Информатика  Локальные сети. Архитектура и протоколы Кабельные системы для локальных сетей Применение мостов и коммутаторов Фиксированная маршрутизация Типовые структуры интрасетей

Применение мостов и коммутаторов.

Мосты и коммутаторы позволяют улучшить время реакции сети в тех случаях, когда имеются ярко выраженные области локализации трафика, то есть интенсивность трафика между компьютерами одного подмножества компьютеров сети намного выше интенсивности трафика между этим подмножеством и другими компьютерами сети. В таких случаях области локализации трафика имеет смысл выполнять в виде сегментов с разделяемой средой передачи данных, а сегменты соединять мостами или коммутаторами.

Если же ярко выраженных областей локализации трафика в сети нет, то применение мостов или коммутаторов может и ухудшить время реакции, так как эти устройства обычно передают кадры данных между сегментами с некоторой задержкой и при высоко интенсивном трафике могут не справляться с межсегментными передачами и просто терять пакеты из-за переполнения внутреннего буфера.

Поэтому применение мостов и коммутаторов требует тщательного анализа трафика в сети и сопоставления интенсивности межсегментного трафика с возможностями применяемого устройства для связи сегментов.

По своему принципу действия мосты подразделяются на два типа.

Мосты первого типа выполняют так называемую маршрутизацию от источника (Source Routing), метод, разработанный фирмой IBM для своих сетей. Этот метод требует, чтобы узел-отправитель пакета размещал в нем информацию о его маршруте. Другими словами, каждая станция должна выполнять функции по маршрутизации пакетов.

Второй тип мостов осуществляет прозрачную для конечных станций передачу пакетов (Transparent Bridges).

Прозрачные мосты являются наиболее распространенным типом мостов. Для прозрачных мостов сеть представляется наборами МАС-адресов устройств, причем каждый набор связан с определенным портом моста. Они используют эти адреса для принятия решения во время обработки приходящих на порты пакетов.

 Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.

Для того, чтобы пакеты не перемещались по замкнутым контурам, большинство мостов поддерживают алгоритм Spanning Tree, обеспечивающий построение на основе всего множества линий связи древовидной структуры, в которой связи, образующие дерево, являются основными, а остальные - резервными.

Вследствие функциональной ограниченности мосты устроены достаточно просто и представляют собой удобное и недорогое средство для построения интерсети.

Коммутаторы (switches) локальных сетей являются в сущности высокоскоростными мостами. То есть, функционально - это мосты, а различие между традиционными мостами и коммутаторами состоит в использовании различных внутренних схем реализации механизма перемещения пакетов между портами, а также иногда и различных схем распространения кадров с неизвестным мосту МАС-адресом назначения.

Мосты регенерируют пакеты, которые они передают с одного порта на другой (операция forwarding). Одним из преимуществ использования мостов является увеличение расстояния, покрываемого интерсетью, так как количество пересекаемых мостов не оказывает влияния на качество сигнала,

При увеличении расстояния увеличиваются задержки передачи пакетов, кроме того, мост сам вносит дополнительную задержку. Суммарная задержка не должна превышать ограничений, присущих используемым сетевым протоколам. Например, максимально допустимая задержка для передачи пакета IPX обычно составляет 1,5 секунды, а для пакета IP - 2 минуты, Для обеспечения приемлемой производительности максимальная задержка должна находиться в пределах от 30 миллисекунд до 1,5 секунд. В сетях Ethernet (10 Мб/сек) это означает, что практически во всех случаях с помощью мостов могут быть последовательно соединены только 7 локальных сегментов. Обычно эта проблема решается параллельным подсоединением всех сегментов к магистральному сегменту.

Гораздо сложнее проблемы, связанные с задержками, решаются тогда, когда мост используется для подсоединения удаленной сети, В этом случае вероятность того, что время задержки, вызванное использованием очень протяженных сред передачи данных, превысит допустимую величину, становится очень высокой.

Поскольку мосты оперируют с данными канального уровня модели OSI, они "видят" только МАС-адреса устройств. Хотя сетевые пакеты и содержат высокоуровневую информацию об использующихся протоколах и соединениях, эта "маршрутная" информация невидима для мостов. Таким образом, мосты являются совершенно прозрачными для протоколов, начиная с сетевого и выше.

Эта прозрачность позволяет мостам передавать пакеты различных протоколов высокого уровня, никоим образом не влияя на их содержимое.

Прозрачные мосты имеют дело как с адресом источника, так и с адресом назначения. Мост использует адрес источника для построения своей базы данных адресов устройств, называемой также таблицей адресов устройств. В этой таблице устанавливается принадлежность адреса узла какому-либо порту моста. Все операции, которые выполняет мост, связаны с этой базой данных. На рисунке 16.15 показан фрагмент сети, содержащий двухпортовый мост, и соответствующая этому фрагменту часть таблицы адресов устройств. Все порты моста работают в так называемом "неразборчивом" (promiscuous) режиме захвата пакетов, то есть все поступающие на порт пакеты буферизуются.

Когда мост получает пакет от какого-либо своего порта, то он (после буферизации) сравнивает адрес источника с элементами базы данных адресов. Если адрес отсутствует в базе, то он добавляется в нее. Если этот адрес уже имеется в базе, то возможно два варианта - либо адрес пришел с того же порта, который указан в таблице, либо он пришел с другого порта. В последнем случае строка таблицы, соответствующая обрабатываемому адресу, обновляется - номер порта заменяется на новое значение (очевидно, станцию с данным адресом переместили в другой сегмент сети).

Таким способом мост "изучает" адреса устройств сети и их принадлежность портам и соответствующим сегментам сети. Из-за способности моста к обучению к сети могут добавляться новые устройства без необходимости реконфигурирования моста. Администратор может объявить часть адресов статическими и не участвующими в процессе обучения (при этом он их должен задать сам). В случае статического адреса приход пакета с данным адресом и значением порта, не совпадающим с хранящимся в базе, будет проигнорирован и база не обновится.

Рис. 16.15. Мост как коммуникационное устройство канального уровня

 МАС-адрес Порт

1

1

2

1

3

2

4

2

 

Каждый раз при получении пакета мост сравнивает адрес назначения пакета с адресами, хранящимися в его базе. Если адрес назначения принадлежит тому же сегменту, что и адрес источника, то мост "фильтрует" (Filter) пакет, то есть удаляет его из своего буфера и никуда не передает. Эта операция помогает предохранить сеть от засорения ненужным трафиком.

Если адрес назначения присутствует в базе данных и принадлежит другому сегменту по сравнению с адресом источника, то мост определяет, какой из его портов связан с этим адресом и "продвигает" (forward) пакет на соответствующий порт.

Если же адрес назначения отсутствует в базе или же это широковещательный адрес, то мост передает пакет на все порты, за исключение того порта, откуда он пришел. Такой процесс называется "затоплением" (flooding) сети. Затопление гарантирует, что пакет будет помещен на все сегменты сети и, следовательно, доставлен адресату или адресатам.

Мосты, работающие по протоколу Source Routing. Мосты этого типа применяются для соединения колец Token Ring и FDDI, хотя для этих же целей могут использоваться и прозрачные мосты.

Мосты с маршрутизацией от источника имеют по отношению к прозрачным мостам и преимущества, и недостатки (таблица 16.2).

Транслирующие мосты выполняют преобразование из одного протокола канального уровня в другой. Такой метод имеет преимущества - меньше накладные расходы, так как не нужно передавать два заголовка канального уровня, станции другой сети становятся доступными.

В отличие от таких новых технологий как АТМ, технология коммутации сохраняет аппаратуру и алгоритмы работы оборудования канального уровня в конечных узлах, что и обеспечило ей большой успех.

Мосты и коммутаторы (и маршрутизаторы также) не поддерживают для межсегментного трафика методы, ограничивающие доступ при слишком высокой интенсивности обмена, поэтому их применение всегда связано с риском потерь кадров данных на канальном уровне.

Поддержка виртуальных сегментов. Кроме своего основного назначения - повышения пропускной способности .


Надежность и безопасность сети ЭВМ