اسپیننگ ٹری پروٹوکول، جسے بعض اوقات صرف اسپیننگ ٹری بھی کہا جاتا ہے، جدید ایتھرنیٹ نیٹ ورکس کا ویز یا میپ کویسٹ ہے، جو حقیقی وقت کے حالات کی بنیاد پر انتہائی موثر راستے پر ٹریفک کی ہدایت کرتا ہے۔
1985 میں جب وہ ڈیجیٹل آلات کارپوریشن (DEC) کے لیے کام کر رہی تھیں تو امریکی کمپیوٹر سائنس دان Radia Perlman کی تخلیق کردہ الگورتھم کی بنیاد پر، Spanning Tree کا بنیادی مقصد پیچیدہ نیٹ ورک کنفیگریشنز میں بے کار روابط اور مواصلاتی راستوں کی لوپنگ کو روکنا ہے۔ایک ثانوی فنکشن کے طور پر، Spanning Tree پیکٹوں کو مصیبت کے مقامات کے ارد گرد روٹ کر سکتا ہے تاکہ اس بات کو یقینی بنایا جا سکے کہ مواصلات ایسے نیٹ ورکس کے ذریعے سمیٹنے کے قابل ہیں جو شاید رکاوٹوں کا سامنا کر رہے ہوں۔
اسپیننگ ٹری ٹوپولوجی بمقابلہ رنگ ٹوپولوجی
جب تنظیمیں صرف 1980 کی دہائی میں اپنے کمپیوٹرز کو نیٹ ورک کرنا شروع کر رہی تھیں، سب سے زیادہ مقبول کنفیگریشن میں سے ایک رنگ نیٹ ورک تھا۔مثال کے طور پر، IBM نے 1985 میں اپنی ملکیتی ٹوکن رنگ ٹیکنالوجی متعارف کرائی۔
رنگ نیٹ ورک ٹوپولوجی میں، ہر نوڈ دو دوسرے کے ساتھ جڑتا ہے، ایک جو انگوٹھی پر اس کے آگے بیٹھتا ہے اور دوسرا جو اس کے پیچھے ہوتا ہے۔سگنل صرف ایک ہی سمت میں انگوٹھی کے ارد گرد سفر کرتے ہیں، راستے میں ہر نوڈ کے ساتھ کسی بھی اور تمام پیکٹ کو رنگ کے ارد گرد لوپ کرتے ہیں۔
جب کہ سادہ رنگ نیٹ ورک ٹھیک کام کرتے ہیں جب صرف مٹھی بھر کمپیوٹرز ہوتے ہیں، جب نیٹ ورک میں سیکڑوں یا ہزاروں آلات شامل کیے جاتے ہیں تو رِنگز ناکارہ ہو جاتی ہیں۔ایک کمپیوٹر کو سیکڑوں نوڈس کے ذریعے پیکٹ بھیجنے کی ضرورت پڑسکتی ہے تاکہ ملحقہ کمرے میں ایک دوسرے سسٹم کے ساتھ معلومات کا اشتراک کیا جاسکے۔بینڈوڈتھ اور تھرو پٹ بھی ایک مسئلہ بن جاتا ہے جب ٹریفک صرف ایک ہی سمت میں بہہ سکتا ہے، اگر راستے میں کوئی نوڈ ٹوٹ جائے یا بہت زیادہ بھیڑ ہو جائے تو کوئی بیک اپ پلان نہیں ہے۔
90 کی دہائی میں، جیسا کہ ایتھرنیٹ تیز ہوا (100Mbit/sec. فاسٹ ایتھرنیٹ 1995 میں متعارف کرایا گیا تھا) اور ایتھرنیٹ نیٹ ورک کی قیمت (پل، سوئچ، کیبلنگ) ٹوکن رنگ کے مقابلے میں کافی سستی ہو گئی، اسپیننگ ٹری نے LAN ٹوپولوجی کی جنگیں جیتیں اور ٹوکن انگوٹھی تیزی سے ختم ہو گئی۔
پھیلا ہوا درخت کیسے کام کرتا ہے۔
اسپیننگ ٹری ڈیٹا پیکٹ کے لیے فارورڈنگ پروٹوکول ہے۔یہ نیٹ ورک ہائی ویز کے لیے ایک حصہ ٹریفک پولیس اور ایک حصہ سول انجینئر ہے جس سے ڈیٹا سفر کرتا ہے۔یہ پرت 2 (ڈیٹا لنک لیئر) پر بیٹھتا ہے، لہذا اس کا تعلق صرف پیکٹوں کو ان کی مناسب منزل تک لے جانے سے ہے، نہ کہ کس قسم کے پیکٹ بھیجے جا رہے ہیں، یا ان میں موجود ڈیٹا۔
پھیلا ہوا درخت اتنا ہر جگہ بن گیا ہے کہ اس کے استعمال کی تعریف میں ہے۔IEEE 802.1D نیٹ ورکنگ کا معیار.جیسا کہ معیار میں بیان کیا گیا ہے، کسی بھی دو اختتامی نقطوں یا اسٹیشنوں کے درمیان صرف ایک فعال راستہ موجود ہو سکتا ہے تاکہ وہ صحیح طریقے سے کام کر سکیں۔
اسپیننگ ٹری کو اس امکان کو ختم کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے کہ نیٹ ورک سیگمنٹس کے درمیان گزرنے والا ڈیٹا ایک لوپ میں پھنس جائے گا۔عام طور پر، لوپس نیٹ ورک ڈیوائسز میں نصب فارورڈنگ الگورتھم کو الجھا دیتے ہیں، جس سے یہ آلہ اب نہیں جانتا کہ پیکٹ کہاں بھیجنا ہے۔اس کے نتیجے میں فریموں کی نقل تیار ہو سکتی ہے یا ڈپلیکیٹ پیکٹ کو متعدد مقامات پر بھیجنا ہو سکتا ہے۔پیغامات دہرائے جا سکتے ہیں۔مواصلات بھیجنے والے کو واپس باؤنس کر سکتے ہیں۔یہاں تک کہ یہ نیٹ ورک کو کریش کر سکتا ہے اگر بہت سارے لوپ ہونے لگتے ہیں، بغیر کسی قابل تعریف فوائد کے بینڈوتھ کو کھا جاتے ہیں جبکہ دیگر غیر لوپڈ ٹریفک کو گزرنے سے روکتے ہیں۔
اسپیننگ ٹری پروٹوکوللوپس کو بننے سے روکتا ہے۔ہر ڈیٹا پیکٹ کے لیے ایک کے علاوہ تمام ممکنہ راستے بند کر کے۔نیٹ ورک پر سوئچز اسپیننگ ٹری کا استعمال جڑ کے راستوں اور پلوں کی وضاحت کرنے کے لیے کرتے ہیں جہاں ڈیٹا سفر کر سکتا ہے، اور ڈپلیکیٹ راستوں کو فعال طور پر بند کر دیتا ہے، جب کہ بنیادی راستہ دستیاب ہوتا ہے انہیں غیر فعال اور ناقابل استعمال بنا دیتا ہے۔
نتیجہ یہ ہے کہ نیٹ ورک کمیونیکیشن بغیر کسی رکاوٹ کے چلتی ہے اس سے قطع نظر کہ نیٹ ورک کتنا ہی پیچیدہ یا وسیع ہو جاتا ہے۔ایک طرح سے، Spanning Tree سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے ڈیٹا کے لیے نیٹ ورک کے ذریعے ایک ہی راستے بناتا ہے جس طرح نیٹ ورک انجینئرز نے پرانے لوپ نیٹ ورکس پر ہارڈ ویئر کا استعمال کیا تھا۔
پھیلے ہوئے درخت کے اضافی فوائد
اسپیننگ ٹری کے استعمال کی بنیادی وجہ نیٹ ورک کے اندر روٹنگ لوپس کے امکان کو ختم کرنا ہے۔لیکن دیگر فوائد بھی ہیں۔
چونکہ اسپیننگ ٹری مسلسل تلاش کر رہا ہے اور اس کی وضاحت کر رہا ہے کہ ڈیٹا پیکٹ کے ذریعے سفر کرنے کے لیے کون سے نیٹ ورک کے راستے دستیاب ہیں، اس لیے یہ پتہ لگا سکتا ہے کہ آیا ان بنیادی راستوں میں سے کسی ایک کے ساتھ بیٹھا ہوا نوڈ غیر فعال کر دیا گیا ہے۔یہ ہارڈ ویئر کی ناکامی سے لے کر نئی نیٹ ورک کنفیگریشن تک مختلف وجوہات کی بناء پر ہو سکتا ہے۔یہ بینڈوتھ یا دیگر عوامل کی بنیاد پر ایک عارضی صورتحال بھی ہو سکتی ہے۔
جب اسپیننگ ٹری کو پتہ چلتا ہے کہ بنیادی راستہ اب فعال نہیں ہے، تو یہ تیزی سے دوسرا راستہ کھول سکتا ہے جو پہلے بند تھا۔اس کے بعد یہ مصیبت کی جگہ کے ارد گرد ڈیٹا بھیج سکتا ہے، آخر کار چکر کو نئے بنیادی راستے کے طور پر نامزد کر سکتا ہے، یا پیکٹ کو اصل پل پر واپس بھیج سکتا ہے اگر یہ دوبارہ دستیاب ہو جائے۔
جب کہ اصل اسپیننگ ٹری ان نئے کنکشنز کو ضرورت کے مطابق بنانے میں نسبتاً تیز تھا، 2001 میں IEEE نے ریپڈ اسپیننگ ٹری پروٹوکول (RSTP) متعارف کرایا۔پروٹوکول کے 802.1w ورژن کے طور پر بھی جانا جاتا ہے، RSTP کو نیٹ ورک کی تبدیلیوں، عارضی بندش یا اجزاء کی مکمل ناکامی کے جواب میں نمایاں طور پر تیزی سے بحالی فراہم کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔
اور جب کہ RSTP نے اس عمل کو تیز کرنے کے لیے نئے پاتھ کنورجنسی رویے اور برج پورٹ رولز متعارف کرائے ہیں، یہ بھی اصل اسپیننگ ٹری کے ساتھ مکمل طور پر پیچھے کی طرف ہم آہنگ ہونے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔لہذا پروٹوکول کے دونوں ورژن والے آلات کے لیے ایک ہی نیٹ ورک پر ایک ساتھ کام کرنا ممکن ہے۔
پھیلے ہوئے درخت کی کوتاہیاں
اگرچہ اسپیننگ ٹری اپنے تعارف کے بعد کئی سالوں میں ہر جگہ عام ہو گیا ہے، وہاں وہ لوگ ہیں جو دلیل دیتے ہیں کہ یہوقت آ گیا ہے.اسپیننگ ٹری کی سب سے بڑی غلطی یہ ہے کہ یہ ممکنہ راستوں کو بند کر کے نیٹ ورک کے اندر ممکنہ لوپس کو بند کر دیتا ہے جہاں ڈیٹا سفر کر سکتا ہے۔اسپیننگ ٹری کا استعمال کرتے ہوئے کسی بھی نیٹ ورک میں، تقریباً 40% ممکنہ نیٹ ورک کے راستے ڈیٹا کے لیے بند ہیں۔
نیٹ ورکنگ کے انتہائی پیچیدہ ماحول میں، جیسے کہ ڈیٹا سینٹرز کے اندر پائے جانے والے، مانگ کو پورا کرنے کے لیے تیزی سے پیمانہ حاصل کرنے کی صلاحیت اہم ہے۔اسپیننگ ٹری کی طرف سے عائد کردہ حدود کے بغیر، ڈیٹا سینٹرز اضافی نیٹ ورکنگ ہارڈویئر کی ضرورت کے بغیر بہت زیادہ بینڈوتھ کھول سکتے ہیں۔یہ ایک قسم کی ستم ظریفی کی صورت حال ہے، کیونکہ پیچیدہ نیٹ ورکنگ ماحول ہی اسپیننگ ٹری کی تخلیق ہے۔اور اب لوپنگ کے خلاف پروٹوکول کے ذریعہ فراہم کردہ تحفظ، ایک طرح سے، ان ماحول کو ان کی پوری صلاحیت سے روکنا ہے۔
پروٹوکول کا ایک بہتر ورژن جسے Multiple-Instance Spanning Tree (MSTP) کہا جاتا ہے تیار کیا گیا تھا تاکہ ورچوئل LAN کو استعمال کیا جا سکے اور ایک ہی وقت میں نیٹ ورک کے مزید راستوں کو کھلا رکھنے کے قابل بنایا جا سکے، جبکہ لوپس کو بننے سے روکا جا سکے۔لیکن MSTP کے ساتھ بھی، پروٹوکول کو استعمال کرنے والے کسی بھی نیٹ ورک پر ڈیٹا کے کچھ ممکنہ راستے بند رہتے ہیں۔
اسپیننگ ٹری کی بینڈوتھ کی پابندیوں کو بہتر بنانے کی کئی غیر معیاری، آزادانہ کوششیں برسوں کے دوران ہوئی ہیں۔اگرچہ ان میں سے کچھ کے ڈیزائنرز نے اپنی کوششوں میں کامیابی کا دعویٰ کیا ہے، لیکن زیادہ تر بنیادی پروٹوکول کے ساتھ مکمل طور پر ہم آہنگ نہیں ہیں، یعنی تنظیموں کو یا تو اپنے تمام آلات پر غیر معیاری تبدیلیوں کو استعمال کرنے کی ضرورت ہے یا ان کے وجود میں آنے کی اجازت دینے کے لیے کوئی نہ کوئی طریقہ تلاش کرنا ہوگا۔ معیاری پھیلے ہوئے درخت کو چلانے والے سوئچز۔زیادہ تر معاملات میں، اسپیننگ ٹری کے متعدد ذائقوں کو برقرار رکھنے اور ان کی حمایت کرنے کے اخراجات محنت کے قابل نہیں ہیں۔
کیا مستقبل میں درختوں کا پھیلاؤ جاری رہے گا؟
اسپیننگ ٹری کے نیٹ ورک کے راستوں کو بند کرنے کی وجہ سے بینڈوڈتھ کی حدود کو چھوڑ کر، پروٹوکول کو تبدیل کرنے میں بہت زیادہ سوچ یا کوشش نہیں کی جا رہی ہے۔اگرچہ IEEE کبھی کبھار اپ ڈیٹس جاری کرتا ہے تاکہ اسے مزید موثر بنانے کی کوشش کی جا سکے، لیکن وہ ہمیشہ پروٹوکول کے موجودہ ورژن کے ساتھ ہم آہنگ ہوتے ہیں۔
ایک لحاظ سے، Spanning Tree اس اصول کی پیروی کرتا ہے کہ "اگر یہ ٹوٹا نہیں ہے، تو اسے ٹھیک نہ کریں۔"اسپیننگ ٹری زیادہ تر نیٹ ورکس کے پس منظر میں آزادانہ طور پر چلتا ہے تاکہ ٹریفک کو رواں دواں رکھا جا سکے، کریش پیدا کرنے والے لوپس کو بننے سے روکا جا سکے، اور ٹریفک کو پریشانی کے مقامات کے ارد گرد روٹ کیا جا سکے تاکہ آخری صارفین کو کبھی یہ بھی معلوم نہ ہو کہ آیا ان کے نیٹ ورک کو اس کے روزمرہ کے حصے کے طور پر عارضی طور پر رکاوٹ کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ دن کے آپریشن.دریں اثنا، پسدید پر، منتظمین اپنے نیٹ ورکس میں نئے آلات شامل کر سکتے ہیں اس بارے میں زیادہ سوچے بغیر کہ آیا وہ باقی نیٹ ورک یا بیرونی دنیا کے ساتھ بات چیت کر سکیں گے یا نہیں۔
ان سب کی وجہ سے، امکان ہے کہ اسپیننگ ٹری آنے والے کئی سالوں تک استعمال میں رہے گا۔وقتاً فوقتاً کچھ معمولی اپ ڈیٹس ہو سکتی ہیں، لیکن بنیادی اسپیننگ ٹری پروٹوکول اور اس کی کارکردگی کا مظاہرہ کرنے والی تمام اہم خصوصیات شاید یہاں رہنے کے لیے ہیں۔
پوسٹ ٹائم: نومبر-07-2023
