ما هو بروتوكول RSTP في شبكات الحاسوب

الميزة الأساسية لشبكات (RSTP) هي أنّها توفر توفراً عالياً عند مقارنتها بطوبولوجيا سلسلة (daisy) التقليدية، وعند حدوث فشل في الشبكة تكون الأجهزة قادرة على مواصلة الاتصال عبر الشبكة، حيث يمكن إعادة توجيه البيانات حول الفشل، وتعتمد الأنظمة الحرجة على مستوى عالٍ من المرونة تجاه الأعطال وأعطال الأجهزة، ويوفر (RSTP) تحسيناً رئيسياً على بنى الشبكات التقليدية عن طريق تقليل وقت التوقف عن العمل.

ما هو بروتوكول RSTP

بروتوكول شجرة الامتداد السريع (RSTP): هو بروتوكول شبكة يمثل تقدماً عبر بروتوكول (STP: IEEE802.1D)، الذي يعزز التوافر العالي والطوبولوجيا “الخالية من الحلقات” داخل شبكات (Ethernet).

“RSTP” هي اختصار لـ “Rapid Spanning Tree Protocol”.

“STP” هي اختصار لـ “Spanning Tree”.

أساسيات بروتوكول RSTP

يمنع (RSTP) حلقات الشبكة عند استخدام محولات متعددة عن طريق حظر المسارات الزائدة على الشبكة، والبروتوكول عبارة عن مجموعة من القواعد التي من خلالها تحدد المفاتيح الموجودة على الشبكة الطريقة الأكثر فعالية؛ لإرسال عمليات البث عبر الشبكة من خلال إنشاء “جسر جذر” وحظر منافذ معينة بغرض منع حلقات الشبكة.

1- جداول عناوين MAC غير المنتظمة

جدول عناوين (MAC): هو ما يسمح للمحول بفهم تضاريس الشبكة، وإنّها الطريقة التي يعرف بها المحول من أين تأتي حركة المرور على الشبكة وأين يجب إرسالها، وفي حالة وجود حلقة على الشبكة يمكن للمحول استقبال رسالة بث متطابقة من محولين مختلفين على الشبكة، وفي كل مرة يتم فيها استلام نسخة جديدة من رسالة البث يجب أن يقوم المحول بتحديث جدول عناوين (MAC) الخاص به.

“MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.

2- بيانات مكررة

عندما يتلقى المحول بثاً لكنّه لا يعرف عنوان (MAC) الخاص بالوجهة، فإنّه سيرسل البث إلى كل منفذ وكما يمكن أن يؤدي ذلك إلى إنشاء موقف، حيث يتلقى الجهاز نسخاً مكررة من كل بث يتم إرساله ممّا يؤدي إلى إهدار النطاق الترددي القيم على البيانات الزائدة عن الحاجة، حيث يمكن أن يؤدي أيضاً إلى أخطاء بيانات غير قابلة للاسترداد.

3- تدفق البث

ربما يكون أهم سبب لتجنب الحلقات في تضاريس الشبكة هو منع “عواصف البث”، حيث يتم إنشاء عاصفة البث عندما ترسل كل مفاتيح في الشبكة نسخاً متعددة ومكررة من البيانات أو “حزم البث” عبر الشبكة، وعندما تكون المفاتيح متصلة في حلقة يمكن أن تنتقل البيانات إلى مفتاح من مسارات متعددة.

نظراً لأنّ جدول عنوان (MAC) غير مستقر في ترتيب الحلقة فلا توجد طريقة لفهم المحول إلى أين يجب إرسال البيانات لذا فهو يبث المعلومات من كل منفذ، كما يتم تلقي هذه البيانات من قبل جميع المفاتيح الموجودة على الشبكة وإعادة البث مرة أخرى لأن المستلم لا يزال غير معروف، بحيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى إرباك المحولات وتقويض أداء الشبكة بشدة، وستستمر عاصفة البث حتى يفشل أحد المفاتيح أو يتم فصله عن النظام.

مزايا بروتوكول RSTP

  • تم تطوير (RSTP) جنباً إلى جنب مع سابقتها (STP) لغرض منع الحلقات الضارة داخل الشبكة.
  • يمنع (RSTP) حلقات الشبكة عن طريق حظر المنافذ الزائدة عن الحاجة.
  • سيستمر المنفذ المحظور في تلقي البيانات، لكنّه لن يرسل تلك البيانات إلى الأجهزة الأخرى على الشبكة، وهذا يضمن أنّ المحولات ستتلقى نسخة واحدة فقط من الحزمة، حيث إذا فشل أي من المسارات النشطة فسيتم استخدام أحد المنافذ المحظورة، كما يعتمد المنفذ الذي تم تحديده على هيكل التكوين.
  • (RSTP) هو تحسين على بروتوكول (STP) ويرجع ذلك أساساً إلى تقليل وقت التقارب أي الوقت الذي تستغرقه جميع المحولات على الشبكة؛ للوصول إلى حالة التقارب أو الاتفاق بشأن طوبولوجيا الشبكة.
  • في (STP) هناك وقت تقارب كبير عندما يكون هناك تغيير طوبولوجي أو فشل في الشبكة والذي يستمر عادةً لمدة (40-50 ثانية)، وفي بيئة الشبكات الحديثة عالية الطلب هناك حاجة مستمرة لزيادة السرعة والموثوقية والتأخير من (40 ثانية) إلى (50 ثانية) أمر غير مقبول بشكل عام.
  • يقلل (RSTP) من وقت التقارب بشكل كبير إلى حوالي (5ثانية) – (10 ثوانٍ).
  • تعمل العديد من المفاتيح الحديثة في السوق تلقائياً على تمكين (RSTP) افتراضياً، وعلاوة على ذلك بالنسبة لبيئات الشبكات، والتي تحتوي على مزيج من المعدات الأقدم والأحدث وكما أنّ (RSTP) متوافق مع الإصدارات السابقة مع معيار (STP) الأقدم.

كيفية عمل بروتوكول RSTP

(RSTP) عبارة عن مجموعة من القواعد التي من خلالها تحدد المفاتيح على الشبكة أفضل طريقة لتوجيه البيانات على الشبكة دون التكرار، حيث عند تمكينه على الشبكة تحدد الخوارزمية تكوين الشجرة الممتدة تلقائياً.

الجسر الجذر في (RSTP / STP) هو الجسر الموجود أعلى الشجرة الممتدة وهو مسؤول عن إرسال معلومات هيكل الشبكة إلى المحولات الأخرى الموجودة على الشبكة، وهذا مهم للحالات التي يكون فيها فشل في الأجهزة أو تغييرات طوبولوجيا أخرى بحيث يتم إنشاء مسارات بديلة فعالة بأقل تأخير، كما يمكن وصف (RSTP) بثلاث حالات منفذ وهي التخلص والتعلم وإعادة التوجيه.

يتم دمج حالات التعطيل والحظر والاستماع التي وصفها (STP) في حالة تجاهل في (RSTP) والوظيفة متشابهة، وفي (RSTP) يُسمح للمنفذ البديل ومنفذ النسخ الاحتياطي بالدخول مباشرة إلى حالة إعادة التوجيه ممّا يسمح بتقليل وقت تقارب الشبكة بشكل كبير، وفي (STP) يجب أن ينتظر المنفذ حتى تقارب الشبكة (40 ثانية) – (50 ثانية) قبل الدخول في حالة إعادة التوجيه، وهذه ميزة رئيسية لـ (RSTP) على (STP).

تتبع خوارزمية RSTP هذه الخطوات العامة

  • تحديد جسر الجذر، حيث سيكون المحول ذو الأهمية الأقل للجسر هو الجسر الجذر، وإذا كان هناك اتصال فسيتم تعيين المفتاح الذي يتضمن على أقل عنوان (MAC).
  • يتم وضع جميع الواجهات على جسر الجذر في حالة إعادة التوجيه، وفي حالة إعادة التوجيه سيرسل المنفذ البيانات ويستقبلها ويتعلم عناوين (MAC) على الشبكة.
  • تحدد جميع المحولات الأخرى الموجودة على الشبكة غير الجذر منفذاً جذراً، والمنفذ الجذر هو أفضل مسار للجسر الجذر بناءً على حالة المنفذ الخاص به، وكلما انخفضت سرعة المنفذ ارتفعت التكلفة لذلك يتم اختيار أسرع منفذ كمنفذ جذر بناءً على تكلفة المنفذ المنخفضة، كما يوجد منفذ جذر واحد فقط لكل محول غير جذر.
  • يتم تحديد المنافذ المعينة، بحيث يُسمح لهذه المنافذ بإعادة توجيه حركة المرور ويتم تحديدها أيضاً بناءً على تكلفة المنفذ، وجميع منافذ الجسر الجذري هي منافذ مخصصة.
  • جميع المنافذ الأخرى في حالة تجاهل أي حظر، وهذه المنافذ لا تمرر البيانات إلى محولات أخرى على الشبكة ولا تقوم بتحديث جداول عناوين (MAC).

شاهد أيضاً

ما هي طبقة ارتباط البيانات ووظائفها في شبكات الحاسوب Data link layer

الشبكات معقدة للغاية، ويتم استخدام نموذج “OSI” لفهم كيفية عمل الشبكات أو الأنظمة، وفي محاولة …