6 Ком. оборудованиедля ЛВС2 (Лекции)

Коммуникационное оборудование для ЛВС(2)

Мосты

Мост (bridge) используется для соединения сетей на канальном уров­не. Вы знаете, что концентраторы связывают сети на фи­зическом уровне, даже не подозревая о существовании структур дан­ных, обрабатываемых вышестоящими уровнями. Расширяя сеть пу­тем включения в нее дополнительных концентраторов. Вы, по суще­ству, достигаете такого же эффекта, как если бы заменили старый концентратор новым, с большим количеством портов. Каждый пакет, сгенерированный одним из компьютеров сети, все равно доходит до всех остальных компьютеров. Мост обеспечивает фильтрацию паке­тов на канальном уровне, т. е. пропускает через себя только пакеты, предназначенные для участка сети по другую сторону моста. Если Ваша ЛВС из-за возросшего графика начала испытывать чрезмерные коллизии или просто стала медленнее работать, можно снизить трафик, разбив ее с помощью моста на две части.

Объединение сетей с помощью моста

Мост — это физическое устройство, обычно коробка с двумя порта­ми, применяемое для связи сегментов сети. С его помощью можно объединить две ЛВС или разделить одну ЛВС на два сегмента. Мосты работают в так называемом беспорядочном режиме (promiscuous mode), т: е. считывают и обрабатывают все пакеты, передаваемые по сегмен­ту сети. Этим они отличаются от сетевых адаптеров, которые считы­вают в каждом пакете целевой адрес и обрабатывают только пакеты, адресованные данному компьютеру. Поскольку мост функционирует на канальном уровне, он способен интерпретировать информацию в заголовке протокола канального уровня. Пакеты данных попадают в мост через один из портов, затем мост считывает в заголовке каждого пакета адрес целевой системы и решает, как обрабатывать данный пакет. Этот процесс называется фильтрацией пакетов (packet filtering). Если адреса компьютера-отправителя и компьютера-получателя при­надлежат разным сегментам, мост передает пакет через второй порт. Если же адреса отправителя и получателя принадлежат одному сег­менту, пакет игнорируется.

Примечание Хотя мост и способен считывать содержимое заголовка протокола канального уровня, продвинуться по стеку протоколов выше он не в состоянии. Мост также не способен считывать содержимое поля данных в кадре канального уровня, где находится информация, сгене­рированная протоколом сетевого уровня.

При передаче пакета мост получает его от компьютера одной ЛВС и отправляет его компьютеру другой ЛВС. Целевая система получает пакет, словно компьютер-отправитель принадлежит к той же ЛВС. Если передача пакета осуществляется между компьютерами одной ЛВС, мост также получает пакет, но никуда не передает его, поскольку пакету на другой стороне моста делать нечего. Применение моста сокращает трафик , проходящий по каждому из сегментов сети, примерно в два раза, так как пакеты не направляются в сегмент сети, где они не нужны.

Рис. 1. Мост ретранслирует пакеты, предназначенные для другого сегмента сети, и игнорирует остальные

Мосты и коллизии

Область коллизий или коллизионный домен (collision domain) — это сеть или часть сети, структура которой такова, что при строго одновре­менной передаче данных двумя компьютерами в сети возникает кол­лизия (столкновение). Когда Вы включаете в существующую сеть новый концентратор, подсоединенные к нему компьютеры становятся частью того же коллизионного домена, что и исходная сеть. Это про­исходит потому, что концентраторы ретранслируют входящие сигна­лы сразу после приема, без фильтрации пакетов.

С другой стороны, мост не ретранслирует сигнал в другую сеть, пока не получит пакет целиком. Поэтому даже при одновременной передаче данных двумя компьютерами по разные стороны моста кол­лизии не возникает. О двух сегментах сети, связанных мостом, гово­рят, что они находятся в разных коллизионных доменах. В сети Ethernet коллизии являются нормальной и даже неизбежной частью работы, но, когда их количество чрезмерно возрастает, производи­тельность сети падает, потому что увеличивается число пакетов для ретрансляции. Кроме того, число коллизий обязательно увеличива­ется при включении в сеть новых компьютеров. При разделении сети мостом на два коллизионных домена число коллизий и ретрансляций уменьшается, что приводит к снижению трафика и повышению про­изводительности сети в целом.

Мосты и широковещательная передача

Широковещательный домен — другое важное понятие технологии сетевого соединения с помощью мостов. Широковещательное (broad­cast) сообщение представляет собой пакет с особым адресом назначе­ния, в соответствии с которым это сообщение читают и обрабатыва­ют все получившие его компьютеры. Различают также узковещательные (unicast) сообщения, адресованные одному компьютеру сети, и многоадресные (multicast), адресованные нескольким (но не всем) компьютерам. Область широковещания или широковещательный домен (broadcast domain) — это группа компьютеров, получающих широкове­щательные сообщения, отправленные любым компьютером из группы.

Широковещательная передача — важная часть функционирования сети. Например, компьютеры определяют положение в ЛВС конкрет­ной системы, передавая широковещательное сообщение с вопросом «Есть ли у какого-нибудь локального компьютера такой IP-адрес или такое NetBIOS-имя?» (рис. 3.2). По ответному сообщению система-отправитель устанавливает аппаратный адрес компьютера и далее от­правляет ему нужные пакеты уже как узковещательные сообщения.

Включение в сеть моста разбивает ее на два коллизионных доме­на, но при этом сегменты по обе стороны моста остаются частью од­ного и того же широковещательного домена, так как мост всегда пе­ресылает широковещательные сообщения. Это в какой-то степени делает его менее полезным, потому что часть передаваемого широко­вещательного трафика системами на другой стороне сети не обрабатывается. Например, когда один из компьютеров сети генерирует пос­ледовательность широковещательных сообщений, чтобы определить адрес другого компьютера в том же сегменте сети, мост передает их и во второй сегмент, хотя никакой нужды в этом нет. Однако именно принадлежность к одному широковещательному домену позволяет двум сегментам сети оставаться одной и той же ЛВС. В этом состоит отличие моста от маршрутизатора, который делит сеть на две незави­симые ЛВС, относящиеся к разным коллизионным и широковеща­тельным доменам.

IP-адрес:

192.168.1.54

IP-адрес:

192.168.1.56

Рис. 2. Компьютеры используют широковещательные сообщения для поиска в ЛВС конкретной системы

Прозрачное соединение

При знакомстве с работой мостов возникает логичный вопрос, как мост узнает, в каком сегменте находится компьютер. Оказывается, в мостах поддерживаются внутренние таблицы с аппаратными адресами компьютеров в обоих сегментах. Получив пакет из одного сегмен­та и прочитав в заголовке протокола канального уровня адрес целе­вой системы, мост сверяет этот адрес со своей таблицей. Если адрес системы-получателя сопоставлен с другим сегментом, мост пересы­лает пакет соответствующему сегменту.

Совет Часто производитель моста включает в его спецификацию максимальное количество адресов, которое может содержаться в таб­лице моста. Как правило, допустимый объем таблицы адресов заведо­мо превышает потребности типичной сети, и все-таки, прежде чем по­купать мост, на эту характеристику стоит обратить внимание.

Как заполняется эта таблица? Поначалу сетевым администрато­рам приходилось вручную создавать списки аппаратных адресов для каждого из сегментов, подключенных к мосту. Это было малоприятное занятие! В современных мостах для автоматического составления спис­ков адресов используется технология прозрачного соединения (transparent bridging). Когда Вы активизируете мост в первый раз, его таблица пу­ста. У каждого входящего пакета мост считывает из заголовка прото­кола канального уровня адрес источника и добавляет его к списку адресов того сетевого сегмента, из которого пакет прибыл. Посколь­ку сначала у моста нет информации для принятия решения о переда­че пакета, для надежности он передает пакет в другой сегмент. Когда через мост пройдет достаточное количество пакетов, в нем собирает­ся полная таблица адресов, и мост руководствуется ею для выбора направления передачи пакетов.

Обычно сетевые администраторы устанавливают между сегмента­ми сети резервные мосты на случай сбоя. Однако это может привести и к потере данных, например, если несколько мостов, обрабатывая одни и те же пакеты, решат, что компьютер-источник принадлежит двум разным сегментам сети. Кроме того, при большом количестве мостов возможно зацикливание широковещательных пакетов, т. е. их бесконечная передача по сети. Чтобы этого не случилось, мосты со­единяются друг с другом с помощью протокола STA (Spanning Tree Algorithm), который выбирает для обработки пакетов один мост. Все другие мосты в данном сегменте сети простаивают, пока работающий мост не выйдет из строя.

Соединение «источник — маршрут» (маршрутизация от источника)

Прозрачные мосты и протокол STA используются в сетях Ethernet повсеместно, но в сетях Token Ring применяется другой принцип. Здесь уже не мосты выбирают, который из них будет объединять два сегмента, а сами системы Token Ring выбирают, каким мостом они будут пользоваться. Этот способ называется соединением «источник — маршрут» (source route bridging). Суть его в том, что каждая система передает по сети особые широковещательные пакеты — кадры ARB (All Rings Broadcast). Обрабатывая и направляя их во все подсоеди­ненные сегменты (как при любой широковещательной передаче), каждый мост добавляет к ним указатель маршрута, идентифицирую­щий мост и порт, через который был получен пакет. Когда ARB-па-кеты достигают целевой системы, она отсылает их обратно. Мосты используют указатели маршрута, чтобы избежать пересылки пакетов дважды через один и тот же мост, а исходная система-отправитель выбирает по возвращенным пакетам наиболее эффективный марш­рут к системе-получателю.

Типы мостов

Обычный мост, связывающий однотипные сетевые сегменты в пре­делах одного помещения, называется локальным мостом (local bridge). Это простейший мост: он не модифицирует данные в пакетах, а про­сто считывает адреса в заголовках протоколов канального уровня и передает или не передает пакеты дальше. Для объединения разнород­ных и удаленных друг от друга сегментов используются мосты двух других видов.

Мост-транслятор (translation bridge), показанный на рис. 3, представляет собой устройство канального уровня, связывающее сег­менты сети, в которых используются разные сетевые среды или раз­ные протоколы. Мост этого типа сложнее локального, поскольку он не просто считывает заголовок, но и удаляет данные канального уров­ня из пакета, который предстоит передать в другой сегмент сети, а затем формирует кадр канального уровня заново. Таким образом мост может связать сегмент Ethernet с сегментом FDDI или объединить сегменты Ethernet разных типов (например 100BaseTX и 100BaseT4), сохраняя Целостность широковещательного домена. Из-за дополни­тельных манипуляций с пакетами мост-транслятор работает медлен­нее локального, а стоит гораздо дороже. Поскольку сети разных ти­пов можно связывать и с помощью других устройств, например марш­рутизаторов, мосты-трансляторы используются относительно редко.

Удаленный мост (remote bridge) с 'помощью технологий ГВС свя­зывает два сетевых сегмента, расположенные на значительном рас­стоянии друг от друга. Связь может осуществляться с помощью моде­мов, выделенной телефонной линии и др. Преимущество использо­вания моста такого типа состоит в сокращении трафика по ГВС, ко­торая, как правило, гораздо медленнее и значительно дороже ЛВС.