Коммутируемые сети Ethernet. Логическая структуризация сетей. Мосты. Алгоритм функционирования прозрачного моста.

Единственным решением проблемы масштабирования локальной сети является ее разбиение на сегменты, каждый их которых представляет собой отдельную разделяемую среду. Такая логическая сегментация выполняется с помощью мостов или коммутаторов локальных сетей. Локальные сети, разделенные на логические сегменты, называют коммутируемыми локальными сетями.

Крупные сети не могут быть построены на основе разделяемой среды даже при такой скоростной технологии, как Gigabit Ethernet. Существуют жесткие ограничения максимальной длины сети, обусловленные особенностями метода доступа Ethernet. Но главная проблема сетей с разделяемой средой – дефицит пропускной способности. Количество узлов, при которых коэффициент использования сети начинает приближаться к опасной границе, зависит от типа приложений в узлах. Сейчас, когда приложения передают по сети большие файлы, предельное число узлов в сети Ethernet может составлять 5-10.

Ограничения, возникающие из-за использования одной разделяемой среды, можно преодолеть, выполнив логическую структуризацию сети, т.е. сегментировать единую разделяемую среду на несколько и соединить полученные сегменты сети такими устройствами, как мосты, коммутаторы или маршрутизаторы. Логическая структуризация позволяет решить несколько задач, основные из которых: повышение производительности, гибкости, безопасности и управляемости сети.

Мост и коммутатор – это функциональные близнецы. Основное отличие коммутатора от моста заключается в том, что мост обрабатывает кадры последовательно, а коммутатор – параллельно. Оба устройства продвигают кадры на основании алгоритма прозрачного моста, описанного в стандарте IEEE 802.1D. Слово «прозрачный» в названии отражает тот факт, что мосты и коммутаторы в своей работе не учитывают существование в сети сетевых адаптеров, концентраторов, повторителей.

М ост строит свою адресную таблицу на основе пассивного наблюдения за трафиком, проходящим через его порты. При этом извлекается информация об адресах источников кадров данных. По адресу источника делается вывод о принадлежности конкретного узла тому или иному сегменту сети.

Каждый порт работает как конечный узел сегмента сети. Изначально мост ничего не знает о том, узлы с какими MAC-адресами подключены к каждому из его портов. Поэтому он передает любой полученный кадр на все свои порты, за исключением того, от которого он был получен. Одновременно с такой передачей мост изучает адрес источника кадра и заполняет свою таблицу на предмет принадлежности конкретного порта (MAC-адреса) тому или иному сегменту.

В последующем мост использует свою таблицу в качестве базиса для продвижения трафика. Когда на один из интерфейсов моста принят блок данных, мост ищет адрес пункта назначения этого блока данных в своей внутренней таблице. Если таблица содержит взаимосвязь между адресом пункта назначения и любым из портов этого моста, за исключением того, в котором был принят этот блок данных, то блок данных продвигается из указанного порта. Если не найдено никакой взаимосвязи, то блок данных отправляется лавинной адресацией во все порты, кроме порта вхождения блока данных. Широковещательные сообщения и сообщения многопунктовой адресации отправляются лавинной адресацией таким же образом.

Прозрачный мост успешно изолирует внутрисегментный трафик, тем самым сокращая трафик, видимый в каждом отдельном сегменте. Это обычно уменьшает время реакции сети, видимое пользователю. Степень сокращения трафика и уменьшения времени реакции зависят от объема межсегментного трафика относительно общего трафика, а также от объема широковещательного и многопунктового трафика.

Существенным препятствием, нарушающим правильную работу алгоритма "прозрачного моста" является наличие "петель" в сети.