스패닝 트리라고도 불리는 스패닝 트리 프로토콜은 현대 이더넷 네트워크의 Waze 또는 MapQuest로, 실시간 조건에 따라 가장 효율적인 경로를 따라 트래픽을 안내합니다.
미국의 컴퓨터 과학자 Radia Perlman이 1985년 DEC(Digital Equipment Corporation)에서 근무하면서 만든 알고리즘을 기반으로 하는 스패닝 트리의 주요 목적은 복잡한 네트워크 구성에서 중복 링크와 통신 경로의 루핑을 방지하는 것입니다. 보조 기능인 스패닝 트리는 문제 지점 주변으로 패킷을 라우팅하여 중단이 발생할 수 있는 네트워크를 통해 통신이 이루어질 수 있도록 할 수 있습니다.
스패닝 트리 토폴로지와 링 토폴로지
1980년대에 조직이 컴퓨터 네트워크를 막 시작했을 때 가장 인기 있는 구성 중 하나는 링 네트워크였습니다. 예를 들어, IBM은 1985년에 독자적인 토큰링 기술을 도입했습니다.
링 네트워크 토폴로지에서 각 노드는 다른 두 노드와 연결됩니다. 하나는 링의 앞에 있고 다른 하나는 링 뒤에 있습니다. 신호는 링 주위를 한 방향으로만 이동하며, 각 노드는 링 주위를 순환하는 모든 패킷을 전달합니다.
단순한 링 네트워크는 소수의 컴퓨터만 있을 때 잘 작동하지만, 수백 또는 수천 개의 장치가 네트워크에 추가되면 링은 비효율적입니다. 컴퓨터는 인접한 방에 있는 다른 시스템과 정보를 공유하기 위해 수백 개의 노드를 통해 패킷을 보내야 할 수도 있습니다. 트래픽이 한 방향으로만 흐를 수 있고 도중에 있는 노드가 중단되거나 과도하게 혼잡해지는 경우 백업 계획이 없을 때 대역폭과 처리량도 문제가 됩니다.
90년대 이더넷이 빨라지고(100Mbit/초. 1995년에 고속 이더넷이 도입됨) 이더넷 네트워크(브리지, 스위치, 케이블링) 비용이 토큰링보다 훨씬 저렴해지면서 스패닝 트리가 LAN 토폴로지 전쟁에서 승리했고 토큰 반지는 빨리 사라졌습니다.
스패닝 트리의 작동 방식
[올해 마지막 FutureIT 이벤트에 지금 등록하세요! 독점적인 전문 개발 워크샵이 가능합니다. FutureIT 뉴욕, 11월 8일]
스패닝 트리는 데이터 패킷을 전달하는 프로토콜입니다. 이는 데이터가 이동하는 네트워크 고속도로의 교통 경찰이자 토목 기술자의 역할을 합니다. 이는 계층 2(데이터 링크 계층)에 위치하므로 전송되는 패킷의 종류나 포함된 데이터가 아니라 패킷을 적절한 대상으로 이동하는 데에만 관심이 있습니다.
스패닝 트리는 매우 보편화되어 그 용도가 다음에서 정의됩니다.IEEE 802.1D 네트워킹 표준. 표준에 정의된 대로 두 끝점 또는 스테이션이 올바르게 작동하려면 두 끝점 또는 스테이션 사이에 하나의 활성 경로만 존재할 수 있습니다.
스패닝 트리는 네트워크 세그먼트 간 데이터 전달이 루프에 걸릴 가능성을 제거하도록 설계되었습니다. 일반적으로 루프는 네트워크 장치에 설치된 전달 알고리즘을 혼동하여 장치가 더 이상 패킷을 보낼 위치를 알 수 없게 만듭니다. 이로 인해 프레임이 중복되거나 중복된 패킷이 여러 대상으로 전달될 수 있습니다. 메시지가 반복될 수 있습니다. 통신이 보낸 사람에게 반송될 수 있습니다. 너무 많은 루프가 발생하기 시작하면 네트워크가 중단될 수도 있으며, 루프가 아닌 다른 트래픽이 통과하는 것을 차단하면서 눈에 띄는 이득 없이 대역폭을 소모할 수도 있습니다.
스패닝 트리 프로토콜루프 형성을 중지합니다.각 데이터 패킷에 대해 하나의 가능한 경로를 제외한 모든 경로를 차단합니다. 네트워크의 스위치는 스패닝 트리를 사용하여 데이터가 이동할 수 있는 루트 경로와 브리지를 정의하고 기능적으로 중복 경로를 차단하여 기본 경로를 사용할 수 있는 동안 해당 경로를 비활성화하고 사용할 수 없게 만듭니다.
그 결과, 네트워크가 얼마나 복잡하거나 방대해졌는지에 관계없이 네트워크 통신이 원활하게 흐릅니다. 어떤 면에서 스패닝 트리는 네트워크 엔지니어가 기존 루프 네트워크에서 하드웨어를 사용했던 것과 거의 동일한 방식으로 소프트웨어를 사용하여 데이터가 이동할 수 있도록 네트워크를 통해 단일 경로를 생성합니다.
스패닝 트리의 추가 이점
스패닝 트리가 사용되는 주된 이유는 네트워크 내에서 라우팅 루프 가능성을 제거하는 것입니다. 그러나 다른 장점도 있습니다.
스패닝 트리는 데이터 패킷이 이동할 수 있는 네트워크 경로를 지속적으로 찾고 정의하기 때문에 해당 기본 경로 중 하나에 있는 노드가 비활성화되었는지 감지할 수 있습니다. 이는 하드웨어 오류부터 새로운 네트워크 구성에 이르기까지 다양한 이유로 발생할 수 있습니다. 대역폭이나 기타 요인에 따라 일시적인 상황일 수도 있습니다.
스패닝 트리는 기본 경로가 더 이상 활성화되지 않음을 감지하면 이전에 닫혀 있던 다른 경로를 빠르게 열 수 있습니다. 그런 다음 문제 지점 주변으로 데이터를 보내고 결국 우회를 새로운 기본 경로로 지정하거나 다시 사용할 수 있게 되면 원래 브리지로 패킷을 다시 보낼 수 있습니다.
원래의 스패닝 트리는 필요에 따라 새로운 연결을 비교적 빠르게 수행했지만, 2001년에 IEEE는 RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)를 도입했습니다. 802.1w 버전의 프로토콜이라고도 하는 RSTP는 네트워크 변경, 일시적인 중단 또는 구성 요소의 완전한 오류에 대응하여 훨씬 더 빠른 복구를 제공하도록 설계되었습니다.
RSTP는 프로세스를 가속화하기 위해 새로운 경로 수렴 동작과 브리지 포트 역할을 도입하는 동시에 원래 스패닝 트리와도 완전히 역호환되도록 설계되었습니다. 따라서 두 버전의 프로토콜을 모두 사용하는 장치가 동일한 네트워크에서 함께 작동하는 것이 가능합니다.
스패닝 트리의 단점
스패닝 트리는 도입된 후 수년에 걸쳐 널리 사용되었지만,시간이 왔다. 스패닝 트리의 가장 큰 결점은 데이터가 이동할 수 있는 잠재적인 경로를 차단하여 네트워크 내의 잠재적인 루프를 차단한다는 것입니다. 스패닝 트리를 사용하는 특정 네트워크에서는 잠재적인 네트워크 경로의 약 40%가 데이터에 닫혀 있습니다.
데이터 센터 내에서 볼 수 있는 것과 같이 매우 복잡한 네트워킹 환경에서는 수요를 충족시키기 위해 신속하게 확장하는 능력이 중요합니다. 스패닝 트리로 인한 제한이 없으면 데이터 센터는 추가 네트워킹 하드웨어 없이도 훨씬 더 많은 대역폭을 확보할 수 있습니다. 이는 다소 아이러니한 상황입니다. 복잡한 네트워킹 환경 때문에 스패닝 트리가 만들어졌기 때문입니다. 그리고 이제 루핑에 대해 프로토콜이 제공하는 보호는 어떤 면에서는 이러한 환경이 최대한의 잠재력을 발휘하지 못하도록 방해합니다.
MSTP(Multiple-Instance Spanning Tree)라는 프로토콜의 개선된 버전은 가상 LAN을 사용하고 루프 형성을 방지하면서 동시에 더 많은 네트워크 경로를 열 수 있도록 개발되었습니다. 그러나 MSTP를 사용하더라도 해당 프로토콜을 사용하는 특정 네트워크에서는 상당수의 잠재적 데이터 경로가 폐쇄된 상태로 남아 있습니다.
수년에 걸쳐 스패닝 트리의 대역폭 제한을 개선하려는 비표준적이고 독립적인 시도가 많이 있었습니다. 일부 설계자는 노력이 성공했다고 주장했지만 대부분은 핵심 프로토콜과 완전히 호환되지 않습니다. 즉, 조직은 모든 장치에 비표준 변경 사항을 적용하거나 이러한 변경 사항이 존재할 수 있는 방법을 찾아야 합니다. 표준 스패닝 트리를 실행하는 스위치입니다. 대부분의 경우 스패닝 트리의 다양한 버전을 유지 관리하고 지원하는 데 드는 비용은 노력할 가치가 없습니다.
스패닝 트리는 앞으로도 계속 될까요?
스패닝 트리가 네트워크 경로를 닫아서 대역폭이 제한된다는 점을 제외하면 프로토콜을 교체하는 데 많은 생각이나 노력을 기울이지 않습니다. IEEE는 효율성을 높이기 위해 때때로 업데이트를 출시하지만 항상 기존 버전의 프로토콜과 역호환됩니다.
어떤 의미에서 스패닝 트리는 "고장나지 않았다면 고치지 마세요"라는 규칙을 따릅니다. 스패닝 트리는 대부분의 네트워크 백그라운드에서 독립적으로 실행되어 트래픽 흐름을 유지하고, 충돌을 유발하는 루프가 형성되는 것을 방지하고, 문제 지점을 중심으로 트래픽을 라우팅하므로 최종 사용자는 네트워크가 일상적인 작업의 일부로 일시적인 중단을 경험하는지조차 알 수 없습니다. 당일 운영. 한편, 백엔드에서 관리자는 네트워크의 나머지 부분이나 외부 세계와 통신할 수 있는지 여부에 대해 너무 많이 생각하지 않고도 네트워크에 새 장치를 추가할 수 있습니다.
이 때문에 스패닝 트리는 앞으로도 수년 동안 계속 사용될 가능성이 높습니다. 때때로 약간의 사소한 업데이트가 있을 수 있지만 핵심 스패닝 트리 프로토콜과 이 프로토콜이 수행하는 모든 중요한 기능은 그대로 유지될 것입니다.
게시 시간: 2023년 11월 7일
