6. СТРУКТУРИЗАЦИЯ КАК СРЕДСТВО ПОСТРОЕНИЯ БОЛЬШИХ СЕТЕЙ

6.5. Мосты и коммутаторы

Мосты и коммутаторы используют два типа алгоритмов: алгоритм прозрачного моста (transparent bridge), либо алгоритм моста с маршрутизацией от источника (source routing bridge).

Прозрачные мосты незаметны для сетевых адаптеров конечных узлов, так как они самостоятельно строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно решить, нужно передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет.

Мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети.

В начальный момент времени, когда адресные таблицы пусты, мост работает по принципу повторителя. После того как мост прошел этап обучения, он может работать более рационально. При получении кадра он проверяет, находятся ли компьютеры с адресами источника и адресом назначения в одном сегменте. Если они находятся в разных сегментах, то мост выполняет операцию продвижения (forwarding) кадра — передает кадр на другой порт, предварительно получив доступ к другому сегменту. В противном случае кадр просто удаляется. Такая операция называется фильтрацией (filtering).

Если же адрес назначения неизвестен, то мост передает кадр на все свои порты, кроме порта — источника кадра, как и на начальной стадии процесса обучения.

Входы адресной таблицы могут быть динамическими, создаваемыми в процессе самообучения моста, и статическими, создаваемыми вручную администратором сети. Динамические входы имеют срок жизни — по истечении определенного тайм-аута запись помечается как недействительная, если за это время мост не принял ни одного кадра с данным адресом в поле адреса источника. Это дает возможность автоматически реагировать на перемещения компьютера из сегмента в сегмент.

Статические записи не имеют срока жизни, что дает администратору возможность подправлять работу моста, если это необходимо.

Маршрутизация от источника заключается в том, что передаваемый кадр содержит в себе информацию о том, на какие порты коммутатора необходимо передать этот кадр.

Кадры с широковещательными МАС-адресами передаются коммутатором на все его порты, как и кадры с неизвестным адресом назначения. Такой режим распространения кадров называется затоплением сети (flood). Часто случается так, что в результате каких-либо программных или аппаратных сбоев протокол верхнего уровня или сам сетевой адаптер начинают постоянно с высокой интенсивностью генерировать кадры с широковещательным адресом в течение длительного промежутка времени. Мост передает эти кадры во все сегменты, затапливая сеть ошибочным трафиком. Такая ситуация называется широковещательным штормом (broadcast storm).

Преимущества и недостатки мостов с маршрутизацией от источника

Преимущества	Недостатки
Более рациональные маршруты	Более дорогие сетевые адаптеры, принимающие участие в маршрутизации
Проще и дешевле — не нужно строить таблицы фильтрации	Сеть непрозрачна — кольца имеют номера
Более высокая скорость — не нужно просматривать таблицы фильтрации	Увеличивается трафик за счет широковещательных пакетов

Слабая защита от широковещательного шторма — одно из главных ограничений моста. Другим серьезным ограничением их функциональных возможностей является невозможность поддержки петлеобразных конфигураций сети.

Результаты наличия петли состоят в следующем:

• «Размножение» кадра, то есть появление нескольких его копий (в данном случае — двух, но если бы сегменты были соединены тремя мостами — то трех и т. д.).
• Бесконечная циркуляция обеих копий кадра по петле в противоположных направлениях, а значит, засорение сети ненужным трафиком.
• Постоянная перестройка мостами своих адресных таблиц, так как кадр с адресом источника 10 будет появляться то на одном порту, то на другом.

Чтобы исключить все эти нежелательные эффекты, мосты нужно применять так, чтобы между логическими сегментами не было петель, то есть строить с помощью мостов только древовидные структуры, гарантирующие наличие только одного пути между любыми двумя сегментами.

В простых сетях сравнительно легко гарантировать существование одного пути между двумя сегментами. Но когда количество соединений возрастает и сеть становится сложной, то вероятность образования петли оказывается высокой. Кроме того, желательно для повышения надежности иметь между мостами резервные связи, которые не участвуют при нормальной работе основных связей в передаче информационных пакетов станций, но при отказе какой-либо основной связи образуют новую связную рабочую конфигурацию без петель.

Поэтому в сложных сетях между логическими сегментами прокладывают избыточные связи, которые образуют петли, но для исключения активных петель блокируют некоторые порты мостов.