آشنایی با پروتکل Spanning Tree

پروتکل Spanning Tree به عنوان یک پروتکل شبکه، برای جلوگیری از وقوع حلقه در شبکه های پوشش داده شده، استفاده می شود. در پروتکل Spanning Tree، حلقه به مسئله ‌ای اشاره دارد که در آن یک فریم شبکه توسط شبکه از چندین مسیر مختلف به هدف خودش رسیده و به صورت بی‌ نهایت در این مسیرها گردش کند. این موضوع باعث مصرف نامناسب پهنای باند شبکه و افزایش تأخیر شبکه می ‌شود، در نتیجه عملکرد شبکه را تحت تأثیر قرار می ‌دهد. اما پروتکل Spanning Tree راه حل این مشکل است. در ادامه به بررسی بیشتر این پروتکل می پردازیم. در ادامه مطالب همراه ما باشید:

هدف ایجاد پروتکل Spanning Tree

همان طور که بیان کردیم، مصرف نادرست پهنای باند شبکه و افزایش تاخیر شبکه در عملکرد شبکه تاثیر می گذارد. برای حل این مشکل، پروتکل Spanning Tree ایجاد شده است تا در شبکه‌ های سوییچینگ، در صورت وجود حلقه، یکی از مسیرها را بسته و از تشکیل حلقه جلوگیری کند. به این منظور در شبکه‌ های سوییچینگ از الگوریتم ‌های Spanning Tree استفاده می ‌شود که با انتخاب برخی از لینک ‌ها به عنوان لینک های فعال و برخی دیگر را به عنوان لینک های غیرفعال، حلقه‌ ها را از بین ‌ببرد. در نتیجه از تشکیل آن ‌ها جلوگیری می ‌کند.

اهمیت پروتکل Spanning Tree

در شبکه های پوشش داده شده، اغلب پیام ها به صورت چندین مسیر به دست مقصد می رسند که ممکن است منجر به ایجاد حلقه در شبکه شود. ایجاد حلقه در شبکه، باعث بروز مشکلاتی مانند ارسال تکراری پیام، زمان بیشتر برای انتقال پیام ها و افزایش ترافیک شبکه می شود. برای جلوگیری از وقوع حلقه در شبکه، پروتکل Spanning Tree از یک الگوریتم برای پیدا کردن مسیر بهینه استفاده می کند. در این الگوریتم، یک سری از گره های شبکه به عنوان ریشه ((Root)  تعیین می شوند و در ادامه برای هر گره از شبکه، یک مسیر بهینه تا ریشه با استفاده از پورت مناسب مشخص می شود. سپس، برای جلوگیری از وقوع حلقه در شبکه، پروتکل Spanning Tree یکی از این پورت ها را غیر فعال می کند. در این پروتکل، گره ها به عنوان Bridge نامیده می شوند و پیام ها به صورت Frame ارسال می شوند. هر Bridge دارای یک شناسه برای خود است که به صورت MAC Address تعیین می شود.

برای جلوگیری از وقوع حلقه در شبکه، پروتکل Spanning Tree از الگوریتمSpanning Tree Protocol (STP) استفاده می کند که بر اساس اصولی از جمله Root Bridge Election و Port States، برای انتخاب مسیر بهینه و غیر فعال کردن پورت های لازم استفاده می کند.

پروتکل Spanning Tree چه ویژگی هایی دارد؟

پروتکل Spanning Tree یک پروتکل شبکه است که برای جلوگیری از پدید آمدن حلقه های بیش از حد در شبکه های LAN استفاده می شود. این پروتکل به تعدادی از روش های الگوریتمی مانند روشSTP (Spanning Tree Protocol) یا RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) مبتنی برIEEE 802.1D و IEEE 802.1w عمل می کند. برخی از ویژگی های مهم پروتکل Spanning Tree عبارتند از:

1. جلوگیری از ایجاد حلقه ها: این پروتکل با ردیابی و غیرفعال کردن ارتباطات اضافی در شبکه، از پدید آمدن حلقه های بیش از حد در شبکه ها جلوگیری می کند.
2. اطمینان از دسترسی به سوئیچ های فعال: با استفاده از این پروتکل، تضمین می شود که هر زمان که یک سوئیچ فعال برای ارسال یا دریافت داده ها در شبکه وجود دارد، این سوئیچ بتواند با موفقیت داده ها را ارسال کند یا دریافت کند.
3. پایداری و قابلیت اطمینان: با تضمین فعال بودن تنها یک مسیر بین دو نقطه در شبکه، پروتکل Spanning Tree به صورت قابل اطمینان و پایداری بالا در شبکه های LAN عمل می کند.
4. قابلیت تنظیم: پروتکل Spanning Tree قابلیت تنظیم برای تناسب با شبکه های مختلف را دارد. این قابلیت به مدیران شبکه اجازه می دهد تا پارامترهای مختلفی را مانند زمان تایم اوت، شماره پل VLAN و غیره تغییر دهند و در نتیجه پروتکل را به شبکه خود بستگی بدهند.

عملکرد پروتکل Spanning Tree به چه صورت است؟

 پروتکل Spanning Tree (STP) یک پروتکل شبکه است که به منظور جلوگیری از وقوع دور مسیر اجازه عبور در شبکه ‌های لایه دوم، استفاده می‌ شود. این پروتکل با تعیین درخت پوشا (Spanning Tree)، اجازه می‌دهد تا تنها یک مسیر میان دو دستگاه در شبکه فعال باقی بماند و دیگر مسیرها غیرفعال شوند. زمانی که STP فعال است، ابتدا باید یک(Bridge Root)  (ریشه پل) انتخاب شود. در این مرحله، تمام پل ها برای پیدا کردن پلی که به ریشه پل نزدیک‌ تر است، پیام ‌هایBPDU  پروتکل پیام ‌های برگرداننده یونی‌کست را با یکدیگر مبادله می‌ کنند. سپس، پل هایی که از ریشه پل دورتر هستند، به صورت خودکار غیرفعال شده و تنها یک مسیر فعال بین ریشه پل و دستگاه ‌های متصل به شبکه را باقی می ‌گذارند. همچنین، در صورتی که یک لینک اصلی از دست برود، STP به طور خودکار مسیر جایگزین را فعال می ‌کند تا اطمینان حاصل شود که شبکه به درستی کار می ‌کند.

در چه مواردی می توان از پروتکل Spanning Tree استفاده کرد؟

1. پروتکل Spanning Tree جهت جلوگیری از به وجود آمدن چرخه در شبکه های کامپیوتری استفاده می ‌شود.
2. با فعال کردن این پروتکل در شبکه هایی که دارای چندین سوئیچ  (switch) هستند، برقراری ترافیک بین دستگاه های مختلف به صورت ایمن و بهینه صورت می‌ پذیرد.
3. معمولا در شبکه هایی که دارای توپولوژی درختی(tree topology)  هستند، از پروتکل Spanning Tree استفاده می ‌شود.
4. همچنین، در شبکه هایی که دارای چندین مسیر ارتباطی میان دستگاه ها هستند، این پروتکل برای حذف چرخه و افزایش پایداری شبکه مورد استفاده قرار می‌ گیرد. به عنوان مثال، در شبکه های LAN (Local Area Network) که از توپولوژی درختی استفاده می ‌کنند، پروتکل Spanning Tree به صورت پیش فرض فعال است.

کلام آخر

پروتکل Spanning Tree یک پروتکل شبکه است که برای بهبود عملکرد و پایداری شبکه‌ های کامپیوتری طراحی شده است. با استفاده از این پروتکل، ترافیک در شبکه به صورت بهینه و ایمن از یک مسیر به دیگری هدایت می شود و از به وجود آمدن چرخه و از دست رفتن بسته ‌ها جلوگیری می کند. علاوه بر این با استفاده از این پروتکل اضافه کردن دستگاه‌ های جدید به شبکه نیز ممکن است. کاربردهای پروتکل Spanning Tree در شبکه‌ های کامپیوتری شامل افزایش پایداری، بهبود کارایی و کاهش احتمال خطا در شبکه‌ های کامپیوتری می ‌شود.