úvodní  ::  WDS  ::  Spanning tree  ::  VLAN  ::  Roaming

Spanning Tree

Jednou z oblastí informatiky, ve které se stromům zvláště dobře daří, jsou i počítačové sítě. Počítačové sítě mohou mít topologii sběrnicovou, kruhovou, hvězdicovitou, stromovitou (či ještě obecnější, kterou nelze zahrnout do žádné z těchto kategorií), přičemž právě stromovitá struktura je v současné době velmi oblíbená, díky nástupu strukturované kabeláže vůbec.

Pro správnou funkci samoučícího se (self-learning) mostu je nezbytně nutné, aby síť měla přísně stromovitou strukturu.

Připomeňme si nejprve, v čem spočívá podstata samostatného učení: most si sám odvozuje skutečnou topologii sítě z toho, odkud přijímá bloky dat od konkrétních odesilatelů. Jestliže například přijme ze směru A (přesněji: z kabelového segmentu A) datový rámec od odesilatele X, pak si z toho odvodí, že uzel X leží právě v tomto směru, a veškeré rámce, adresované uzlu X jako příjemci, pak bude posílat směrem A.

Teď si ale představme, že by most "zaslechl" rámec od jednoho a téhož odesilatele ze dvou, či dokonce z více různých směrů současně. Co by si měl odvodit pak?

Tato situace, která musí samoučící se most dokonale zmást, přitom není zdaleka vyloučená. K tomu, aby mohla nastat, stačí jediné: existence redundantních spojení, neboli více jak jedné možné cesty mezi dvěma uzly sítě. Kdo by ale mohl mít zájem na tom, aby něco takového existovalo?

Odpověď je velmi jednoduchá - redundantní spojení zvyšují celkovou spolehlivost sítě, protože zajišťují existenci alespoň jedné cesty i v případě výpadku některého spoje či přepojovacího uzlu. Pokud bychom si pak skutečnou topologii sítě představovali jako graf, projevovala by se existence těchto redundantních spojení v tom, že příslušný graf by obsahoval cykly.

Redundantní spojení jsou nejčastěji vytvářena zcela záměrně, za účelem zvýšení spolehlivosti či rozložení zátěže přenosových cest. Někdy ale ke vzniku redundance dochází nechtěně - ve složitých soustavách vzájemně propojených sítí s nepřehlednou topologií může zapojením nového mostu snadno dojít k nepředvídanému "zacyklení".

Existence redundantních spojení je na jedné straně žádoucí (zvyšují spolehlivost), ale na druhé straně znemožňuje správné fungování samoučících se mostů. Jak z toho ven?

Řešením je vybavit mosty dodatečnou inteligencí, která jim umožní vyrovnat se i s redundantními spojeními. To, co samoučícím se mostům na redundantních spojích vadí, je právě existence cyklů v neorientovaném grafu, který reprezentuje skutečnou topologii sítě. "Inteligentní" mosty se proto potřebují navzájem domluvit, a z cyklického grafu vybrat a používat takovou podmnožinu spojů, která již nebude obsahovat žádné cykly, ale bude stále ještě zajišťovat existenci přenosové cesty mezi každými dvěma uzly, mezi kterými existovalo spojení i v původním cyklickém grafu. V terminologii teorie grafů by se jednalo o neorientovaný acyklický podgraf, neboli o tzv. kostru (která je v případě neorientovaného grafu vždy stromem). Odpovídající anglický ekvivalent, který se používá i v souvislosti s mosty, je Spanning Tree. V doslovném překladu jde o "strom, který pokrývá" (některé starší odborné prameny tento termín překládaly do češtiny jako: "napnutý strom").

Aby jednotlivé mosty dokázaly ve své vzájemné součinnosti takovýto "spanning tree" nalézt, potřebují k tomu vhodný algoritmus. Tento je označován jako Spanning Tree Algorithm (zkratkou STA, 802.1d). Původně byl vyvinut firmami DEC a Vitalink, později však byl přijat jako standard americké společnosti elektrotechnických a elektronických inženýrů (společností IEEE, v rámci její řady standardů IEEE 802). Součástí tohoto standardu je mj. i protokol pro vzájemnou komunikaci, pomocí které se jednotlivé mosty vzájemně domlouvají na nejvhodnější acyklické topologii. Z této vzájemné domluvy vychází jeden most v roli tzv. kořenového mostu (root bridge), a všechny ostatní mosty vybírají ze všech svých směrů právě jeden, který prohlásí za "kořenový" (ve smyslu: vedoucí ke kořenovému mostu). Tím vzniká přísně stromovitá (a tudíž acyklická) struktura, v jejímž kořeni je kořenový most.

Celý algoritmus je navíc řešen tak, aby při výpadku některého mostu či spojení dokázal využít existenci redundantních spojení a zajistil automatické zotavení celé sítě.

souvislost STP a wireless

Avaya access point podporuje velice užitečný protokol „Spanning-Tree Protocol“ (STP), který slouží pro vzájemnou výměnu informací mezi switchema tak, aby se zamezilo duplicitním spojům v jedné síti. Pokud například do jednoho switche podporujícího STP zapojíte dva access pointy taktéž s podporou STP a tyto dva access pointy propojíte do bridge, budou se v jedné síti nacházet dva paralelní spoje mezi stejnými místy. Bez použití protokolu STP se celá síť pro nadmíru kolizí zhroutí. Pokud však všechna zařízení podporují tento protokol, dojde k automatickému vypnutí jedné z paralelních cest a tím se kolizím zabrání.

Prezentace zpracovaných materiálů do předmetu Technologie počítačových sítí.
Autoři : Trávník Lukáš (tra044),Hanke Martin (han154). 2004/2005.