پروتکل درخت پوششی چیست؟

پروتکل درخت پوششی ، که گاهی اوقات به آن درخت پوشانده می شود ، Waze یا MapQuest شبکه های مدرن اترنت است که ترافیک را در طول کارآمدترین مسیر بر اساس شرایط زمان واقعی هدایت می کند.

بر اساس الگوریتم ایجاد شده توسط دانشمند رایانه آمریکایی Radia Perlman در حالی که او در سال 1985 برای شرکت تجهیزات دیجیتال (DEC) کار می کرد ، هدف اصلی پوشیدن درخت جلوگیری از پیوندهای اضافی و حلقه های مسیرهای ارتباطی در تنظیمات پیچیده شبکه است. به عنوان یک عملکرد ثانویه ، درخت پوششی می تواند بسته های اطراف نقاط مشکل را مسیریابی کند تا اطمینان حاصل شود که ارتباطات قادر به باد از طریق شبکه هایی هستند که ممکن است دچار اختلال شوند.

توپولوژی درختی در مقابل توپولوژی حلقه

هنگامی که سازمان ها در دهه 1980 به تازگی شروع به شبکه رایانه های خود کردند ، یکی از محبوب ترین تنظیمات شبکه حلقه بود. به عنوان مثال ، IBM فناوری حلقه اختصاصی خود را در سال 1985 معرفی کرد.

در یک توپولوژی شبکه حلقه ، هر گره با دو مورد دیگر متصل می شود ، یکی که جلوتر از آن روی حلقه است و دیگری که در پشت آن قرار دارد. سیگنال ها فقط در اطراف حلقه در یک جهت واحد حرکت می کنند و هر گره در طول راه ، همه بسته ها را که در اطراف حلقه قرار دارند ، می چرخند.

در حالی که شبکه های حلقه ای ساده وقتی فقط تعداد معدودی از رایانه ها وجود دارند ، خوب کار می کنند ، وقتی صدها یا هزاران دستگاه به یک شبکه اضافه می شوند ، حلقه ها ناکارآمد می شوند. ممکن است یک کامپیوتر فقط برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات با یک سیستم دیگر در یک اتاق مجاور نیاز به ارسال بسته ها از طریق صدها گره داشته باشد. پهنای باند و توان نیز در صورتی که ترافیک فقط در یک جهت جریان یابد ، بدون هیچ برنامه پشتیبان گیری در صورت شکسته شدن یا بیش از حد احتقان ، به یک مشکل تبدیل می شود.

در دهه 90 ، هرچه اترنت سریعتر شد (100 مگابایت در ثانیه. سریع اترنت در سال 1995 معرفی شد) و هزینه یک شبکه اترنت (پل ها ، سوئیچ ها ، کابل کشی) به طور قابل توجهی ارزان تر از حلقه توکن شد ، درخت پوشانده از جنگ های توپولوژی و نشانه ها پیروز شد. حلقه به سرعت محو شد.

درخت پوششی چگونه کار می کند

[اکنون برای آخرین رویداد آینده سال ثبت نام کنید! کارگاه توسعه حرفه ای اختصاصی در دسترس است. Futureit New York ، 8 نوامبر]

Spanning Tree یک پروتکل حمل و نقل برای بسته های داده است. این یک بخش پلیس ترافیک و یک قسمت مهندس عمران برای بزرگراه های شبکه است که داده ها از طریق آن سفر می کنند. در لایه 2 (لایه پیوند داده) قرار دارد ، بنابراین صرفاً نگران انتقال بسته ها به مقصد مناسب آنها است ، نه چه نوع بسته هایی ارسال می شود یا داده هایی که در آن قرار دارند.

درخت پوششی چنان همه جا شده است که استفاده از آن در آن تعریف شده استاستاندارد شبکه IEEE 802.1Dبشر همانطور که در استاندارد تعریف شده است ، فقط یک مسیر فعال می تواند بین هر دو نقطه پایانی یا ایستگاه وجود داشته باشد تا آنها به درستی کار کنند.

Sanving Tree به منظور از بین بردن این امکان که داده های عبور بین بخش های شبکه در یک حلقه گیر می شوند ، طراحی شده است. به طور کلی ، حلقه ها الگوریتم حمل و نقل نصب شده در دستگاه های شبکه را اشتباه می گیرند ، و آن را به گونه ای که دستگاه دیگر نمی داند بسته ها را ارسال کند. این می تواند منجر به تکثیر فریم ها یا ارسال بسته های تکراری به مقصد های مختلف شود. پیام ها می توانند تکرار شوند. ارتباطات می توانند به یک فرستنده برگردند. حتی اگر تعداد زیادی از حلقه ها شروع به کار کنند ، می تواند یک شبکه را خراب کند ، بدون هیچ گونه سود قابل توجهی در حالی که مانع از عبور سایر ترافیک های غیر حلقه شده می شود ، پهنای باند را بخورید.

پروتکل درخت پوشااز تشکیل حلقه ها جلوگیری می کندبا بستن همه به جز یک مسیر ممکن برای هر بسته داده. سوئیچ ها در یک شبکه از درخت پوششی برای تعریف مسیرها و پل های ریشه ای که داده ها می توانند در آن حرکت کنند ، و از لحاظ عملکردی از مسیر تکراری استفاده می کنند ، در حالی که یک مسیر اصلی در دسترس است ، آنها را غیرفعال و غیرقابل استفاده می کند.

نتیجه این است که ارتباطات شبکه بدون در نظر گرفتن اینکه چگونه یک شبکه پیچیده یا گسترده می شود ، یکپارچه جریان می یابد. به نوعی ، Spanning Tree مسیرهای منفرد را از طریق شبکه ای برای داده های سفر با استفاده از نرم افزار به همان روشی که مهندسان شبکه با استفاده از سخت افزار در شبکه های حلقه قدیمی انجام می دهند ، ایجاد می کند.

مزایای اضافی درخت پوشا

دلیل اصلی استفاده از درخت پوششی ، از بین بردن امکان مسیریابی حلقه ها در یک شبکه است. اما مزایای دیگری نیز وجود دارد.

از آنجا که پوشیدن درخت به طور مداوم به دنبال و تعریف است که کدام مسیرهای شبکه برای بسته های داده در دسترس است ، می تواند تشخیص دهد که آیا یک گره که در امتداد یکی از آن مسیرهای اصلی نشسته است ، غیرفعال شده است. این می تواند به دلایل مختلفی از عدم موفقیت سخت افزار گرفته تا پیکربندی شبکه جدید اتفاق بیفتد. این حتی می تواند یک وضعیت موقت مبتنی بر پهنای باند یا سایر عوامل باشد.

هنگامی که پوشیدن درخت تشخیص می دهد که یک مسیر اصلی دیگر فعال نیست ، می تواند به سرعت مسیر دیگری را که قبلاً بسته شده بود باز کند. سپس می تواند داده ها را در اطراف نقطه مشکل ارسال کند ، در نهایت مسیر اصلی را به عنوان مسیر اصلی جدید تعیین می کند ، یا در صورت وجود دوباره در دسترس قرار می گیرد و بسته ها را به پل اصلی ارسال می کند.

در حالی که درخت پوششی اصلی در ساخت آن اتصالات جدید در صورت لزوم نسبتاً سریع بود ، در سال 2001 IEEE پروتکل درختی سریع (RSTP) را معرفی کرد. همچنین به عنوان نسخه 802.1W پروتکل گفته می شود ، RSTP برای ارائه بازیابی قابل توجهی سریعتر در پاسخ به تغییرات شبکه ، قطع موقت یا عدم موفقیت آشکار اجزای طراحی شده است.

و در حالی که RSTP رفتارهای همگرایی مسیر جدید و نقش های بندر پل را برای تسریع در فرایند معرفی کرد ، همچنین طراحی شده است تا کاملاً با درخت پوششی اصلی سازگار باشد. بنابراین برای دستگاه های دارای هر دو نسخه پروتکل امکان پذیر است تا در همان شبکه با هم کار کنند.

کاستی های درخت پوشا

در حالی که Tree Tree طی سالهای زیادی پس از معرفی آن ، همه گیر شده است ، کسانی هستند که استدلال می کنند که این استزمان فرا رسیده استبشر بزرگترین تقصیر درخت پوششی این است که با خاموش کردن مسیرهای بالقوه که در آن داده ها می توانند طی کنند ، حلقه های بالقوه را در یک شبکه بسته می کند. در هر شبکه معین با استفاده از درخت پوششی ، حدود 40 ٪ از مسیرهای بالقوه شبکه به داده ها بسته می شوند.

در محیط های شبکه ای بسیار پیچیده ، مانند مواردی که در مراکز داده یافت می شود ، امکان مقیاس سریع برای برآورده کردن تقاضا بسیار مهم است. بدون محدودیت های تحمیل شده توسط درخت پوشیدن ، مراکز داده می توانند بدون نیاز به سخت افزار شبکه اضافی ، پهنای باند بیشتری را باز کنند. این یک نوع وضعیت طعنه آمیز است ، زیرا محیط های پیچیده شبکه به همین دلیل درخت پوشانده شده است. و اکنون حفاظت شده توسط پروتکل در برابر حلقه ، به نوعی ، نگه داشتن آن محیط ها از تمام توان آنها است.

یک نسخه تصفیه شده از پروتکل به نام درخت پوششی چند منظوره (MSTP) برای استفاده از LAN های مجازی تهیه شده و باعث می شود که مسیرهای شبکه بیشتر به طور همزمان باز شوند ، در حالی که هنوز هم از تشکیل حلقه ها جلوگیری می کند. اما حتی با وجود MSTP ، تعداد کمی از مسیر داده بالقوه در هر شبکه معین با استفاده از پروتکل بسته می شود.

بسیاری از تلاشهای مستقل و مستقل برای بهبود محدودیت پهنای باند درخت پوشانده در طول سالها انجام شده است. در حالی که طراحان برخی از آنها در تلاش های خود موفق شده اند ، بیشتر آنها کاملاً با پروتکل اصلی سازگار نیستند ، به این معنی که سازمان ها باید تغییرات غیر استاندارد را در تمام دستگاه های خود به کار گیرند یا راهی پیدا کنند تا بتوانند با آنها وجود داشته باشند سوئیچ های در حال اجرا درخت پوششی استاندارد. در بیشتر موارد ، هزینه های نگهداری و پشتیبانی از طعم های متعدد درخت پوششی ارزش این تلاش را ندارد.

آیا Spanning Tree در آینده ادامه خواهد یافت؟

گذشته از محدودیت های پهنای باند به دلیل عبور از مسیرهای شبکه بسته شدن درخت ، فکر و تلاش زیادی برای جایگزینی پروتکل وجود ندارد. اگرچه IEEE گاهی اوقات به روزرسانی ها را برای تلاش و کارآمدتر کردن آن منتشر می کند ، اما همیشه با نسخه های موجود پروتکل سازگار هستند.

به یک معنا ، درخت پوشانده از قانون "اگر شکسته نشود ، آن را برطرف نکنید." درخت پوششی به طور مستقل در پس زمینه اکثر شبکه ها برای ادامه ترافیک ، جلوگیری از شکل گیری حلقه های ناشی از تصادف و مسیریابی ترافیک در اطراف نقاط مشکل ، به طور مستقل اجرا می شود تا کاربران نهایی حتی نمی دانند که آیا شبکه آنها به طور موقت به عنوان بخشی از روز خود اختلال ایجاد می کند عملیات روزانه در همین حال ، در پس زمینه ، مدیران می توانند بدون فکر بیش از حد در مورد اینکه آیا آنها قادر به برقراری ارتباط با بقیه شبکه یا دنیای خارج هستند ، دستگاه های جدیدی را به شبکه های خود اضافه کنند.

به دلیل همه اینها ، این احتمال وجود دارد که Tree Tree برای سالهای متمادی در حال استفاده باشد. ممکن است هر از گاهی به روزرسانی های جزئی وجود داشته باشد ، اما پروتکل درخت هسته ای و تمام ویژگی های مهم که انجام می دهد احتمالاً در اینجا برای ماندن است.