Giao thức cây bao trùm, đôi khi chỉ được gọi là cây bao trùm, là Waze hoặc Mapquest của các mạng Ethernet hiện đại, chỉ đạo lưu lượng truy cập dọc theo tuyến đường hiệu quả nhất dựa trên các điều kiện thời gian thực.
Dựa trên một thuật toán được tạo ra bởi nhà khoa học máy tính người Mỹ Radia Perlman khi cô đang làm việc cho Tập đoàn Thiết bị Kỹ thuật số (DEC) năm 1985, mục đích chính của việc bao trùm cây là để ngăn chặn các liên kết dự phòng và lặp lại các đường dẫn truyền thông trong các cấu hình mạng phức tạp. Là một chức năng thứ cấp, cây bao trùm có thể định tuyến các gói xung quanh các điểm gặp sự cố để đảm bảo rằng thông tin liên lạc có thể đi qua các mạng có thể gặp phải sự gián đoạn.
Cấu trúc liên kết cây bao trùm so với cấu trúc liên kết vòng
Khi các tổ chức mới bắt đầu kết nối máy tính của họ vào những năm 1980, một trong những cấu hình phổ biến nhất là mạng RING. Ví dụ, IBM đã giới thiệu công nghệ nhẫn mã thông báo độc quyền của mình vào năm 1985.
Trong một cấu trúc liên kết mạng vòng, mỗi nút kết nối với hai nút khác, một nút khác nằm trước nó trên võ đài và một nút được định vị phía sau nó. Tín hiệu chỉ di chuyển xung quanh vòng theo một hướng duy nhất, với mỗi nút dọc theo cách đưa bất kỳ và tất cả các gói lặp xung quanh vòng.
Mặc dù các mạng vòng đơn giản hoạt động tốt khi chỉ có một số ít máy tính, các vòng trở nên không hiệu quả khi hàng trăm hoặc hàng ngàn thiết bị được thêm vào mạng. Một máy tính có thể cần gửi các gói qua hàng trăm nút chỉ để chia sẻ thông tin với một hệ thống khác trong một phòng liền kề. Băng thông và thông lượng cũng trở thành một vấn đề khi lưu lượng truy cập chỉ có thể chảy theo một hướng, không có kế hoạch sao lưu nào nếu một nút trên đường đi bị hỏng hoặc quá tắc nghẽn.
Vào những năm 90, khi Ethernet nhanh hơn (100Mbit/giây. Ethernet nhanh được giới thiệu vào năm 1995) và chi phí của một mạng Ethernet (Bridges, Switches, Cabable) trở nên rẻ hơn đáng kể so với vòng mã thông báo, Tree đã giành chiến thắng Nhẫn nhanh chóng mờ đi.
Cây kéo dài hoạt động như thế nào
Tree Spaning là một giao thức chuyển tiếp cho các gói dữ liệu. Đó là một phần của cảnh sát giao thông và một phần kỹ sư dân sự cho các đường cao tốc mạng mà dữ liệu đi qua. Nó nằm ở lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu), do đó, nó chỉ đơn giản là liên quan đến việc chuyển các gói đến đích thích hợp của chúng, không phải là loại gói nào đang được gửi hoặc dữ liệu mà chúng chứa.
Cây bao trùm đã trở nên phổ biến đến mức việc sử dụng nó được xác định trongTiêu chuẩn kết nối mạng IEEE 802.1D. Như được định nghĩa trong tiêu chuẩn, chỉ có một đường dẫn hoạt động có thể tồn tại giữa bất kỳ hai điểm cuối hoặc trạm nào để chúng hoạt động đúng.
Cây bao gồm được thiết kế để loại bỏ khả năng dữ liệu truyền giữa các phân đoạn mạng sẽ bị kẹt trong một vòng lặp. Nói chung, các vòng lặp nhầm lẫn thuật toán chuyển tiếp được cài đặt trong các thiết bị mạng, làm cho nó không còn biết nơi gửi các gói. Điều này có thể dẫn đến việc sao chép các khung hoặc chuyển tiếp các gói trùng lặp đến nhiều điểm đến. Tin nhắn có thể được lặp lại. Truyền thông có thể trả lại cho người gửi. Nó thậm chí có thể làm hỏng một mạng nếu có quá nhiều vòng bắt đầu xảy ra, ăn băng thông mà không có bất kỳ lợi ích đáng kể nào trong khi chặn lưu lượng truy cập không bị loop khác đi qua.
Giao thức cây bao trùmdừng các vòng hình thànhBằng cách đóng tất cả trừ một con đường có thể cho mỗi gói dữ liệu. Bật trên mạng sử dụng cây bao trùm để xác định các đường dẫn gốc và các cây cầu nơi dữ liệu có thể di chuyển và đóng chức năng các đường dẫn trùng lặp, khiến chúng không hoạt động và không thể sử dụng được trong khi có sẵn đường dẫn chính.
Kết quả là luồng truyền thông mạng liền mạch bất kể mạng phức tạp hay rộng lớn như thế nào. Theo một cách nào đó, Cây bao gồm tạo ra các đường dẫn đơn qua mạng cho dữ liệu để di chuyển bằng phần mềm theo cách tương tự như các kỹ sư mạng đã sử dụng phần cứng trên các mạng vòng lặp cũ.
Lợi ích bổ sung của cây bao trùm
Lý do chính kéo dài cây được sử dụng là để loại bỏ khả năng các vòng lặp định tuyến trong mạng. Nhưng có những lợi thế khác là tốt.
Bởi vì cây bao gồm liên tục tìm kiếm và xác định các đường dẫn mạng nào có sẵn cho các gói dữ liệu đi qua, nên nó có thể phát hiện xem một nút ngồi dọc theo một trong những đường dẫn chính đó đã bị vô hiệu hóa. Điều này có thể xảy ra vì nhiều lý do từ lỗi phần cứng đến cấu hình mạng mới. Nó thậm chí có thể là một tình huống tạm thời dựa trên băng thông hoặc các yếu tố khác.
Khi cây bao trùm phát hiện ra rằng một đường dẫn chính không còn hoạt động, nó có thể nhanh chóng mở một đường dẫn khác đã bị đóng trước đó. Sau đó, nó có thể gửi dữ liệu xung quanh điểm rắc rối, cuối cùng chỉ định đường vòng là đường dẫn chính mới hoặc gửi các gói trở lại cây cầu ban đầu nếu nó lại có sẵn.
Trong khi cây bao trùm ban đầu tương đối nhanh chóng trong việc thực hiện các kết nối mới đó khi cần thiết, vào năm 2001, IEEE đã giới thiệu Giao thức cây bao trùm nhanh (RSTP). Cũng được gọi là phiên bản 802.1W của giao thức, RSTP được thiết kế để cung cấp sự phục hồi nhanh hơn đáng kể để đáp ứng với các thay đổi mạng, mất điện tạm thời hoặc sự thất bại hoàn toàn của các thành phần.
Và trong khi RSTP giới thiệu các hành vi hội tụ đường dẫn mới và vai trò cổng cầu để tăng tốc quá trình, nó cũng được thiết kế để hoàn toàn tương thích với cây bao trùm ban đầu. Vì vậy, các thiết bị có thể có cả hai phiên bản của giao thức hoạt động cùng nhau trên cùng một mạng.
Thiếu sót của cây bao trùm
Trong khi cây bao trùm đã trở nên phổ biến trong nhiều năm sau khi được giới thiệu, có những người lập luận rằng nóThời gian đã đến. Lỗi lớn nhất của cây bao trùm là nó đóng các vòng lặp tiềm năng trong một mạng bằng cách tắt các con đường tiềm năng nơi dữ liệu có thể di chuyển. Trong bất kỳ mạng nào đã sử dụng cây bao trùm, khoảng 40% các đường dẫn mạng tiềm năng được đóng lại cho dữ liệu.
Trong các môi trường mạng cực kỳ phức tạp, chẳng hạn như những môi trường được tìm thấy trong các trung tâm dữ liệu, khả năng mở rộng nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu là rất quan trọng. Nếu không có những hạn chế được áp đặt bởi cây bao trùm, các trung tâm dữ liệu có thể mở ra nhiều băng thông hơn mà không cần phần cứng kết nối mạng bổ sung. Đây là một tình huống mỉa mai, bởi vì môi trường kết nối mạng phức tạp là lý do tại sao cây bao trùm được tạo ra. Và bây giờ, sự bảo vệ được cung cấp bởi giao thức chống lại vòng lặp, theo một cách nào đó, giữ các môi trường đó trở lại khỏi toàn bộ tiềm năng của chúng.
Một phiên bản tinh tế của giao thức được gọi là Cây bao gồm nhiều khả năng (MSTP) đã được phát triển để sử dụng mạng LAN ảo và cho phép nhiều đường dẫn mạng hơn được mở cùng một lúc, đồng thời ngăn chặn các vòng hình thành. Nhưng ngay cả với MSTP, khá nhiều đường dẫn dữ liệu tiềm năng vẫn đóng trên bất kỳ mạng nào sử dụng giao thức.
Đã có nhiều nỗ lực độc lập, không chuẩn hóa để cải thiện các hạn chế băng thông của cây bao gồm trong những năm qua. Mặc dù các nhà thiết kế của một số người trong số họ đã tuyên bố thành công trong nỗ lực của họ, nhưng hầu hết không hoàn toàn tương thích với giao thức cốt lõi, có nghĩa là các tổ chức cần phải sử dụng các thay đổi không được chuẩn hóa trên tất cả các thiết bị của họ hoặc tìm cách cho phép chúng tồn tại Công tắc chạy cây bao trùm tiêu chuẩn. Trong hầu hết các trường hợp, chi phí duy trì và hỗ trợ nhiều hương vị của cây bao trùm không đáng để nỗ lực.
Cây bao trùm sẽ tiếp tục trong tương lai?
Ngoài những hạn chế trong băng thông do các đường dẫn mạng đóng của cây, không có nhiều suy nghĩ hoặc nỗ lực được đưa vào để thay thế giao thức. Mặc dù IEEE thỉnh thoảng phát hành các bản cập nhật để thử và làm cho nó hiệu quả hơn, nhưng chúng luôn tương thích ngược với các phiên bản hiện có của giao thức.
Theo một nghĩa nào đó, cây bao trùm tuân theo quy tắc của nếu nó không bị phá vỡ, đừng sửa nó. Cây dài chạy độc lập trong nền của hầu hết các mạng để giữ lưu lượng truy cập, ngăn chặn các vòng lặp gây ra sự cố và định tuyến lưu lượng truy cập xung quanh các điểm gặp sự cố để người dùng cuối không bao giờ biết liệu trải nghiệm mạng của họ có bị gián đoạn tạm thời như một phần của hoạt động trong ngày. Trong khi đó, phụ trợ, các quản trị viên có thể thêm các thiết bị mới vào mạng của họ mà không suy nghĩ quá nhiều về việc họ có thể giao tiếp với phần còn lại của mạng hay thế giới bên ngoài hay không.
Bởi vì tất cả những điều đó, có khả năng cây bao trùm sẽ vẫn được sử dụng trong nhiều năm tới. Thỉnh thoảng có thể có một số cập nhật nhỏ, nhưng giao thức cây bao trùm cốt lõi và tất cả các tính năng quan trọng mà nó thực hiện có thể ở đây để ở lại.
Thời gian đăng: Tháng 11-20023
