§ 3. Концентраторы

В локальных сетях нашли применение топологии различных типов. Наряду с широко распространенной «шиной» применяются топологии «пассивная звезда» и «дерево».

Все типы топологий могут использовать репитеры и пассивные концентраторы для объединения разных сегментов сети. Основное требование к данным топологиям — отсутствие петель (замкнутых контуров).

Если сети на базе спецификаций 10BASE-2 или 10BASE-5 имеют небольшие размеры, то вполне можно обойтись без концентраторов. Но концентраторы обя­зательно должны применяться для спецификации 10BASE-Т, имеющей тополо­гию «пассивная звезда».

Для подключения к сети удаленных групп могут быть использованы концентраторы с дополнительным волоконно-оптическим портом. Оптические концентраторы применяются в ка­честве центрального устройства распределенной сети с большим количеством от­дельных удаленных рабочих станций и небольших рабочих групп. Порты такого концентратора выполняют функции усилителей и осуществляют полную регене­рацию пакетов. Существуют концентраторы с фиксированным количеством под­ключаемых сегментов, но некоторые типы концентраторов имеют модульную конструкцию, что позволяет гибко подстраиваться к существующим условиям. Чаще всего концентраторы и репитеры представляют собой автономные блоки с отдельным питанием.

Для технологии Fast Ethernet определены два класса концентраторов:

1. Концентраторы первого класса преобразуют приходящие из сегментов сигналы в цифровую форму. И только после этого передают их во все другие сегменты. Это позволяет подключать к таким концентраторам сегменты, выполненные по разным спецификациям: 100BASE-TX, 100BASE-T4 или 100BASE-FX.

2. Концентраторы второго класса производят простое повторение сигналов без преобразования. К такому концентратору можно подключать сегменты только одного типа.

§ 4. Мосты

Мостом называется устройство, которое служит для связи между локальными сетями. Мост передает кадры из одной сети в другую. Мосты по своим функци­ональным возможностям являются более продвинутыми устройствами, чем кон­центраторы. Мосты достаточно интеллектуальны, так что не повторяют шумы сети, ошибки или испорченные кадры. Для каждой соединяемой сети мост явля­ется узлом (абонентом сети). Узлом сети может быть компьютер, специальная рабочая станция или другое устройство. При этом мост принимает кадр, запоми­нает его в своей, буферной памяти, анализирует адрес назначения кадра. Если кадр принадлежит к сети, из которой он получен, мост не должен на этот кадр реагировать. Если кадр нужно переслать в другую сеть, он туда и отправляется. Доступ к среде осуществляется в соответствии с теми же правилами, что и для обычного узла.

По принадлежности к разным типам сетей различают локальные и глобаль­ные (удаленные) мосты. Эти мосты отличаются по типам своих сетевых портов.

Локальные мосты поставляются с портами, предназначенными для подключения к LAN. Как правило, для соединения устройств в таких сетях используются коаксиальный и волоконно-оптический кабель или витая пара. Одним из самых важных достоинств локальных мостов является их способность соединять локальные сети, использующие разные среды. Например, мосты способны объ­единить сеть на коаксиальном кабеле с сетью, построенной на волоконно-опти­ческом кабеле.

Глобальные мосты устанавливаются в сетях передачи информации на боль­шие расстояния (сети WAN/MAN). При этом глобальные мосты могут быть оборудованы локальными портами.

По алгоритму работы мосты делятся на мосты с «маршрутизацией от источ­ника» (Source Routing) и на «прозрачные» (transparent) мосты.

Алгоритм «маршрутизации от источника» принадлежит фирме IBM и пред­назначен для описания прохождения кадров через мосты в сетях Token Ring. В этой сети мосты могут не содержать адресную базу данных. Они вычисляют маршрут прохождения кадра, исходя из информации, хранящейся в полях само­го кадра. Узел сети, которому необходима связь с другим узлом, посылает ему специальный кадр-исследователь (Explorer Frame). Этот кадр содержит специ­альный идентификатор, предназначенный для мостов с алгоритмом «маршру­тизация от источника». После получения этого кадра такой мост записывает информацию о направлении, с которого был получен кадр, и свое собственное имя в специальное поле в кадре, которое называется разделом записи о маршру­те (Routing Information Field). После этого мост передает кадр по всем доступ­ным ему направлениям, за исключением того, по которому кадр был принят. В результате в сети возникает множество копий одного и того же кадра-иссле­дователя. К узлу, который должен получить пакет, приходят сразу несколько копий кадра — одна на каждый возможный маршрут. При этом каждый полу­ченный кадр-исследователь содержит записи о мостах, через которые он про­ходил. После получения всех кадров-исследователей узел выбирает один из возможных маршрутов и посылает ответ узлу-отправителю. Как правило, выби­рается тот маршрут, по которому пришел первый кадр-исследователь, так как он, вероятно, является самым быстрым (время прохождения кадра-исследовате­ля минимально). В ответе содержится полная информация о маршруте, по кото­рому должны направляться все остальные кадры. После определения маршрута узел-отправитель использует этот маршрут достаточно длительное время при посылке пакетов получателю.

Термин «прозрачные» мосты объединяет большую группу устройств. Если рассматривать устройства этой группы с точки зрения решаемых ими задач, то эту группу можно разделить на три подгруппы:

1. Прозрачные мосты (transparent bridges) объединяют сети с едиными про­токолами канального и физического уровней модели OSI (Ethernet-Ethernet, Token Ring—Token Ring и т. д.);

2. Транслирующие мосты (translating bridges) объединяют сети с различны­ми протоколами канального и физического уровней;

3. Инкапсулирующие мосты (encapsulating bridges) соединяют сети с едины­ми протоколами канального и физического уровня (например, Ethernet) через сети с другими протоколами (например, FDDI).

Прозрачные мосты наиболее широко распространены. Для этих мостов локальная сеть представляется как набор МАС-адресов устройств, работающих в сети. Мосты просматривают эти адреса для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Для анализа адреса кадр записывается во внутренний буфер моста. Мосты не работают с информацией, относящейся к сетевому уров­ню. Они ничего не знают о топологии связей сегментов или сетей между собой. Поэтому мосты совершенно прозрачны для протоколов, начиная с сетевого и выше. Это качество прозрачных мостов и отражено в их названии. Мосты поз­воляют объединить несколько локальных сетей в единую логическую сеть. Со­единяемые локальные сети образуют сетевые сегменты такой логической сети.

По сравнению с прозрачной маршрутизацией (той, которую производят про­зрачные мосты) «маршрутизация от источника» может вызвать дополнительные накладные расходы, которые приводят к незначительному уменьшению произ­водительности сети. Но у последней есть также много преимуществ. Например, рабочая станция сама выбирает маршрут. Выбор оптимального маршрута не воз­можен при прозрачной маршрутизации. Маршрутизация от источника также предоставляет более широкие возможности управления передачей информации, так как вся информация о маршруте содержится в самом передаваемом пакете.

Рассмотрим общие принципы работы прозрачных мостов. При прохождении кадра через прозрачный мост происходит его регенерация и трансляция с одного порта на другой. Прозрачные мосты учитывают и адрес отправителя, и адрес получателя, которые берутся из получаемых кадров локальных сетей. Адрес отправителя необходим мосту для автоматического построения базы данных адресов устройств. Эта база данных называется также МАС-таблицей. В ней устанавливается соответствие адреса станции определенному порту моста.

Все порты моста работают в так называемом «неразборчивом» режиме захва­та кадров. Этот режим характерен тем, что все поступающие на порт кадры запоминаются в буферной памяти моста. В этом режиме мост следит за всем трафиком, который передается в подключенных к нему сегментах. Мост исполь­зует проходящие через него кадры для изучения топологии сети.

Основные принципы работы моста: обучение, фильтрация, передача и широковещание. После получения кадров, мост проверяет их целостность при помо­щи контрольной суммы. Неправильные кадры при этом отбрасываются. После успешной проверки мост сравнивает адрес отправителя с имеющимися в базе данных адресами. Если адрес отправителя еще не заносился в базу данных, он добавляется в нее. В результате мост узнает адреса устройств в сети и таким образом происходит процесс его обучения. Благодаря способности к обучению к сети могут добавляться новые устройства без реконфигурирования моста.

Кроме адреса отправителя, мост анализирует и адрес получателя. Этот ана­лиз необходим для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Мост сравнивает адрес получателя кадра с адресами, хранящимися в базе данных.

Если адрес получателя принадлежит тому же сегменту, что и адрес отправителя, то мост не пропускает этот кадр в другой сегмент, или, иными словами, «фильт­рует» этот кадр. Эта операция помогает предохранить сегменты сети от заполне­ния избыточным трафиком. Если адрес получателя присутствует в базе данных и принадлежит другому сегменту, мост определяет, какой из его портов связан с этим сегментом. После получения доступа к среде передачи этого сегмента, мост передает в него кадр. Такой процесс иногда называют продвижением.