Mechanizm Spanning Tree

Mechanizm ten jest sprecyzowany w standardzie IEEE 802.1d. Działanie jego jest najogólniej mówiąc następujące: jeśli podstawowe (P) fizyczne połączenie (np. kabel UTP lub światłowód), zainstalowane między dwoma przełącznikami, pracuje poprawnie, to połączenie redundancyjne (R) jest zablokowane. Jeśli natomiast połączenie P ulegnie uszkodzeniu, to mechanizm Spanning Tree automatycznie rekonfiguruje sieć, tak aby rolę dotychczasowego połączenia podstawowego przejęło połączenie redundancyjne (R), a sieć -mimo uszkodzenia połączenia P - działała poprawnie. Pozostałe połączenia redundancyjne są zablokowane.

Rozważmy bardziej szczegółowo (zob. rys. 4) zagadnienie połączeń podstawowych (P) i redundancyjnych (R), zainstalowanych między przełącznikami (S_I, S_II, S_III, S_IV) ulokowanymi w KPD (kondygnacyjny punkt dystrybucyjny) a przełącznikami dystrybucyjnymi (S_A, S_B) ulokowanymi w BPD (budynkowy punkt dystrybucyjny). Połączenia podstawowe oznaczono: P_I, P_II, P_III, P_IV - Połączenia redundancyjne oznaczono: R_I, R_II, R_III, R_IV Na rysunku 4 widać, że między np. przełącznikiem S_I a przełącznikiem dystrybucyjnym S_A jest aktywne tylko jedno połączenie oznaczone P_I. Jeśli połączenie to ulegnie uszkodzeniu (zob. rys. 5), a sieć ma pracować poprawnie, to musi nastąpić zmiana trasy przesyłania. Mechanizm Spanning Tree automatycznie uaktywnia dotychczasowe połączenie redundancyjne (oznaczone dotychczas R_I), blokuje natomiast uszkodzone połączenie P_I (nowa nazwa R'_I - zob. rys. 6). Proces ten jest nazywany konwergencją Spanning Tree (Spanning Tree Reconvergence). Dane są teraz przesyłane nową trasą oznaczoną P'_I (rys. 6).

Powstaje podstawowe pytanie: dlaczego jest potrzebny mechanizm Spanning Tree? Rozpatrując rysunki 6-9, spróbujmy także odpowiedzieć na pytanie praktyczne: co by się stało, gdyby między dwoma poziomami przełączników wszystkie połączenia były równocześnie aktywne? Załóżmy, że stacja sieciowa SS_I1 (rys. 7) wysyła broadcast pojawiający się na wejściu przełącznika S_I, co w konsekwencji powoduje wysłanie broadcastów do przełączników dystrybucyjnych S_A i S_B, które następnie wysyłają broadcasty do wszystkich swoich portów, a to w rezultacie powoduje, że broadcasty wracają do przełączników SII, SIII i SIV (rys. 8). W odpowiedzi (rys. 9) przełączniki S_II, S_III i S_IV wysyłają broadcasty do wszystkich swoich portów, co powoduje, że broadcasty te są odbierane przez przełączniki S_A i S_B. Te ostatnie, używając połączeń P_I i R_I, przesyłają broadcasty z powrotem do przełącznika S_I (rys. 10). W ten sposób powstaje niekończąca się pętla broadcastowa, krążąca między przełącznikami a stacjami sieciowymi. Jest to, oczywiście, niedopuszczalne.

Właśnie mechanizm Spanning Tree rozwiązuje ten problem automatycznie, zezwalając na istnienie tylko jednego aktywnego połączenia między przełącznikami i pozostawiając pozostałe trasy jako redundancyjne. Spanning Tree zwykle potrzebuje pewnego czasu, by dokonać przełączenia z połączenia podstawowego na redundancyjne. W małych sieciach zwykle przyjmuje się, że czas ten wynosi 50 sekund, chociaż najnowsze aktywne produkty sieciowe znacznie go skracają. W sieciach złożonych czas przełączania może być dłuższy.

Bardziej dociekliwym czytelnikom zalecamy zaznajomienie się ze standardem IEEE 802.1d.

Podstawowe (P) i redundancyjne (R)połączenia między przełącznikami muszą być wsparte przez mechanizm Spanning Tree (standard IEEE 802.1d) zapewniający, że zawsze tylko jedno z dwóch połączeń fizycznych jest aktywne. Jeśli uszkodzeniu ulega połączenie podstawowe, to sieć ulega rekonfiguracji - dotychczasowe połączenie podstawowe zostaje zablokowane, a połączenie redundancyjne - uaktywnione.

Paralelizm

Jak powiedziano wcześniej, Spanning Tree jest mechanizmem zapewniającym skuteczną redundancję połączeń między przełącznikami warstwy 2. Inną formą redundancji, odnoszącą się do połączeń między routerami działającymi w warstwie 3, jest paralelizm, czyli połączenia równoległe.