Le protocole Spanning Tree, parfois simplement appelé Spanning Tree, est le Waze ou MapQuest des réseaux Ethernet modernes, dirigeant le trafic le long de l'itinéraire le plus efficace en fonction des conditions en temps réel.
Basé sur un algorithme créé par l'informaticien américain Radia Perlman alors qu'elle travaillait pour Digital Equipment Corporation (DEC) en 1985, l'objectif principal de Spanning Tree est d'éviter les liaisons redondantes et le bouclage des voies de communication dans des configurations réseau complexes. En tant que fonction secondaire, Spanning Tree peut acheminer les paquets autour des points chauds pour garantir que les communications puissent circuler à travers des réseaux susceptibles de subir des perturbations.
Topologie Spanning Tree et topologie en anneau
Lorsque les organisations commençaient tout juste à mettre leurs ordinateurs en réseau dans les années 1980, l'une des configurations les plus populaires était le réseau en anneau. Par exemple, IBM a introduit sa technologie propriétaire Token Ring en 1985.
Dans une topologie de réseau en anneau, chaque nœud se connecte à deux autres nœuds, un qui se trouve devant lui sur l'anneau et un qui est positionné derrière lui. Les signaux ne circulent autour de l'anneau que dans une seule direction, chaque nœud transmettant tous les paquets circulant autour de l'anneau.
Alors que les réseaux en anneau simples fonctionnent correctement lorsqu'il n'y a qu'une poignée d'ordinateurs, les anneaux deviennent inefficaces lorsque des centaines ou des milliers d'appareils sont ajoutés à un réseau. Un ordinateur peut avoir besoin d'envoyer des paquets via des centaines de nœuds simplement pour partager des informations avec un autre système situé dans une pièce adjacente. La bande passante et le débit deviennent également un problème lorsque le trafic ne peut circuler que dans une seule direction, sans plan de secours si un nœud en cours de route devient défectueux ou trop encombré.
Dans les années 90, alors qu'Ethernet devenait plus rapide (100 Mbit/s. Fast Ethernet a été introduit en 1995) et que le coût d'un réseau Ethernet (ponts, commutateurs, câblage) devenait nettement moins cher que Token Ring, Spanning Tree a remporté la guerre de la topologie LAN et Token La bague disparut rapidement.
Comment fonctionne l'arbre couvrant
Spanning Tree est un protocole de transfert de paquets de données. Il s'agit à la fois d'un agent de la circulation et d'un ingénieur civil pour les autoroutes du réseau par lesquelles les données transitent. Il se situe au niveau de la couche 2 (couche liaison de données), il s'agit donc simplement du déplacement des paquets vers leur destination appropriée, et non du type de paquets envoyés ou des données qu'ils contiennent.
Le Spanning Tree est devenu si omniprésent que son utilisation est définie dans leNorme réseau IEEE 802.1D. Comme défini dans la norme, un seul chemin actif peut exister entre deux points finaux ou stations pour qu'ils fonctionnent correctement.
Spanning Tree est conçu pour éliminer la possibilité que les données transmises entre les segments du réseau restent bloquées dans une boucle. En général, les boucles confondent l'algorithme de transfert installé dans les périphériques réseau, ce qui fait que l'appareil ne sait plus où envoyer les paquets. Cela peut entraîner la duplication de trames ou le transfert de paquets en double vers plusieurs destinations. Les messages peuvent être répétés. Les communications peuvent rebondir vers un expéditeur. Il peut même faire planter un réseau si trop de boucles commencent à se produire, consommant de la bande passante sans aucun gain appréciable tout en empêchant le passage du trafic non bouclé.
Le protocole Spanning Treeempêche les boucles de se formeren fermant tous les chemins possibles sauf un pour chaque paquet de données. Les commutateurs sur un réseau utilisent Spanning Tree pour définir des chemins racine et des ponts où les données peuvent voyager, et fermer fonctionnellement les chemins en double, les rendant inactifs et inutilisables tant qu'un chemin principal est disponible.
Le résultat est que les communications réseau circulent de manière transparente, quelle que soit la complexité ou l'étendue du réseau. D'une certaine manière, Spanning Tree crée des chemins uniques à travers un réseau pour que les données circulent à l'aide d'un logiciel, de la même manière que les ingénieurs réseau le faisaient en utilisant le matériel sur les anciens réseaux en boucle.
Avantages supplémentaires du Spanning Tree
La principale raison pour laquelle Spanning Tree est utilisé est d'éliminer la possibilité de boucles de routage au sein d'un réseau. Mais il y a aussi d’autres avantages.
Étant donné que Spanning Tree recherche et définit constamment les chemins réseau disponibles pour le transit des paquets de données, il peut détecter si un nœud situé le long de l'un de ces chemins principaux a été désactivé. Cela peut se produire pour diverses raisons, allant d'une panne matérielle à une nouvelle configuration réseau. Il peut même s'agir d'une situation temporaire basée sur la bande passante ou d'autres facteurs.
Lorsque Spanning Tree détecte qu'un chemin principal n'est plus actif, il peut rapidement ouvrir un autre chemin qui avait été précédemment fermé. Il peut ensuite envoyer des données autour du point problématique, désignant éventuellement le détour comme nouveau chemin principal, ou renvoyant des paquets au pont d'origine s'il redevient disponible.
Alors que le Spanning Tree d'origine était relativement rapide pour établir ces nouvelles connexions selon les besoins, en 2001, l'IEEE a introduit le protocole Rapid Spanning Tree (RSTP). Également appelé version 802.1w du protocole, RSTP a été conçu pour fournir une récupération beaucoup plus rapide en réponse aux modifications du réseau, aux pannes temporaires ou à la panne pure et simple des composants.
Et bien que RSTP ait introduit de nouveaux comportements de convergence de chemin et des rôles de port de pont pour accélérer le processus, il a également été conçu pour être entièrement rétrocompatible avec le Spanning Tree d'origine. Il est donc possible que des appareils dotés des deux versions du protocole fonctionnent ensemble sur le même réseau.
Lacunes du Spanning Tree
Même si le Spanning Tree est devenu omniprésent au cours des nombreuses années qui ont suivi son introduction, certains soutiennent qu'il estle temps est venu. Le plus gros défaut du Spanning Tree est qu’il ferme les boucles potentielles au sein d’un réseau en fermant les chemins potentiels par lesquels les données pourraient voyager. Dans tout réseau utilisant Spanning Tree, environ 40 % des chemins réseau potentiels sont fermés aux données.
Dans des environnements réseau extrêmement complexes, tels que ceux trouvés dans les centres de données, la capacité à évoluer rapidement pour répondre à la demande est essentielle. Sans les limitations imposées par Spanning Tree, les centres de données pourraient ouvrir beaucoup plus de bande passante sans avoir besoin de matériel réseau supplémentaire. C’est une situation assez ironique, car les environnements réseau complexes sont la raison pour laquelle Spanning Tree a été créé. Et maintenant, la protection fournie par le protocole contre le bouclage empêche, d’une certaine manière, ces environnements d’exploiter tout leur potentiel.
Une version raffinée du protocole appelée Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) a été développée pour utiliser des réseaux locaux virtuels et permettre à davantage de chemins réseau d'être ouverts en même temps, tout en empêchant la formation de boucles. Mais même avec MSTP, de nombreux chemins de données potentiels restent fermés sur tout réseau utilisant le protocole.
Il y a eu de nombreuses tentatives indépendantes et non standardisées pour améliorer les restrictions de bande passante de Spanning Tree au fil des ans. Même si les concepteurs de certains d'entre eux ont revendiqué le succès de leurs efforts, la plupart ne sont pas entièrement compatibles avec le protocole de base, ce qui signifie que les organisations doivent soit utiliser les modifications non standardisées sur tous leurs appareils, soit trouver un moyen de leur permettre d'exister avec commutateurs exécutant le Spanning Tree standard. Dans la plupart des cas, les coûts de maintenance et de prise en charge de plusieurs versions de Spanning Tree n'en valent pas la peine.
Le Spanning Tree continuera-t-il à l’avenir ?
Mis à part les limitations de bande passante dues à la fermeture des chemins réseau par Spanning Tree, peu de réflexion ou d'efforts sont consacrés au remplacement du protocole. Bien que l'IEEE publie occasionnellement des mises à jour pour essayer de le rendre plus efficace, elles sont toujours rétrocompatibles avec les versions existantes du protocole.
Dans un sens, Spanning Tree suit la règle suivante : « Si ce n’est pas cassé, ne le réparez pas ». Spanning Tree fonctionne indépendamment en arrière-plan de la plupart des réseaux pour maintenir la fluidité du trafic, empêcher la formation de boucles provoquant des pannes et acheminer le trafic autour des points chauds afin que les utilisateurs finaux ne sachent même jamais si leur réseau subit des perturbations temporaires dans le cadre de ses activités quotidiennes. opérations de jour. Pendant ce temps, sur le back-end, les administrateurs peuvent ajouter de nouveaux appareils à leurs réseaux sans trop se demander s'ils pourront ou non communiquer avec le reste du réseau ou avec le monde extérieur.
Pour cette raison, il est probable que Spanning Tree restera utilisé pendant de nombreuses années. Il peut y avoir des mises à jour mineures de temps en temps, mais le protocole Spanning Tree de base et toutes les fonctionnalités critiques qu'il exécute sont probablement là pour rester.
Heure de publication : 07 novembre 2023
