Общие понятия о коммутации второго уровня. Техническая реализация и функциональные особенности мостов и коммутаторов
Коммутатор – это устройство, функционирующее на втором уровне эталонной модели ISO/OSI и предназначенное для объединения сегментов сети, работающих на основе одного протокола канального уровня. Коммутатор принимает входящий трафик через свои порты, но в отличие от концентратора, который передает исходящий трафик через все множество своих портов, коммутатор направляет трафик только через один порт, необходимый для достижения места назначения.
Во время переключения на канальном уровне выполняются три основные функции коммутации:
Изучение адресов. Коммутаторы и мосты запоминают аппаратный адрес источника из каждого полученного интерфейсом кадра и хранят эту информацию в своей базе данных МАС-адресов.
Решение о пересылке или фильтрации. Когда интерфейс получает кадр, коммутатор анализирует аппаратный адрес назначения и ищет в своей базе данных МАС-адресов нужный интерфейс.
Исключение зацикливания. Если между коммутаторами для избыточности создано несколько путей, то могут появиться зацикленные пути передачи информации. Протокол STP (Spanning-Tree Protocol — протокол покрывающего дерева) позволяет исключить зацикливание пакетов в сети при сохранении избыточности.
Рисунок показывает процедуру построения базы данных МАС-адресов.
На рисунке показаны четыре подключенные к переключателю хоста. После включения питания коммутатора, его таблица МАС-адресов пуста:
1. Хост 1 посылает кадр хосту 3. МАС-адрес первого хоста равен 0000.8c01.llll, а МАС-адрес третьего хоста равен 0000.8c01.2222.
2. Коммутатор принимает кадр в интерфейсе ЕО/1 (адресация интерфейсов рассмотрена в приложении В) и помещает в таблицу МАС-адресов адрес источника.
3. В базе данных МАС-адресов еще нет адреса назначения, поэтому кадр передается во все интерфейсы.
4. Хост 3 получает кадр и откликается на вызов хоста 1. Коммутатор принимает этот ответный кадр в интерфейсе Е2 и помещает аппаратный адрес источника второго кадра в базу данных МАС-адресов.
5. Хосты 1 и 3 могут установить соединение "точка-точка", причем кадры будут пересылаться только между этими двумя устройствами. Хосты 2 и 4 не будут "видеть" подобные кадры.
Если в течение определенного времени два устройства не будут откликаться во время передачи кадров через переключатель, то переключатель очистит соответствующие записи в своей базе данных, чтобы поддержать корректность таблицы адресов.
Типы коммутаторов локальных сетей
Задержка коммутации пакетов в переключателе зависит от выбранного режима работы.
Существуют три режима работы коммутаторов:
Store and forward (сохранить и передать) В буфер переключателя записывается весь кадр данных, проверяется CRC, а затем в таблице фильтрации МАС-адресов выбирается адрес назначения для полученного кадра.
Cut-through (сквозной) Коммутатор только ожидает получения аппаратного адреса назначения, а затем производит по нему поиск в таблице фильтрации МАС-адресов.
FragmentFree (без фрагментации) Режим называют модифицированным сквозным режимом (modified cut-through). Производится проверка первых 64 байтов кадра для фрагментации (из-за возможных конфликтов в сегменте) перед перенаправлением кадра.