3. Использование мостов для объединения удаленных локальных сетей

Для объединения удалённых локальных сетей (например, находящихся в разных городах) используются сетевые устройства, которые называются инкапсулирующие мосты. Мосты анализируют поступающие кадры Ethernet и принимают решение об их продвижении на основе информации, содержащейся в них. Основным преимуществом объединения локальных сетей с помощью мостов является прозрачность для протоколов верхних уровней.

Мосты можно сгруппировать в категории на основе различных характеристик.

По типу портов мосты подразделяются на локальные и удаленные. Локальные мосты имеют несколько портов Ethernet и обеспечивают прямое соединение нескольких сегментов сети, находящихся на одной территории. Удалённые мосты помимо портов Ethernet имеют также WAN-порты (Wide Area Network, глобальная сеть передачи данных) для подключения к сетям передачи данных, что позволяет им объединять несколько территориально-удалённых сегментов локальной сети. Удалённые мосты также называют распределёнными Ethernet-коммутаторами.

Инкапсулирующие мосты применяются тогда, когда необходимо соединить два сегмента сети, в которых используется один и тот же канальный протокол, через промежуточную сеть, использующую другой канальный протокол. В промежуточной сети могут использоваться различные протоколы канального уровня:

• HDLC (High level Data Link Control, высокоуровневое управление каналом передачи данных)

• PPP (Point to Point Protocol, протокол передачи от точки к точке, протокол двухточечного соединения)

• MLPPP (Multilink PPP, протокол Multilink PPP, протокол для объединения нескольких соединений PPP)

• Frame Relay

При передаче данных мост упаковывает кадры первого сегмента в кадры промежуточного сегмента. После прохождения кадра по промежуточной части сети аналогичный мост удаляет оболочку промежуточного протокола и пакет продолжает свое движение в исходном виде.

Рассмотрим пример преобразования кадра Ethernet при его передаче между двумя сегментами сети Ethernet через инкапсулирующие мосты. Мосты соединены между собой каналом E1 и для преобразования кадров используют протокол HDLC.

Рис. 2. Объединение двух сегментов сети Ethernet с помощью мостов

В сети Ethernet предусмотрены четыре типа кадров. Рассмотрим процесс передачи кадра наиболее простого типа (Raw 802.3/Novel 802.3) из сегмента А в сегмент В. Кадр (Рис. 3) содержит пять полей: DA, SA, L, D (Data) и FCS.

Рис. 3. Преобразование кадра Ethernet в процессе его передачи из сегмента А в сегмент В. При преобразовании используется протокол HDLC. Цифрами обозначено число байтов в соответствующих полях

Передаче кадра предшествуют преамбула – Preamble, 7 байтов вида 10101010 и начальный ограничитель кадра SFD – Start of Frame Delimiter, один байт вида 10101011. Сразу за ними (без промежутка, показанного на рисунке лишь для выделения собственно кадра) следуют адрес назначения DA – Destination Address и адрес источника SA – Source Address, тот и другой по шесть байтов.

Поле L из двух байтов (Length – длина) задает длину поля данных в кадре – от 0 до 1500 байтов. Если L меньше 46, то поле данных автоматически расширяется до этой границы добавлением заполняющих (padding) байтов. Это позволяет утверждать, что минимальная длина кадра равна 64 байтам, что, в свою очередь, обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Кадр завершается четырьмя байтами контрольной суммы FCS – Frame Check Sequence, вычисленной по алгоритму циклического кодирования CRC-32 (CRC – Cyclic Redundancy Check).

При передаче кадра по сегменту А все станции и мост 1 обнаруживают преамбулу, соответствующую периодическому сигналу частотой 5 МГц. Этот сигнал используется приемниками для синхронизации с передатчиком. Далее, получив байт SFD, все потенциальные абоненты сегмента А отмечают начальную границу кадра и начинают его прием. В данном примере предполагаем, что адрес назначения DA соответствует одной из станций сегмента В. Поэтому абоненты сегмента А обнаруживают, что данные адресованы не им, и отбрасывают принятый кадр (или принятый фрагмент кадра).

Мост 1 в любой ситуации принимает и буферизует полный кадр (см. Рис. 3, а, б). Далее проверяются правильность формата, отсутствие синтаксических ошибок и совпадение вычисленной и принятой контрольных сумм FCS. Если ошибок нет (в противном случае кадр отбрасывается), то контрольная сумма уничтожается (см. Рис. 3, в).

Кадр, передаваемый мостом 1 в линию (см. Рис. 3, г), обрамляется однобайтовыми флагами (Flag) вида 01111110, снабжается 16-разрядной контрольной суммой CRC, вычисленной по алгоритму циклического кодирования CRC-16, и подвергается операции битстаффинга. Ее смысл в том, чтобы исключить из тела кадра кодовые комбинации, совпадающие с флаговыми. Для этого все встречающиеся кодовые комбинации, содержащие пять единиц подряд (...0111110... или ...0111111...), доопределяются лишним нулем независимо от значения последующего бита (образуются последовательности ...01111100... или ...01111101..., лишние нули выделены особым шрифтом). Сформированный таким образом и, возможно, несколько расширенный битстаффингом кадр пересылается в линию.

Кадр из линии принимается мультиплексором 2, очищается от лишних нулей (после их автоматического вычеркивания, если они следуют за комбинациями ...011111), а также проверяется на совпадение вычисленной и принятой контрольных сумм (см. рис. , д). При несовпадении контрольных сумм кадр уничтожается. Далее, (см. Рис. 3, е) кадр дополняется вновь вычисленной контрольной суммой. Затем в соответствии с протоколом доступа после выдачи преамбулы и начального ограничителя кадр пересылается в сегмент В (см. Рис. 3, ж).

На Рис. 4 приведена последовательность преобразование кадра при передаче кадра между сегментами Ethernet, в случае использования протокола PPP.

Рис. 4. Преобразование кадра Ethernet в процессе его передачи из сегмента А в сегмент В. При преобразовании используется протокол PPP