Чтение онлайн

Удивительно, но создать такие мосты возможно — для этого используются два алгоритма. Алгоритм обратного обучения останавливает отправку трафика туда, где он не нужен; алгоритм связующего дерева прерывает циклы, которые могут возникнуть при непроизвольном соединении коммутаторов. Далее мы разберем эти алгоритмы по очереди, чтобы понять, как они достигают целей.

4.7.2. Обучающиеся мосты

Топология двух LAN, соединенных мостом, показана на илл. 4.33 для двух случаев. Слева к двум многоточечным LAN (таким, как классический Ethernet) присоединяется специальная станция — мост, он является элементом обеих сетей, справа — несколько LAN с соединениями «точка-точка» и один подключенный концентратор. Мосты — устройства, к которым присоединены станции и концентратор. Если LAN является сетью Ethernet, мосты называются Ethernet-коммутаторами.

Илл. 4.33. Мосты. (а) Мост, соединяющий две многоточечные LAN. (б) Мосты (и концентратор), соединяющие семь станций по двухточечной схеме

Мосты были разработаны во времена классического Ethernet, поэтому они часто изображаются в топологии с многоточечными кабелями, как на илл. 4.33 (а). Однако все топологии, которые можно встретить сейчас, состоят из двухточечных кабелей и коммутаторов. Мосты работают одинаково в обоих случаях. Все станции, присоединенные к одному порту моста, принадлежат к одной области коллизий, которая отличается от областей коллизий других портов. Если система содержит более одной станции (как в классическом Ethernet) и концентратор или полудуплексный канал, для отправки фреймов используется протокол CSMA/CD.

Однако LAN с мостовыми соединениями строятся по-разному. Чтобы объединить многоточечные LAN, мост добавляется в качестве новой станции для каждой из них, как показано на илл. 4.33 (а). В случае двухточечных LAN мост соединяется с концентраторами либо (что более предпочтительно) заменяет их, чтобы увеличить производительность. На илл. 4.33 (б) мосты заменили все концентраторы, кроме одного.

К одному мосту могут быть присоединены разные виды кабелей. Например, мосты B1 и B2 на илл. 4.33 (б) могут соединяться магистральным оптоволоконным каналом, а кабель между мостами и станциями может оказаться витой парой ближней связи. Такая структура полезна для соединения LAN различных зданий.

Теперь обсудим, что же происходит в мостах. Каждый мост работает в неизбирательном режиме, то есть принимает каждый фрейм от станций, подключенных к его портам. При появлении фрейма мост должен решить, игнорировать его или передать, и если передать, то на какой порт. Выбор производится на основе адреса получателя. Например, рассмотрим топологию на илл. 4.33 (а). Если станция A отправит фрейм станции B, мост B1 получит его на порте 1. От этого фрейма можно немедленно отказаться без дальнейших хлопот, потому что он уже находится на правильном порте. Теперь предположим, что в топологии на илл. 4.33 (б) A посылает фрейм станции D. Мост В1 получит его на порте 1 и выведет его на порт 4. Затем мост В2 примет фрейм на своем порте 4 и выведет его на порте 1.

Для простой реализации этой схемы нужно, чтобы мост имел большую хеш-таблицу. Она может включать все возможные пункты назначения и то, к какому порту каждый из них относится. Например, на илл. 4.33 (б) в таблице моста B1 станция D была бы привязана к порту 4. Таким образом, мост B1 знал бы, на какой порт следует отправить фреймы для D. Фактически дальнейшая пересылка происходит позже, когда достигший моста B2 фрейм уже не представляет интереса для моста B1.

Когда мосты включаются первый раз, все их хеш-таблицы пусты. Ни один мост не знает, где находятся адресаты, поэтому применяется алгоритм лавинной адресации (flooding): каждый полученный фрейм с неизвестным адресом переправляется сразу по всем направлениям, кроме того, откуда он пришел. Со временем мосты узнают расположение получателей. Если адрес известен, лавинная адресация не используется и фреймы направляются только на нужный порт.

Мосты используют алгоритм обратного обучения (backward learning). Как уже упоминалось, они работают в неизбирательном режиме, поэтому видят все фреймы, приходящие на их порты. Просматривая адреса отправителей, они определяют, какая станция относится к конкретному порту. Например, если мост В1 на илл. 4.33 (б) получает фрейм от станции C на порт 3, то он понимает, что станция C привязана к порту 3, и записывает это в таблицу. Любой последующий фрейм для станции C, полученный мостом В1 по любому другому порту, будет переправляться на порт 3.

Топология сети может меняться по мере того, как отдельные станции и мосты включаются, выключаются, а также перемещаются. Чтобы зафиксировать эту динамику, в таблице указывается время прибытия фрейма от станции. При получении новых фреймов это время обновляется. Таким образом, для каждой станции известно время последнего полученного от нее фрейма.

Время от времени процесс сканирует хеш-таблицу и удаляет все записи старше нескольких минут. Таким образом, если компьютер был выключен, перенесен на новое место и включен снова, уже через несколько минут он войдет в обычный режим работы, и для этого не потребуется никаких специальных действий. Это также означает, что если станция «молчит» в течение нескольких минут, адресованный ей трафик снова будет рассылаться методом лавинной адресации, пока она сама не отправит какой-нибудь фрейм.

Процедура маршрутизации входящего фрейма зависит от того, на какой порт он прибыл (порт-источник) и на какой адрес направляется (адрес назначения). Алгоритм выглядит следующим образом:

1. Если порт-источник и порт для адреса назначения совпадают, фрейм игнорируется.

2. Если порт-источник и порт для адреса назначения различаются, фрейм переправляется на порт назначения.

3. Если порт назначения неизвестен, используется алгоритм лавинной адресации и фрейм пересылается на все порты, кроме источника.

Может ли первая ситуация произойти с двухточечными линиями? Ответ — да, если для соединения группы компьютеров с мостом используются концентраторы. Пример показан на илл. 4.33 (б), где станции E и F соединены с концентратором H1, который, в свою очередь, подключен к мосту B2. Если станция E отправит фрейм станции F, то концентратор передаст его и F, и мосту B2. Именно это делают концентраторы — они связывают все порты вместе так, чтобы фрейм, полученный на одном порте, просто выводится на всех остальных. Фрейм достигнет моста B2 на порте 2, который уже является правильным выходным портом для попадания в пункт назначения. Мост B2 должен просто отказаться от фрейма.

Поскольку этот алгоритм должен применяться к каждому входящему фрейму, обычно он осуществляется с помощью специальных чипов СБИС. Чип производит поиск и обновляет записи таблицы за несколько микросекунд. Мосты проверяют только MAC-адреса, чтобы решить, как отправить фреймы. Поэтому можно начать отправку, как только появилось поле заголовка назначения — еще до того, как дошла остальная часть фрейма (конечно, если выходная линия доступна). Это сокращает время прохождения через мост, а также количество фреймов, которые мост должен буферизовать. Такой способ называют коммутацией без буферизации пакетов (cut-through switching) или маршрутизацией способом коммутации каналов (wormhole routing), и обычно он реализуется аппаратными средствами.

Можно взглянуть на работу моста с точки зрения стека протоколов и разобраться, что собой представляет устройство канального уровня. Рассмотрим фрейм, посланный от станции А станции D в конфигурации на илл. 4.33 (а), где в качестве LAN выступает сеть Ethernet. Фрейм пройдет через один мост. Стек используемых при этом протоколов показан на илл. 4.34.

Илл. 4.34. Протоколы, которые реализуются в мосте

Пакет приходит с более высокого уровня и спускается на уровень MAC Ethernet. Он получает заголовок Ethernet (а также трейлер, не показанный на рисунке). Далее фрейм передается на физический уровень, проходит по кабелю и принимается мостом.