saibam se sua rede sofre interrupções temporárias como parte de seu dia-a-dia. operações diurnas. Enquanto isso, no back-end, os administradores podem adicionar novos dispositivos às suas redes sem pensar muito se conseguirão ou não se comunicar com o resto da rede ou com o mundo exterior.
Por tudo isso, é provável que o Spanning Tree permaneça em uso por muitos anos. Pode haver algumas pequenas atualizações de tempos em tempos, mas o núcleo do Spanning Tree Protocol e todos os recursos críticos que ele executa provavelmente vieram para ficar.
Horário da postagem: 07 de novembro de 2023
