Локальные сети 2 3 (стр. 8 из 21)
• Объединение сегментов с различными физическими средами (например, коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.
• Автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.).
• Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных.
• Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения).
• Поддержка средств управления сетями протокола SNMP, баз управляющей информации MIB (Management Information on Base)
Существуют следующие группы концентраторов:
- Концентраторы с фиксированным количеством портов – устройство в одном корпусе (от 4-8 до 24 портов);
- Модульные концентраторы – отдельные модули на одном шасси, плюс модуль управления (для программирования через RS-232C), система терморегуляции, дополнительный источник питания (дорого)
- Стековые концентраторы – несколько концентраторов (чаще всего до 8), установленных друг на друга, объединяются в один повторитель с помощью специальных портов и кабелей.
- Модульно-стековые концентраторы – объединяют функции модульных и стековых концентраторов.
Существуют также многосегментные концентраторы (например, System 500 фирмы Nortel Networks, Port Switch Hub фирмы 3Com) – содержат несколько несвязанных шин (чаще всего 3) для разных сегментов сети, сегменты объединяются друг с другом с мостов/коммутаторов или маршрутизаторов.
Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы
Несмотря на появление новых дополнительных возможностей, основной функцией концентраторов остается передача пакетов по общей разделяемой среде. Коллективное использование многими компьютерами (30-100 узлов) общей кабельной системы в режиме разделения времени приводит к существенному снижению производительности сети при интенсивном потоке информации (при мультимедийном трафике). Общая среда передачи данных перестает справляться с потоком передаваемых кадров информации и в сети возникает очередь компьютеров, ожидающихдоступа. Это явление характерно для всех технологий, использующих разделяемые среды передачи данных, независимо от используемых алгоритмов доступа (хотя наиболее страдают от перегрузок графика сети Ethernet с методом случайного доступа к среде).
Поэтому сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться в требуемых пределах - при определенном количестве компьютеров в сети или при появлении новых приложений всегда происходит насыщение передающей среды, и задержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов.
Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог - коммутатор (switching hub, switch) делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста/коммутатора (рис. ). При поступлении кадра данных на какой-либо из портов мост/коммутатор повторит этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.
Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что, при передаче информации нескольким адресатам одновременно, мост передаст кадр сначала на один порт, затем на другой и так далее (мост содержит один процессор), а коммутатор одновременно передаст данные на все порты, к которым подключены адресаты (на каждом порту – свой процессор). Другими словами, мост передает кадры последовательно (3-5 тыс. кадров/с), а коммутатор параллельно (несколько млн. кадров/с).
Следует отметить, что в последнее время локальные мосты полностью вытеснены коммутаторами. Мосты используются только для связи локальных сетей с глобальными, то есть как средства удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость в параллельной передаче между несколькими парами портов просто не возникает.
При работе моста/коммутатора среда передачи данных каждого логического сегмента остается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому сегменту непосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред передачи данные различных логических сегментов он передает кадры между логическими сегментами только при необходимости, то есть только тогда, когда взаимодействующие компьютеры находятся в разных сегментах.
Рис. . Разделение сети на логические сегменты Простейший вид таблицы маршрутизации
| Порт | Адрес |
| 1 | 1 |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 | |
| 2 | 21 |
| 22 | |
| 23 | |
| 24 | |
| 25 | |
| 3 | 35 |
Деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети, если в сети имеются группы компьютеров преимущественно обменивающиеся информацией между собой. Если же таких групп нет, то введение в сеть коммутаторов может только ухудшить общую производительность сети, так как принятие решения о том, нужно ли передавать пакет из одного сегмента в другой, требует дополнительного времени. Однако даже в сети средних размеров такие группы, как правило, имеются. Поэтому разделение ее на логические сегменты дает выигрыш в производительности - трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.
Мосты/Коммутаторы принимают решение о том, на какой порт нужно передать кадр, анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основании информации о принадлежности того или иного компьютера определенному сегменту, подключенному к одному из портов моста/коммутатора, то есть на основании информации о конфигурации сети. Для того, чтобы собрать и обработать информацию о конфигурации подключенных к нему сегментов, мост/коммутатор должен пройти стадию "обучения", то есть самостоятельно проделать некоторую предварительную работу по изучению проходящего через него трафика. Определение принадлежности компьютеров сегментам возможно за счет наличия в кадре не только адреса назначения, но и адреса источника, сгенерировавшего пакет. Используя информацию об адресе источника, мост/коммутатор устанавливает соответствие между номерами портов и адресами компьютеров. В процессе изучения сети мост/коммутатор просто передает появляющиеся на входах его портов кадры на все остальные порты, работая некоторое врeмя повторителем. После того, как мост/коммутатор узнает о принадлежности адресов сегментам, он начинает передавать кадры между портами только в случае межсегментной передачи. Мосты/коммутаторы копируют в свой буфер данные, если они передаются в другой сегмент, и пытается получить доступ к среде этого сегмента (например, используя метод CSMA/CD). Если, уже после завершения обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр с неизвестным адресом назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах. Новая станция, подключаясь к сети рассылает широковещательные кадры, заявляя о своём существовании.
Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются прозрачными (transparent), поскольку появление таких мостов/коммутаторов в сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Это позволяет не изменять их программное обеспечение при переходе от простых конфигураций, использующих только концентраторы, к более сложным, сегментированным
Мост/коммутатор может также быть запрограммированным администратором сети (администратор настраивает таблицы маршрутизации) и тогда ему нет необходимости проходить стадию обучения.
За простоту принципа работы прозрачного моста/коммутатора приходится расплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с использованием устройств данного типа - такие сети не могут иметь замкнутых маршрутов – петель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с петлями, при этом сеть засоряется зацикливающимися пакетами и ее производительность снижается.
Для автоматического распознавания петель в конфигурации сети разработан алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA). Этот алгоритм позволяет мостам/коммутаторам адаптивно строить дерево связей, когда они изучают топологию связей сегментов с помощью специальных тестовых кадров. При обнаружении замкнутых контуров некоторые связи объявляются резервными. Мост/коммутатор может использовать резервную связь только при отказе какой-либо основной. В результате сети, построенные на основе мостов/коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева, обладают некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счет использования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя.
Существует и другой класс мостов/коммутаторов, передающих кадры данных между сегментами на основе полной информации о межсегментном маршруте, содержащемся в кадре. Эту информацию записывает в кадр станция-источник кадра, поэтому говорят, что такие устройства реализуют алгоритм маршрутизации от источника (source routing). При использовании мостов/коммутаторов с маршрутизацией от источника конечные узлы должны быть в курсе деления сети на сегменты, и сетевые адаптеры, в этом случае, должны в своём программном обеспечении иметь компонент, занимающийся выбором маршрута кадров, - одношаговая маршрутизация (распределённая маршрутизация). Такие мосты/коммутаторы применяются для соединения колец Token Ring и FDDI.