Принципы работы мостов и коммутаторов

Мосты и коммутаторы используют два типа алгоритмов: алгоритм прозрачного моста (transparentbridge), либо алгоритм моста с маршрутизацией от источника (source routing bridge). В дальнейшем будем рассматривать прозрачные мосты и коммутаторы.

Прозрачные коммутаторы (или мосты) строят свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом коммутатор учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на его порты. По адресу источника кадра коммутатор делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети.

Рассмотрим процесс автоматического создания адресной таблицы коммутатора и ее использования на примере простой сети, представленной на рис. ….

В нашем примере коммутатор соединяет четыре логических сегмента. Сегмент 1 составляют компьютеры, подключенные с помощью одного отрезка коаксиального кабеля (или при помощи витой пары если сегмент построен на концентраторе) к порту 1 коммутатора, сегмент 2 — компьютеры, подключенные к порту 2 моста и т.д.

Таблица коммутации (адресная таблица) Мас адрес Порт Отметка времени Т1 Т2 Т3 Т4 Т5         Рисунок 4‑10 Деление сети на сегменты при помощи коммутатора

Каждый порт коммутатора работает как конечный узел своего сегмента за одним исключением — порт коммутатора не имеет собственного МАС-адреса. Порт коммутатора работает в так называемом неразборчивом (promisquous) режиме захвата кадров, когда все поступающие на порт кадры запоминаются в буферной памяти. С помощью такого режима коммутатор следит за всем трафиком, передаваемым в присоединенных к нему сегментах, и использует проходящие через него пакеты для изучения состава сети. Так как в буфер записываются все rflhs, то адрес порта коммутатор не нужен.

В исходном состоянии коммутатор ничего не знает о том, компьютеры с какими МАС-адресами подключены к каждому из его портов. Поэтому в этом случае коммутатор просто передает любой захваченный и буферизованный кадр на все свои порты за исключением того, от которого этот кадр получен. Отличие работы коммутатора в этом режиме от концентратора в том, что он передает кадр не побитно, а с буферизацией (т.е. записывает кадр, поступивший на входной порт, в буфер, а затем, когда появляется возможность, кадр из буфера передается на выходной порт). Буферизация разрывает логику работы всех сегментов как единой разделяемой среды. Когда коммутатор собирается передать кадр с сегмента на сегмент, например с сегмента 1 на сегмент 2, он заново пытается получить доступ к сегменту 2 как конечный узел по правилам алгоритма доступа, в данном примере — по правилам алгоритма CSMA/CD.

Одновременно с передачей кадра на все порты коммутатор изучает адрес источника кадра и делает новую запись о его принадлежности в своей адресной таблице, которую также называют таблицей фильтрации или коммутации. Например, получив на свой порт 1 кадр от компьютера 1, коммутатор делает первую запись в своей адресной таблице: МАС-адрес 1 — порт 1. Если все одиннадцать компьютеров данной сети проявляют активность и посылают друг другу кадры, то скоро коммутатор построит полную адресную таблицу сети, состоящую из 11 записей — по одной записи на узел.

После того как коммутатор прошел этап обучения, он может работать более рационально. При получении кадра, направленного, например, от компьютера 1 компьютеру 3, он просматривает адресную таблицу на предмет совпадения ее адресов с адресом назначения 3. Поскольку такая запись есть, то мост выполняет второй этап анализа таблицы — проверяет, находятся ли компьютеры с адресами источника (в нашем случае — это адрес 1) и адресом назначения (адрес 3) в одном сегменте. Так как в нашем примере они находятся в разных сегментах, то коммутатор выполняет операцию продвижения (forwarding) кадра — передает кадр на другой порт, предварительно получив доступ к другому сегменту.

Если бы оказалось, что компьютеры принадлежат одному сегменту, то кадр просто был бы удален из буфера и работа с ним на этом бы закончилась. Такая операция называется фильтрацией (filtering).

Если же адрес назначения неизвестен, то коммутатор передает кадр на все свои порты, кроме порта — источника кадра, как и на начальной стадии процесса обучения.

На самом деле мы несколько упростили алгоритм работы коммутатора. Его процесс обучения никогда не заканчивается. Коммутатор постоянно следит за адресами источника буферизуемых кадров, чтобы быть в состоянии автоматически приспосабливаться к изменениям, происходящим в сети, — перемещениям компьютеров из одного сегмента сети в другой, появлению новых компьютеров. С другой стороны, коммутатор не ждет, когда адресная таблица заполнится полностью (да это и невозможно, поскольку заранее не известно, сколько компьютеров и адресов будут находиться в сегментах моста). Как только в таблице появляется первый адрес, коммутатор пытается его использовать, проверяя совпадение с ним адресов назначения всех поступающих пакетов.

Входы адресной таблицы могут быть динамическими, создаваемыми в процессе самообучения коммутатора, и статическими, создаваемыми вручную администратором сети. Динамические входы имеют срок жизни — при создании или обновлении записи в адресной таблице с ней связывается отметка времени. По истечении определенного тайм-аута запись помечается как недействительная, если за это время коммутатор не принял ни одного кадра с данным адресом в поле адреса источника. Это дает возможность автоматически реагировать на перемещения компьютера из сегмента в сегмент — при его отключении от старого сегмента запись о его принадлежности к нему со временем вычеркивается из адресной таблицы. После включения этого компьютера в работу в другом сегменте его кадры начнут попадать в буфер моста через другой порт, и в адресной таблице появится новая запись, соответствующая текущему состоянию сети.

Статические записи не имеют срока жизни, что дает администратору возможность подправлять работу моста, если это необходимо.

Кадры с широковещательными МАС-адресами передаются мостом на все его порты, как и кадры с неизвестным адресом назначения. Такой режим распространения кадров называется затоплением сети (flood). Наличие коммутатор в сети не препятствует распространению широковещательных кадров по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность