يعد بروتوكول Spanning-Tree (STP) آلية مهمة تستخدم في شبكات الكمبيوتر لمنع الحلقات في شبكات Ethernet، والتي يمكن أن تؤدي إلى عواصف البث وتدهور الشبكة. الهدف الأساسي لـ STP هو إنشاء طوبولوجيا منطقية خالية من الحلقات عن طريق تعطيل الارتباطات المتكررة بشكل استراتيجي. لفهم كيف تحقق STP ذلك، من الضروري التعمق في عملها والآليات التي تستخدمها.
يعمل بروتوكول STP من خلال تعيين محول واحد في الشبكة ليكون بمثابة الجسر الجذري. الجسر الجذري هو النقطة المرجعية لجميع المحولات الأخرى في الشبكة، وهو المسؤول عن تحديد المسار الأمثل للوصول إلى جميع المحولات الأخرى. يقوم كل محول جسر غير جذري في الشبكة بحساب أفضل مسار للوصول إلى الجسر الجذري بناءً على تكلفة المسار، والتي يتم تحديدها بواسطة سرعة الارتباط. يتم تعيين المحول ذو تكلفة المسار الأقل إلى الجسر الجذري على كل مقطع باعتباره الجسر المخصص لذلك المقطع.
لتعطيل الارتباطات المتكررة وإنشاء هيكل خالٍ من الحلقات، يستخدم بروتوكول STP الآليات الرئيسية التالية:
1. وحدات بيانات بروتوكول الجسر (BPDUs): وحدات BPDU هي رسائل متبادلة بين المحولات المشاركة في STP. تنقل هذه الرسائل معلومات حول معرفات الجسر وتكاليف المسار وأدوار المنفذ. من خلال تبادل وحدات BPDU، يمكن للمحولات تحديد هيكل الشبكة وتحديد الارتباطات المتكررة.
2. انتخابات جسر الجذر: في البداية، تعتبر كافة المحولات في الشبكة نفسها بمثابة الجسر الجذري. من خلال تبادل وحدات BPDU، تقوم المحولات بمقارنة معرفات الجسر الخاصة بها، ويصبح المحول ذو معرف الجسر الأدنى هو الجسر الجذري. تحدد جميع المفاتيح الأخرى بعد ذلك أقصر طريق إلى الجسر الجذري.
3. أدوار المنفذ: يتم تعيين دور محدد لكل منفذ على المحول بناءً على علاقته بالجسر الجذري. المنفذ الجذر هو المنفذ الموجود على جسر غير جذري والذي يوفر أقصر مسار إلى الجسر الجذري. المنافذ المعينة هي المنافذ الموجودة في كل مقطع والتي توفر أفضل مسار للجسر الجذري. يتم وضع المنافذ غير المخصصة في حالة حظر لمنع الحلقات.
4. مسارات خالية من الحلقات: من خلال التعطيل الاستراتيجي للمنافذ التي قد تقدم حلقات في الشبكة، يضمن بروتوكول STP وجود مسار نشط واحد فقط بين أي محولين. يتم الاحتفاظ بالروابط المتكررة في حالة حظر لمنع الحلقات مع الاستمرار في توفير التكرار في حالة فشل الارتباط.
على سبيل المثال، لنفترض شبكة بها ثلاثة محولات متصلة في هيكل مثلث. بدون بروتوكول STP، يمكن أن تنتقل الحزم إلى ما لا نهاية بين المحولات، مما يتسبب في ازدحام الشبكة. مع تمكين STP، يتم حظر أحد الارتباطات لكسر الحلقة، مما يؤدي إلى إنشاء هيكل خالٍ من الحلقات حيث يمكن للحزم اجتياز الشبكة دون تكرار الحلقة.
يقوم بروتوكول Spanning-Tree بشكل استراتيجي بتعطيل الارتباطات الزائدة في الشبكة لإنشاء هيكل خالٍ من الحلقات عن طريق اختيار جسر جذر وتحديد أدوار المنفذ وحظر المنافذ لمنع الحلقات. من خلال فهم آليات STP، يمكن لمسؤولي الشبكة ضمان استقرار وكفاءة شبكات Ethernet الخاصة بهم.
أسئلة وأجوبة أخرى حديثة بخصوص أساسيات شبكات الكمبيوتر EITC/IS/CNF:
- ما هي القيود المفروضة على Classic Spanning Tree (802.1d) وكيف تتعامل الإصدارات الأحدث مثل Per VLAN Spanning Tree (PVST) وRapid Spanning Tree (802.1w) مع هذه القيود؟
- ما هو الدور الذي تلعبه وحدات بيانات بروتوكول Bridge (BPDUs) وإشعارات تغيير الهيكل (TCNs) في إدارة الشبكة باستخدام STP؟
- اشرح عملية تحديد المنافذ الجذرية والمنافذ المخصصة وحظر المنافذ في بروتوكول الشجرة الممتدة (STP).
- كيف تحدد المحولات الجسر الجذري في طوبولوجيا الشجرة الممتدة؟
- ما هو الغرض الأساسي من بروتوكول الشجرة الممتدة (STP) في بيئات الشبكة؟
- كيف يمكن لفهم أساسيات STP تمكين مسؤولي الشبكة من تصميم وإدارة شبكات مرنة وفعالة؟
- لماذا يعتبر STP حاسما في تحسين أداء الشبكة في طبولوجيا الشبكة المعقدة ذات المحولات المترابطة المتعددة؟
- ما هو دور STP في الحفاظ على استقرار الشبكة ومنع عواصف البث في الشبكة؟
- كيف يساهم بروتوكول الشجرة الممتدة (STP) في منع حلقات الشبكة في شبكات الإيثرنت؟
- اشرح نموذج المدير والوكيل المستخدم في الشبكات المُدارة بواسطة SNMP وأدوار الأجهزة المُدارة والوكلاء وأنظمة إدارة الشبكة (NMS) في هذا النموذج.
عرض المزيد من الأسئلة والأجوبة في أساسيات شبكات الكمبيوتر EITC/IS/CNF