מהו פרוטוקול העץ המתפרש?

פרוטוקול העץ המתפרש, לפעמים המכונה רק עץ מפרש, הוא ה- Waze או MapQuest של רשתות אתרנט מודרניות, ומכוון תנועה לאורך המסלול היעיל ביותר על בסיס תנאים בזמן אמת.

בהתבסס על אלגוריתם שנוצר על ידי מדענית המחשבים האמריקאית Radia Perlman בזמן שהיא עבדה בחברת ציוד דיגיטלי (DEC) בשנת 1985, המטרה העיקרית של העץ המתפרש היא למנוע קישורים מיותרים ולולאה של מסלולי תקשורת בתצורות רשת מורכבות. כפונקציה משנית, עץ העץ יכול לנתב מנות סביב כתמי בעיות כדי להבטיח שהתקשורת תוכל להסתובב ברשתות שעלולות לחוות שיבושים.

טופולוגיית עצים מתפרשת לעומת טופולוגיה טבעתית

כאשר ארגונים רק התחילו לרשת את המחשבים שלהם בשנות השמונים, אחת התצורות הפופולריות ביותר הייתה רשת הטבעות. לדוגמה, יבמ הציגה את טכנולוגיית טבעת האסימון הקניינית שלה בשנת 1985.

בטופולוגיה של רשת טבעות, כל צומת מתחבר לשניים אחרים, כזה שיושב לפניה על הטבעת ואחד שמוצב מאחוריה. האותות מסתובבים רק סביב הטבעת בכיוון יחיד, כאשר כל צומת לאורך הדרך ממריצים כל מנות ומסתובבות סביב הטבעת.

בעוד שרשתות טבעות פשוטות עובדות מצוין כאשר יש רק קומץ מחשבים, טבעות הופכות לא יעילות כאשר מאות או אלפי מכשירים מתווספים לרשת. מחשב עשוי להיות צריך לשלוח מנות דרך מאות צמתים רק כדי לשתף מידע עם מערכת אחת אחרת בחדר סמוך. רוחב פס ותפוקה הופכים גם הם לבעיה כאשר התנועה יכולה לזרום רק בכיוון אחד, ללא תוכנית גיבוי אם צומת לאורך הדרך נשבר או עמוס מדי.

בשנות ה -90, ככל שאתרנט הפך למהיר יותר (100MBIT/SEC. טבעת במהירות דעכה.

איך עובד עץ פרוש

[הירשם עכשיו לאירוע העתיד האחרון של השנה! סדנת פיתוח מקצועית בלעדית זמינה. העתיד ניו יורק, 8 בנובמבר]

עץ Sporning הוא פרוטוקול העברה לחבילות נתונים. זה חלק אחד של שוטר תנועה ומהנדס אזרחי חלק אחד בכבישים המהירים ברשת שנתונים עוברים דרכם. זה יושב בשכבה 2 (שכבת קישור נתונים), כך שהוא פשוט עוסק בהעברת מנות ליעד המתאים שלהם, ולא לאיזה סוג מנות נשלחות, או בנתונים שהם מכילים.

העץ המתפרש הפך להיות כל כך בכל מקום עד שהשימוש בו מוגדר בIEEE 802.1D סטנדרט רשתו כהגדרתה בסטנדרט, רק נתיב פעיל אחד יכול להתקיים בין שתי נקודות קצה או תחנות על מנת שהם יתפקדו כראוי.

עץ Sporning נועד לבטל את האפשרות שנתונים העוברים בין קטעי רשת יתקעו בלולאה. באופן כללי, לולאות מבלבלות את אלגוריתם ההעברה המותקן במכשירי רשת, מה שהופך אותו כך שהמכשיר כבר לא יודע לאן לשלוח מנות. זה יכול לגרום לשכפול מסגרות או להעברת מנות כפולות ליעדים מרובים. הודעות יכולות לחזור על עצמן. תקשורת יכולה לחזור לשולח. זה יכול אפילו לקרוס רשת אם יותר מדי לולאות מתחילות להתרחש, לאכול רוחב פס ללא רווחים ניכרים תוך חסימת תנועה אחרת שאינה לולאה לעבור.

פרוטוקול העץ המתפרשמפסיק ליצור לולאותעל ידי סגירת כל מסלול אפשרי אחד פרט לכל חבילת נתונים. מגרש ברשת שימוש בעץ פרוש כדי להגדיר נתיבי שורש וגשרים שבהם נתונים יכולים לנסוע, ולסגור באופן פונקציונלי נתיבים כפולים, מה שהופך אותם לבלתי פעילים ובלתי שמישים בזמן שיש נתיב ראשוני.

התוצאה היא שתקשורת רשת זורמת בצורה חלקה ללא קשר לכמה מורכבת או עצומה של רשת הופכת. במובן מסוים, עץ Sporning יוצר נתיבים בודדים דרך רשת לנתונים לטיול באמצעות תוכנה באותה צורה שבה מהנדסי הרשת עשו שימוש בחומרה ברשתות הלולאה הישנות.

יתרונות נוספים של עץ פרוש

הסיבה העיקרית לכך שמשתמשת בעץ המתפרש היא לחסל את האפשרות לניתוב לולאות בתוך רשת. אבל יש גם יתרונות אחרים.

מכיוון שעץ העץ מחפש כל הזמן ומגדיר אילו נתיבי רשת זמינים לחבילות נתונים לעבור, הוא יכול לאתר אם צומת היושב לאורך אחד מאותם נתיבים ראשוניים הושבת. זה יכול לקרות מסיבות שונות ומגוונות החל מכישלון חומרה לתצורת רשת חדשה. זה יכול אפילו להיות מצב זמני המבוסס על רוחב פס או גורמים אחרים.

כאשר עץ מתפרש מגלה כי נתיב ראשוני כבר לא פעיל, הוא יכול לפתוח במהירות נתיב נוסף שנסגר בעבר. לאחר מכן הוא יכול לשלוח נתונים סביב נקודת הבעיות, ובסופו של דבר ייעוד את המעקף כנתיב הראשי החדש, או שליחת מנות חזרה לגשר המקורי אם הוא שוב יהיה זמין.

בעוד שהעץ המקורי המקורי היה מהיר יחסית ליצירת קשרים חדשים לפי הצורך, בשנת 2001 הציג ה- IEEE את פרוטוקול העץ המהיר המתפרש (RSTP). כמו כן מכונה גרסת 802.1W של הפרוטוקול, RSTP נועדה לספק התאוששות מהירה משמעותית בתגובה לשינויי רשת, הפסקות זמניות או כישלון מוחלט של רכיבים.

ובעוד ש- RSTP הציגה התנהגויות חדשות של התכנסות נתיבים ותפקידי נמל גשר כדי להאיץ את התהליך, הוא נועד גם להיות תואם לאחור לחלוטין לעץ המקורי המקורי. לכן ניתן למכשירים עם שתי הגרסאות של הפרוטוקול לפעול יחד באותה רשת.

חסרונות של עץ פרוש

בעוד העץ המתפרש הפך להיות בכל מקום בשנים הרבות שלאחר הצגתו, ישנם מי שטוען שהואהגיע הזמןו האשמה הגדולה ביותר של עץ פרוסה היא שהיא סוגרת לולאות פוטנציאליות בתוך רשת על ידי כיבוי נתיבים פוטנציאליים שבהם נתונים יכולים לנסוע. בכל רשת נתונה המשתמשת בעץ Sporning, כ- 40% מנתיבי הרשת הפוטנציאליים סגורים לנתונים.

בסביבות רשת מורכבות במיוחד, כמו אלה שנמצאות במרכזי נתונים, היכולת להתגבר במהירות כדי לעמוד בביקוש היא קריטית. ללא המגבלות שהוטלו על ידי עץ העץ, מרכזי נתונים עשויים לפתוח רוחב פס הרבה יותר ללא צורך בחומרת רשת נוספת. זהו סוג של מצב אירוני, מכיוון שסביבות רשת מורכבות הן הסיבה שנוצר עץ פרוש. ועכשיו ההגנה המסופקת על ידי הפרוטוקול מפני לולאה היא, באופן מסוים, מחזיקה את הסביבות הללו ממלוא הפוטנציאל שלהן.

גרסה מעודנת של הפרוטוקול הנקרא עץ פרוסה של מגרשים מרובים (MSTP) פותחה כדי להשתמש ב- LANs וירטואליים ולאפשר נתיבי רשת נוספים להיות פתוחים בו זמנית, תוך שהיא עדיין מונעת מהיווצרות לולאות. אבל אפילו עם MSTP, לא מעט נתיבי נתונים פוטנציאליים נשארים סגורים בכל רשת נתונה המפעילה את הפרוטוקול.

היו הרבה ניסיונות לא סטנדרטיים ועצמאיים לשפר את מגבלות רוחב הפס של עץ העץ לאורך השנים. בעוד שמעצבי חלקם טענו הצלחה במאמציהם, רובם אינם תואמים לחלוטין את פרוטוקול הליבה, כלומר ארגונים צריכים להשתמש בשינויים הלא סטנדרטיים בכל המכשירים שלהם או למצוא דרך כלשהי לאפשר להם להתקיים עם מתגי עץ מתפשט סטנדרטי. ברוב המקרים, עלויות התחזוקה והתמיכה של טעמים מרובים של עץ פורש אינם שווים את המאמץ.

האם העץ המתפרש יימשך בעתיד?

מלבד המגבלות ברוחב הפס בגלל נתיבי רשת סגירת העצים, אין הרבה מחשבה או מאמץ להחלפת הפרוטוקול. למרות ש- IEEE משחרר מדי פעם עדכונים כדי לנסות ולייעל אותם, הם תמיד תואמים לאחור לגרסאות קיימות של הפרוטוקול.

במובן מסוים, עץ העץ עוקב אחר הכלל של "אם הוא לא נשבר, אל תתקן אותו." עץ התפרשות פועל באופן עצמאי ברקע של מרבית הרשתות כדי לשמור על זרימת התנועה, למנוע גיבוש לולאות מעוררות התרסקות, וניתוב תנועה סביב כתמי בעיות כך שמשתמשי הקצה אף פעם לא יודעים אם הרשת שלהם חווה שיבושים באופן זמני כחלק מיומו פעולות יום. בינתיים, ב- Backend, מנהלים יכולים להוסיף מכשירים חדשים לרשתות שלהם מבלי לחשוב יותר מדי אם הם יוכלו לתקשר עם שאר הרשת או העולם החיצון.

בגלל כל זה, סביר להניח שעץ המפרש יישאר בשימוש עוד שנים רבות. יתכן שיש כמה עדכונים קלים מעת לעת, אך ככל הנראה ככל הנראה פרוטוקול העץ המתפרש וכל התכונות הקריטיות שהוא מבצע הם כנראה כאן כדי להישאר.