スパニングツリーと呼ばれることもあるスパニングツリープロトコルは、リアルタイムの条件に基づいて最も効率的なルートに沿ってトラフィックを向け、最新のイーサネットネットワークのWazeまたはMapQuestです。
1985年にDigital Equipment Corporation（DEC）で働いていたアメリカのコンピューター科学者Radia Perlmanが作成したアルゴリズムに基づいて、Spanningツリーの主な目的は、複雑なネットワーク構成における冗長リンクと通信経路のループを防ぐことです。二次関数として、スパニングツリーはトラブルスポットの周りにパケットをルーティングして、コミュニケーションが混乱を経験している可能性のあるネットワークを介して巻くことができるようにすることができます。
スパニングツリートポロジーとリングトポロジ
1980年代に組織がコンピューターのネットワークを始めたばかりのとき、最も人気のある構成の1つはリングネットワークでした。たとえば、IBMは1985年に独自のトークンリングテクノロジーを導入しました。
リングネットワークトポロジでは、各ノードは他の2つのノードと接続します。1つはリングの上にあり、1つはその背後に配置されています。信号は、リングの周りを単一の方向に移動するだけで、各ノードはリングの周りにループがループしているすべてのパケットを配っています。
単純なリングネットワークは、ほんの一握りのコンピューターしかない場合に正常に機能しますが、ネットワークに数百または数千のデバイスが追加されると、リングは非効率的になります。コンピューターは、隣接する部屋の他のシステムと情報を共有するためだけに、数百のノードを介してパケットを送信する必要がある場合があります。帯域幅とスループットは、トラフィックが一方向にのみ流れる場合に問題になります。途中のノードが壊れたり過度に混雑したりした場合、バックアッププランはありません。
90年代には、イーサネットがより速くなったため（1995年に100mbit/秒の高速イーサネットが導入されました）、イーサネットネットワークのコスト（ブリッジ、スイッチ、ケーブル化）はトークンリングよりもかなり安くなり、スパニングツリーはLANトポロジー戦争とトークンを獲得しました。リングはすぐに消えました。
スパニングツリーの仕組み
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Spanning Treeは、データパケットの転送プロトコルです。それは、データが移動するネットワーク高速道路の一部の交通警官と土木技術者の一部です。レイヤー2（データリンクレイヤー）にあるため、送信されているパケットの種類や含まれるデータではなく、適切な宛先にパケットを移動するだけです。
スパニングツリーは非常に遍在しているため、その使用はで定義されていますIEEE 802.1Dネットワーキング標準。標準で定義されているように、それらが適切に機能するためには、任意の2つのエンドポイントまたはステーションの間に1つのアクティブパスのみが存在できます。
スパニングツリーは、ネットワークセグメント間を通過するデータがループに詰まっている可能性を排除するように設計されています。一般に、ループはネットワークデバイスにインストールされている転送アルゴリズムを混乱させ、デバイスがパケットを送信する場所がわからなくなるようにします。これにより、フレームの重複または複数の宛先への重複パケットの転送が発生する可能性があります。メッセージは繰り返される可能性があります。通信は送信者に跳ね返ることができます。あまりにも多くのループが発生し始めた場合、ネットワークをクラッシュさせることもできます。他の非ループされていないトラフィックをブロックしながら、かなりの利益を得ずに帯域幅を食べます。
スパニングツリープロトコルループが形成されないようにしますデータパケットごとに1つの可能な経路を除くすべてを閉じることにより。ネットワークのスイッチスパニングツリーを使用して、データが移動できるルートパスとブリッジを定義し、機能的に複製パスを閉じて、プライマリパスが利用可能になっている間、それらを非アクティブで使用できません。
その結果、ネットワークがどれほど複雑または広大になるかに関係なく、ネットワーク通信がシームレスに流れます。ある意味では、Spanning Treeは、ネットワークエンジニアが古いループネットワークでハードウェアを使用したのとほぼ同じ方法で、ソフトウェアを使用してデータを移動するためのネットワークを介して単一のパスを作成します。
スパニングツリーの追加の利点
スパニングツリーが使用される主な理由は、ネットワーク内のループをルーティングする可能性を排除することです。しかし、他の利点もあります。
Spanning Treeは、データパケットが移動するために使用可能なネットワークパスを常に探して定義しているため、それらの主要なパスのいずれかに沿って座っているノードが無効になっているかどうかを検出できます。これは、ハードウェアの障害から新しいネットワーク構成まで、さまざまな理由で発生する可能性があります。帯域幅やその他の要因に基づいた一時的な状況でもあります。
スパニングツリーがプライマリパスがアクティブになっていないことを検出すると、以前に閉じられていた別のパスをすばやく開くことができます。その後、トラブルスポットの周りにデータを送信したり、最終的に迂回を新しいプライマリパスとして指定したり、再び使用可能になった場合にパケットを元のブリッジに送り返すことができます。
元のスパニングツリーは、必要に応じてこれらの新しい接続を比較的迅速に作成しましたが、2001年にIEEEはラピッドスパニングツリープロトコル（RSTP）を導入しました。プロトコルの802.1Wバージョンとも呼ばれるRSTPは、ネットワークの変更、一時的な停止、またはコンポーネントの完全な障害に応じて、大幅に速い回復を提供するように設計されました。
また、RSTPは新しいパス収束動作とプロセスを加速するためにブリッジポートの役割を導入しましたが、元のスパニングツリーと完全に逆方向に互換性があるように設計されました。そのため、両方のバージョンのプロトコルを備えたデバイスが同じネットワークで一緒に動作する可能性があります。
スパニングツリーの欠点
スパニングツリーは、その導入後、長年にわたって遍在していますが、それが時が来ました。スパニングツリーの最大の欠点は、データが移動できる潜在的な経路をシャットダウンすることにより、ネットワーク内の潜在的なループを閉じることです。スパニングツリーを使用した特定のネットワークでは、潜在的なネットワークパスの約40％がデータに閉じられています。
データセンター内に見られるような非常に複雑なネットワーキング環境では、需要を満たすために迅速にスケールアップする能力が重要です。 Spanningツリーによって課される制限がなければ、データセンターは、追加のネットワーキングハードウェアを必要とせずに、より多くの帯域幅を開くことができました。複雑なネットワーキング環境がスパニングツリーが作成された理由であるため、これは一種の皮肉な状況です。そして今、プロトコルによって提供されるループに対する保護は、ある意味で、それらの環境を最大限の潜在能力から引き戻しています。
Multiple-Instance Spanning Tree（MSTP）と呼ばれるプロトコルの洗練されたバージョンが開発され、仮想LANを使用し、ループの形成を防ぎながら、より多くのネットワークパスを同時に開くことができます。しかし、MSTPであっても、プロトコルを使用している特定のネットワークではかなりの数の潜在的なデータパスが閉じたままです。
長年にわたってスパニングツリーの帯域幅の制限を改善するための多くの非標準化された独立した試みがありました。彼らのいくつかの設計者は彼らの努力に成功を主張していますが、ほとんどはコアプロトコルと完全に互換性があるわけではありません。つまり、組織はすべてのデバイスで非標準化された変更を採用するか、それらが存在できるようにする方法を見つける必要があります。標準のスパニングツリーを実行するスイッチ。ほとんどの場合、スパニングツリーの複数のフレーバーを維持およびサポートするコストは努力する価値がありません。
スパニングツリーは将来続きますか？
スパニングツリーの閉鎖ネットワークパスによる帯域幅の制限は別として、プロトコルの置き換えについて多くの考えや努力はありません。 IEEEは時々アップデートをリリースしてより効率的にしようとしますが、それらは常にプロトコルの既存のバージョンと互換性があります。
ある意味では、スパニングツリーは「壊れていない場合は修正しないでください」というルールに従います。スパニングツリーは、ほとんどのネットワークの背景に独立して実行され、トラフィックの流れを維持し、クラッシュを誘発するループの形成を防ぎ、トラフィックの周りにトラフィックをルーティングすることで、エンドユーザーが日々の一部としてネットワークの経験が一時的に混乱するかどうかさえわからないようにします。デイオペレーション。一方、バックエンドでは、管理者はネットワークや外の世界と通信できるかどうかについてあまり考えずに、新しいデバイスをネットワークに追加できます。
そのため、スパニングツリーは今後何年も使用され続ける可能性があります。時々いくつかのマイナーな更新があるかもしれませんが、コアスパニングツリープロトコルとそれが実行するすべての重要な機能は、おそらくここにとどまるでしょう。
投稿時間：07-2023年11月
