13.4 Структуризація за допомогою мостів і комутаторів

У даній главі розглядаються пристрої логічної структуризації мереж, що працюють на канальному рівні стека протоколів, а саме - мости й комутатори. Структуризація мережі можлива також на основі маршрутизаторів, які для виконання цього завдання залучають протоколи мережного рівня. Кожен спосіб структуризації - за допомогою канального протоколу й за допомогою мережного протоколу - має свої переваги й недоліки. У сучасних мережах часто використають комбінований спосіб логічної структуризації - невеликі сегменти поєднуються пристроями канального рівня в більші підмережі, які, у свою чергу, з'єднуються маршрутизаторами.

Отже, мережу можна поділити на логічні сегменти за допомогою пристроїв двох типів - мостів (bridge) або комутаторів (switch, switching hub). Відразу після появи комутаторів на початку 90-х років склалася думка, що міст і комутатор - це принципово різні пристрої. І хоча поступово подання про комутатори змінилося, цю думка можна почути й сьогодні.

Проте міст і комутатор — це функціональні близнюки. Обидва ці пристрої просувають кадри на підставі тих самих алгоритмів. Мости й комутатори використають два типи алгоритмів: алгоритм прозорого моста (transparent bridge), описаного в стандарті IEEE 802.1D, або алгоритм моста з маршрутизацією від джерела (source routing bridge) компанії IBM для мереж Token Ring. Ці стандарти були розроблені задовго до появи першого комутатора, тому в них використається термін "міст". Коли ж з'явилася перша промислова модель комутатора для технології Ethernet, то вона виконувала той же алгоритм просування кадрів IEEE 802.ID, що був з десяток років відпрацьований мостами локальних і глобальних мереж. Точно так само надходять і всі сучасні комутатори. Комутатори, які просувають кадри протоколу Token Ring, працюють по алгоритму Source Routing, характерному для мостів IBM.

Основна відмінність комутатора від моста полягає в тому, що міст обробляє кадри послідовно, а комутатор - паралельно. Ця обставина пов'язана з тим, що мости з'явилися в ті часи, коли мережу поділяли на невелику кількість сегментів, а міжсегментний трафік був невеликим (він підкорявся правилу 80 на 20 %). Мережа найчастіше поділґлась на два сегменти, тому й термін був обраний відповідний - міст. Для обробки потоку даних із середньою інтенсивністю 1 Мбіт/с мосту цілком вистачало продуктивності одного процесорного блоку.

При зміні ситуації наприкінці 80-х - початку 90-х років – (при появі швидкісних протоколів, продуктивних персональних комп'ютерів, мультимедійної інформації) поділ мережі на велику кількість сегментів - класичними мостами перестали використовувати тому що мости не справлятися з роботою. Обслуговування потоків кадрів між тепер уже декількома портами за допомогою одного процесорного блоку і вимагали значного підвищення швидкодії процесора, а це досить дороге рішення.

Більше ефективним виявилося рішення, що й "породило" комутатори: для обслуговування потоку, що надходить на кожен порт, у пристрій ставився окремий спеціалізований процесор, що реалізовував алгоритм моста. По суті, комутатор - це мультипроцесорний міст, здатний паралельно просувати кадри відразу між всіма парами своїх портів. Але якщо при додаванні процесорних блоків комп'ютер не переставав називати комп'ютером, а додавався тільки прикметник "мультипроцесорний", то з мультипроцесорними мостами відбулася метаморфоза - вони перетворилися в комутатори. Цьому сприяв спосіб зв'язку між окремими процесорами комутатора - вони зв'язувалися комутаційною матрицею, схожою на матриці мультипроцесорних комп'ютерів, що зв'язують процесори з блоками пам'яті.

Поступово комутатори витиснули з локальних мереж класичні однопроцесорні мости. Основна причина цього - дуже висока продуктивність, з якої комутатори передають кадри між сегментами мережі. Якщо мости могли навіть сповільнювати роботу мережі, коли їхня продуктивність виявлялася менше інтенсивності міжсегментного потоку кадрів, то комутатори завжди випускаються із процесорами портів, які можуть передавати кадри з тією максимальною швидкістю, на яку розрахований протокол. Додавання до цьому паралельної передачі кадрів між портами зробило продуктивність комутаторів на кілька порядків вищою, ніж мостів - комутатори можуть передавати до декількох мільйонів кадрів у секунду, у той час як мости звичайно обробляли 3-5 тисяч кадрів у секунду. Це й визначило долю мостів і комутаторів.

Процес витиснення мостів почав протікати досить швидко з 1994 року, і сьогодні локальні мости практично не виробляються. За час свого існування вже без конкурентів-мостів комутатори увібрали в себе багато додаткових функцій, які з'являлися в результаті природного розвитку мережевих технологій. До цих функцій відноситься, наприклад, підтримка віртуальних мереж (VLAN), пріоритезація трафіка, використання магістрального порту за замовчуванням і т.п.

Сьогодні мости як і раніше працюють у мережах, але тільки на досить повільних глобальних зв'язках між двома вилученими локальними мережами. Такі мости називаються вилученими мостами (remote bridge), і алгоритм їхньої роботи нічим не відрізняється від стандарту 802.1D або Source Routing.

Прозорі мости вміють, крім передачі кадрів у рамках однієї технології, транслювати протоколи локальних мереж, наприклад Ethernet в Token Ring, FDDI в Ethernet і т.п. Ця властивість прозорих мостів описана в стандарті IEEE 802.1H.

Надалі будемо називати пристрій, що просуває кадри по алгоритму моста й працює в локальній мережі, сучасним терміном "комутатор". При описі ж самих алгоритмів 802.1D й Source Routing у наступному розділі будемо за традицією називати пристрій мостом, як власно він в цих стандартах і називається.