Коммутаторы и коллизионные домены

Главным недостатком сетей Ethernet/802.3 является то, что в них часто возникают коллизии. Они являются результатом попытки двух станций одновременно передавать фреймы. Особенно часто коллизии возникают в ныне устаревших реализациях сетей Ethernet: в топологии с общей шиной и при использовании концентраторов. При возникновении коллизий передаваемые фреймы повреждаются или уничтожаются. Согласно используемому в спецификации Ethernet/802.3 методу множественного доступа с обнаружением коллизий (carrier sense multiple access collision detect — CSMA/ CD) в случае возникновения коллизии передающие станции прекращают передачу на некоторый случайно выбираемый промежуток времени. Как показано на рис. 7.15, коллизии понижают эффективность работы сети.

Под коллизионным доменом понимается область сети в, которой формируются и сталкиваются фреймы. Как показано на рис. 7.16, любая среда передачи, которая совместно используется несколькими устройствами, является коллизионным доменом. При подсоединении рабочей станции к порту коммутатора последний создает выделенное для этой станции соединение. Это соединение рассматривается как индивидуальный коллизионный домен. Например, если к каждому порту 12-портового коммутатора подсоединено отдельное устройство, то создаются 12 коллизионных доменов.

Коммутатор строит свою таблицу коммутации путем изучения МАС-адресов 2-го уровня устройств, подсоединенных ко всем портам коммутатора. Если двум устройствам требуется установить связь друг с другом, то коммутатор просматривает таблицу коммутации и устанавливает виртуальное соединение между соответствующими портами. Это соединение называется виртуальным по той причине, что оно существует только в случае необходимости. Если оно больше не требуется, то происходит его отключение.

Это, в свою очередь, создает микросегмент. Микросегмент ведет себя так, как если бы сеть имела только две рабочих станции: одну передающую данные, а другую получающую их. Это позволяет в максимальной степени использовать доступную полосу пропускания. Таким образом, коммутаторы уменьшают количество коллизий в сети и увеличивают полосу пропускания в сетевых сегментах, поскольку они обеспечивают выделенную полосу пропускания каждому сетевому сегменту.

Коммутаторы и широковещательные домены

Обмен данными в сети может происходить тремя способами. Типичным способом является одноадресатная передача. При ее использовании отправитель пытается передать данные одному получателю.

Другим способом является многоадресатная передача. Такой способ передачи используется в тех случаях, когда данные от одного отправителя требуется передать группе получателей, находящихся в некотором сегменте сети. В такой группе много- адресатной рассылки участвуют только те станции, которым требуются передаваемые многоадресатные данные. На рис. 7.17 показаны коммутаторы и различные широковещательные домены.

Последним из рассматриваемых способов является широковещательная передача. Если передающему устройству требуется передать данные все получателям в сети, то оно посылает широковещательное сообщение. В этом случае каждый узел сегмента получает широковещательные фреймы, как показано на рис. 7.17.

Если устройству требуется отправить широковещательное сообщение на 2-м уровне, то в качестве МАС-адреса получателя во фрейме устанавливается максимально возможное значение, т.е. FF : FF : FF : FF: FF : FF. Установка такого адреса получателя обеспечивает получение и обработку такого широковещательного фрейма всеми устройствами сегмента. Широковещательный домен на 2-м уровне называется также МАС-доменом. Этот МАС-домен состоит из всех устройств данной сети LAN, которые получают широковещательные фреймы, передаваемый любым из устройств этого домена. 

Коммутатор представляет собой устройство 2-го уровня. При получении широковещательного фрейма коммутатор пересылает его на все свои порты, за исключением того, на который он поступил. Каждое подсоединенное к данному коммутатору устройство должно обработать это широковещательный фрейм. Это приводит к понижению эффективности работы сети, поскольку часть доступной полосы пропускания расходуется на широковещание, как показано на рис. 7.18.

При соединении двух коммутаторов размер широковещательного домена увеличивается. В данном примере широковещательный фрейм направляется на все порты коммутатора Switch 1. Если подсоединить коммутатор Switch 1 к коммутатору Switch

2, то этот фрейм будет пересылаться и всем устройствам, подсоединенным к коммутатору Switch 2, как показано на рис. 7.19.

Результатом этого станет уменьшение доступной полосы пропускания, поскольку все устройства широковещательного домена должны будут принять и обработать этот широковещательный фрейм.

Маршрутизаторы являются устройствами 3-го уровня. Они не распространяют дальше полученные широковещательные фреймы и поэтому используются для превращения в отдельные сегменты как коллизионных, так и широковещательных доменов.