بروتوكول شجرة الامتداد ، الذي يشار إليه أحيانًا باسم شجرة الامتداد ، هو Waze أو Mapquest لشبكات Ethernet الحديثة ، مما يوجه حركة المرور على طول الطريق الأكثر كفاءة استنادًا إلى الظروف في الوقت الفعلي.
استنادًا إلى خوارزمية تم إنشاؤها بواسطة عالم الكمبيوتر الأمريكي Radia Perlman أثناء عملها في شركة المعدات الرقمية (DEC) في عام 1985 ، فإن الغرض الأساسي المتمثل في امتداد شجرة الإسداد هو منع الروابط الزائدة وحلق مسارات الاتصال في تكوينات الشبكة المعقدة. كدالة ثانوية ، يمكن لبرنامج Tree الممتدة توجيه الحزم حول بقع المتاعب لضمان أن الاتصالات قادرة على الرياح من خلال الشبكات التي قد تعاني من اضطرابات.
طوبولوجيا شجرة الامتداد مقابل طوبولوجيا الحلقة
عندما بدأت المؤسسات للتو في التواصل مع أجهزة الكمبيوتر الخاصة بها في الثمانينيات ، كانت الشبكة الدائرية واحدة من أكثر التكوينات شعبية. على سبيل المثال ، قدمت شركة IBM تقنية حلقة الرمز المميز الملكية في عام 1985.
في طوبولوجيا الشبكة الدائرية ، تتصل كل عقدة مع اثنين آخرين ، واحدة تقع أمامها على الحلبة ووضعها خلفها. تنتقل الإشارات فقط حول الحلبة في اتجاه واحد ، مع كل عقدة على طول الطريق لتسليم أي وجميع الحزم التي تحلق حول الحلبة.
على الرغم من أن شبكات الحلقة البسيطة تعمل بشكل جيد عندما لا يكون هناك سوى عدد قليل من أجهزة الكمبيوتر ، إلا أن الحلقات تصبح غير فعالة عند إضافة مئات أو الآلاف من الأجهزة إلى الشبكة. قد يحتاج الكمبيوتر إلى إرسال حزم من خلال مئات العقد لمجرد مشاركة المعلومات مع نظام آخر في غرفة مجاورة. تصبح النطاق الترددي والإنتاجية مشكلة أيضًا عندما تتمكن حركة المرور من التدفق فقط في اتجاه واحد ، مع عدم وجود خطة احتياطية إذا أصبحت العقدة على طول الطريق مكسورة أو مزدحمة بشكل مفرط.
في التسعينيات من القرن الماضي ، حيث تم تقديم Ethernet بشكل أسرع (تم تقديم 100 ميجابت/ثانية.
كيف تعمل شجرة الامتداد
شجرة الامتداد هي بروتوكول إعادة توجيه لحزم البيانات. إنه جزء واحد من شرطي حركة المرور وجزء واحد مهندس مدني للطرق السريعة للشبكة التي تمر بها البيانات. إنه يجلس في الطبقة 2 (طبقة ارتباط البيانات) ، لذلك فهو مهتم ببساطة بنقل الحزم إلى وجهتها المناسبة ، وليس نوع الحزم التي يتم إرسالها ، أو البيانات التي تحتوي عليها.
أصبحت شجرة الامتداد في كل مكان لدرجة أن استخدامها محدد فيIEEE 802.1D معيار الشبكات. كما هو محدد في المعيار ، يمكن أن يوجد مسار نشط واحد فقط بين أي نقاط أو محطتين من أجل العمل بشكل صحيح.
تم تصميم شجرة الامتداد للقضاء على إمكانية أن تتعثر البيانات بين قطاعات الشبكة في حلقة. بشكل عام ، تخلط الحلقات خوارزمية إعادة التوجيه المثبتة في أجهزة الشبكة ، مما يجعله حتى لا يعرف الجهاز إلى أين يرسل الحزم. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تكرار الإطارات أو إعادة توجيه الحزم المكررة إلى وجهات متعددة. يمكن أن تتكرر الرسائل. يمكن أن ترتد الاتصالات إلى المرسل. يمكن أن تعطل شبكة إذا بدأت الكثير من الحلقات في حدوثها ، وتناول عرض النطاق الترددي دون أي مكاسب ملموسة أثناء منع حركة المرور الأخرى غير المحدودة من الوصول.
بروتوكول شجرة الامتداديوقف الحلقات من التشكيلعن طريق إغلاق جميع مسار واحد باستثناء مسار واحد ممكن لكل حزمة بيانات. يقوم مفاتيح الشبكة باستخدام شجرة تمتد لتحديد مسارات الجذر والجسور التي يمكن أن تسافر فيها البيانات ، وتغلق وظيفيًا مسارات مكررة ، مما يجعلها غير نشطة وغير قابلة للاستخدام أثناء توفر المسار الأساسي.
والنتيجة هي أن اتصالات الشبكة تتدفق بسلاسة بغض النظر عن مدى تعقيد الشبكة أو شاسعة. بطريقة ما ، يقوم Spanning Tree بإنشاء مسارات واحدة عبر شبكة لتسافر البيانات باستخدام البرنامج بنفس الطريقة التي قام بها مهندسو الشبكة باستخدام الأجهزة على شبكات الحلقة القديمة.
فوائد إضافية من شجرة الامتداد
السبب الرئيسي الذي تم استخدامه على شجرة تمتد هو القضاء على إمكانية توجيه حلقات داخل الشبكة. ولكن هناك مزايا أخرى كذلك.
نظرًا لأن شجرة التمديد تبحث باستمرار عن مسارات الشبكة وتحديدها المتاحة لحزم البيانات التي يمكن السفر إليها ، فيمكنها اكتشاف ما إذا كانت العقدة التي تجلس على طول أحد هذه المسارات الأساسية قد تم تعطيلها. يمكن أن يحدث هذا لمجموعة متنوعة من الأسباب التي تتراوح من فشل الأجهزة إلى تكوين شبكة جديد. يمكن أن يكون حتى وضع مؤقت يعتمد على النطاق الترددي أو عوامل أخرى.
عندما يكتشف الشجرة الممتدة أن المسار الأساسي لم يعد نشطًا ، يمكن أن يفتح بسرعة مسارًا آخر تم إغلاقه مسبقًا. يمكنه بعد ذلك إرسال بيانات حول بقعة المتاعب ، أو في نهاية المطاف المعينة على المسار الأساسي الجديد ، أو إرسال الحزم إلى الجسر الأصلي في حالة توفره مرة أخرى.
في حين أن شجرة الامتداد الأصلية كانت سريعة نسبيًا في إجراء تلك الروابط الجديدة حسب الحاجة ، في عام 2001 ، قدمت IEEE بروتوكول شجرة الامتداد السريع (RSTP). يشار إليها أيضًا باسم إصدار 802.1W من البروتوكول ، تم تصميم RSTP لتوفير استرداد أسرع بكثير استجابة لتغييرات الشبكة أو انقطاع مؤقت أو فشل في المكونات.
وعلى الرغم من أن RSTP قدم سلوكيات تقارب المسار الجديدة وأدوار منفذ الجسر لتسريع العملية ، فقد تم تصميمها أيضًا لتكون متوافقة تمامًا مع شجرة الامتداد الأصلية. لذلك من الممكن أن تعمل الأجهزة التي تحتوي على كلا نسختين من البروتوكول معًا على نفس الشبكة.
أوجه القصور في شجرة الامتداد
على الرغم من أن الشجرة الممتدة أصبحت في كل مكان على مدار السنوات العديدة التي تلت تقديمها ، إلا أن هناك من يجادلون بأنهالقد حان الوقت. إن أكبر خطأ في امتداد شجرة الامتداد هو أنه يغلق الحلقات المحتملة داخل الشبكة عن طريق إيقاف المسارات المحتملة حيث يمكن أن تسافر البيانات. في أي شبكة معينة باستخدام شجرة تمتد ، يتم إغلاق حوالي 40 ٪ من مسارات الشبكة المحتملة للبيانات.
في بيئات الشبكات المعقدة للغاية ، مثل تلك الموجودة في مراكز البيانات ، فإن القدرة على التوسع بسرعة لتلبية الطلب أمر بالغ الأهمية. بدون القيود التي تفرضها تمتد Tree ، يمكن أن تفتح مراكز البيانات المزيد من النطاق الترددي دون الحاجة إلى أجهزة شبكات إضافية. هذا نوع من الموقف المفارق ، لأن بيئات الشبكات المعقدة هي السبب في إنشاء شجرة الامتداد. والآن ، فإن الحماية التي يوفرها البروتوكول ضد الحلقات هي ، بطريقة ما ، تعيق تلك البيئات من إمكاناتها الكاملة.
تم تطوير نسخة مكررة من البروتوكول المسمى TREENTING TREE (MSTP) لتوظيف شبكات LAN الافتراضية وتمكين المزيد من مسارات الشبكة من أن تكون مفتوحة في نفس الوقت ، مع منع الحلقات من التشكيل. ولكن حتى مع MSTP ، تظل عدد قليل من مسارات البيانات المحتملة مغلقة على أي شبكة معينة تستخدم البروتوكول.
كانت هناك العديد من المحاولات المستقلة غير القياسية لتحسين قيود النطاق الترددي لشجرة الامتداد على مر السنين. في حين أن مصممي بعضهم قد ادعوا نجاحهم في جهودهم ، فإن معظمهم لا يتوافقون تمامًا مع البروتوكول الأساسي ، مما يعني أن المنظمات تحتاج إما إلى استخدام التغييرات غير المعيارية على جميع أجهزتهم أو إيجاد طريقة للسماح لها بالوجود مع مفاتيح تشغيل شجرة تمتد. في معظم الحالات ، لا تستحق تكاليف الحفاظ ودعم النكهات المتعددة لشجرة الامتداد الجهد.
هل ستستمر الشجرة الممتدة في المستقبل؟
بصرف النظر عن القيود في النطاق الترددي بسبب مسارات شبكة إغلاق الأشجار ، لا يوجد الكثير من التفكير أو الجهد المبذول في استبدال البروتوكول. على الرغم من أن IEEE تطلق أحيانًا التحديثات لمحاولة جعلها أكثر كفاءة ، إلا أنها تتوافق دائمًا مع الإصدارات الموجودة من البروتوكول.
بمعنى ما ، يتبع تمتد شجرة قاعدة "إذا لم يتم كسرها ، فلا تصلحها". تعمل Tree الممتدة بشكل مستقل في خلفية معظم الشبكات للحفاظ على تدفق حركة المرور ، ومنع حلقات تحفز الاصطدام من التشكيل ، وتوجيه حركة المرور حول بقع المتاعب حتى لا يعرف المستخدمون النهائيون أبدًا ما إذا كانت شبكتهم تعاني من اضطرابات مؤقتًا كجزء من عملياتها اليومية. وفي الوقت نفسه ، على الواجهة الخلفية ، يمكن للمسؤولين إضافة أجهزة جديدة إلى شبكاتهم دون التفكير كثيرًا فيما إذا كانوا سيتمكنون من التواصل مع بقية الشبكة أو العالم الخارجي.
بسبب كل ذلك ، من المحتمل أن تظل شجرة الامتداد قيد الاستخدام لسنوات عديدة قادمة. قد يكون هناك بعض التحديثات البسيطة من وقت لآخر ، ولكن من المحتمل أن تكون بروتوكول شجرة الامتداد الأساسي وجميع الميزات الهامة التي يؤديها هنا للبقاء.
وقت النشر: نوفمبر -07-2023
