6.4 Мости та комутатори

 

6.4.1 Основи функціонування мостів

Як вказувалось в розділі 2.3 велику ЛКМ часто потрібно ділити на менші, легшекеровані сегменти. При цьому пристроями використовуваним для з’єднання мережевих сегментів, можуть мости, комутатори, маршрутизатори і шлюзи. Мости і комутатори функціонують на канальному рівні моделі OSI. Функція моста полягає у визначенні того, потрібно чи відправляти сигнали, що поступили на один з його портів в інший сегмент мережі. Мости можуть також бути використані для з’єднання мереж, що використовують різні протоколи або різні середовища передавання [4, 14, 16].

Під час роботи міст використовує метод прозорого перенаправлення. Цей метод описаний у специфікації ІЕЕЕ 802.1d, яка визначає п’ять процесів обробки фрейма, при проходженні через коммутатор (рис. 6.1):

1)     перенаправлення фреймів (forwarding).

2)     Лавинне передавання фреймів (flooding).

3)     Фільтрування фреймів (filtering).

4)     Комутація з вивченням топології або з самонавчанням (learning).

5)     Застарівання таблиці МАС-адресів (aging).

Рисунок 6.1 Кроки методу прозорого мостового перенаправлення

 

Коли міст отримує фрейм, він порівнює MAC – адресу відправника з адресною таблицею, що є в нього, для визначення того, чи слід відфільтрувати цей фрейм (відкинути) надіслати його лавинним способом або у визначений сегмент мережі.

Прийняття цього рішення відбувається таким чином [4, 7, 16]:

     якщо пристрій-одержувач знаходиться в тому ж сегменті, з якого цей фрейм був отриманий, то міст запобігає його передачі в інші сегменти. Цей процес називається фільтруванням (filtering);

     якщо пристрій-одержувач знаходиться в іншому сегменті і його адрес присутній в адресній таблиці, то міст пересилає фрейм у відповідний сегмент;

     якщо пристрій-одержувач відсутній в таблиці адрес (тобто "невідомий" мосту), або фрейм є широкомовний чи багато адресний   то міст розсилає фрейм у всі сегменти за винятком того, звідки був отриманий фрейм. Таку поведінку називають лавинною розсиланням.

Стратегічно правильно встановлений міст може значно збільшити продуктивність мережі.

6.4.2 Режими комутації

Під час роботи мостів передбачається кілька режимів комутації. Вони відрізняються моментом, коли слід комутувати фрейм [4, 5, 14]. Найчастіше використовуються три режими комутації:

1)     з проміжним зберіганням (Store-and-Forward);

2)     наскрізий (Cut-through);

3)     з контролем фрагментів (Fragment free).

М оменти часу, в які відбувається комутація для цих режимів наведено на рис. 2.2. Кожен з цих режимів має свої переваги та недоліки. Наприклад, наскрізна комутація характеризується максимальною швидкодією, але неможливістю аналізу фактів викривлень фреймів. Комутація з проміжним зберіганням навпаки, характеризується меншою швидкістю, проте можливістю аналізу фремів. При цьому, якщо фрейм викривлений  він відкидається комутатором, а отже, заощадливішевикористовується пропускна спроможність каналів. Комутація з контролем фрагментів займає проміжне місце за рівнем контролю і швидкістю і дозволяє відкидати лише ті фрейми, розмір яких менший за 64 байти і які виникають внаслідок колізій. Ряд мостів підтримують усі ці режими і дозволяють автоматично вибирати їх в залежності від особливостей роботи мережі [14].

Ще комутація може бути симетричною та асиметричною. Перша забезпечує комутовані з’єднання між портами з одинаковою шириною смуги пропускання (наприклад все порти 100 Мбіт/с). Асиметрична комутація забезпечує комутовані з’єднання між портами з різними значеннями смуги пропускання (наприклад, 100 Мбіт/с і 1000 Мбіт/с).

Асиметрична комутація використовується у випадку наявності великих мережених потоків типу "клієнт-сервер", коли багато користувачів одночасно обмінюються інформацією з сервером. Це, очевидно,  потребує більшої смуги пропускання для того порта коммутатора, до якого під’єднано сервер Для пере направлення потоку даних з порта1000 Мбіт/с на порт 100 Мбіт/с без переповнення на останньому, асиметричний комутатор повинен  мати буфер пам’яті. Асиметричний комутатор також потрібен для забезпечення більшої смуги пропускання каналів між комутаторами, що здійснюють вертикальні крос-з’єднання або каналів між сегментами магістралі [4, 14].