Технология Ethernet

Мосты

Мост (Bridge) является устройством 2-го уровня, он также соединяет два сегмента сети ( рис. 2.10), но, в отличие от повторителя, снабжен определенной логикой. Порт моста записывает все кадры, поступающие от узлов одного сегмента, в буферную память.

увеличить изображение
Рис. 2.10. Сеть Ethernet с использованием моста

Мост работает и на физическом уровне, и на уровне звена передачи данных. Как устройство физического уровня, он восстанавливает сигнал, который получает. Как устройство уровня звена передачи данных, мост может проверить физический адрес (источник и пункт назначения), содержащиеся в пакете. Заметим, что мост, подобно ретранслятору, не имеет никакого физического адреса. Он действует только как фильтр, но не как исходный передатчик к конечному пункту назначения.

В исходном состоянии, когда состав сети неизвестен, мост ретранслирует буферизированные кадры, поступающие с одного порта, на другой порт по алгоритму CSMA/CD. Мосты "прозрачны" и распознаваемы; они могут быть легко установлены между двумя сегментами локальной сети (принцип "plug and play" - "включай и работай"^{1Принцип, используемый в настоящее время для многих компонентов, когда программное обеспечение распознает вновь подключаемое оборудование и само включает его в работу или дает простые указания для подключения человеку.} ). Таблица моста первоначально пуста, но как только мост получает и передает вперед пакет, он создает в своей таблице вход с исходным адресом и интерфейсом прибытия. С тех пор мост знает, от кого поступает каждый пакет, к какому пункту назначения, от какого интерфейса. Мост также делает запись информации о пункте назначения, используя информацию, содержащуюся в пакете. Мы делаем нечто подобное, когда отвечаем по почте (или электронной почте). По истечении некоторого времени мост составит следующую таблицу (табл. 2.1)

Таблица 2.1.

Порт 1	Порт 2
МАС-адрес узла 1	МАС-адрес узла
МАС-адрес узла 2	. . .
. . .	МАС-адрес узла
МАС-адрес узла	МАС-адрес маршрутизатора

Если теперь мост получает кадр от узла 1, направленный к узлу ( рис. 2.11), то он по свой таблице определяет, что нужно ретранслировать кадр из буфера порта 1 в порт 2. Если же мост получает кадр от узла 2, направленный к узлу , то он по своей таблице определяет, что узлы находятся в одном сегменте, и стирает кадр в буферной памяти порта 1.

увеличить изображение
Рис. 2.11.

Записи в таблице, произведенные мостом, являются динамическими. По истечении определенного времени, если мост не принял ни одного кадра от какого-то узла, такая запись стирается. Процедура ограниченного хранения записанных данных называется кэшированием и предохраняет таблицу от переполнения при удалении узла из сети или при перемещении узла из одного сегмента в другой. Записи, внесенные в таблицу администратором, называются статическими и не имеют срока жизни, они дают возможность администратору при необходимости принудительно подправлять работу моста.

Коммутатор (Switch)

Термин "коммутатор" может означать две различных вещи. Мы должны уточнять информацию об уровне, на котором устройство работает. Мы можем иметь коммутатор уровня два или коммутатор уровня три. Кратко обсудим каждый.

Коммутатор уровня два

Коммутатор уровня два - мост со многими интерфейсами, который позволяет лучше (более быстро) распределять информацию. Мост с несколькими интерфейсами может подключить несколько сегментов LAN вместе. Мост со многими интерфейсами может распределить информацию каждой станции к каждой станции на одном и том же сегменте. Далее мы используем термин "мост" для коммутатора уровня 2.

Коммутатор уровня три

Коммутатор уровня три - маршрутизатор. Коммутатор уровня три может получить, обработать и послать пакет намного быстрее, чем традиционный маршрутизатор, даже при том, что функциональные возможности у них одни и те же. Мы используем термин "маршрутизатор" для коммутатора уровня три.

Коммутатор (Switch) использует топологию типа "звезда", является устройством 2-го уровня и функционально представляет собой многопортовый мост, к каждому порту которого может быть подключен отдельный хост, концентратор, сервер или маршрутизатор ( рис. 2.12). Каждый порт коммутатора оснащен процессором обработки пакетов (Пр.), который может работать как в полудуплексном, так и в дуплексном режиме.

При подключении к порту коммутатора отдельного узла (компьютера или маршрутизатора) порт коммутатора устанавливается в дуплексный режим, а в узел ставится сетевая карта с подавлением коллизий. За счет этого узел и коммутатор имеют возможность одновременной передачи и приема пакетов. При подключении к порту коммутатора концентратора порт коммутатора устанавливается в полудуплексный режим.

увеличить изображение
Рис. 2.12. Сеть Ethernet с использованием коммутатора

Для коммутации кадров между портами используется коммутационная матрица (Мх). Аналогично мосту каждый порт ведет адресную таблицу МАС-адресов подключенных к нему устройств и сообщает о ней центральному процессору (ЦПР). После приема начальных бит кадра входной процессор анализирует адрес назначения и пытается установить соединение через коммутационную матрицу, не дожидаясь прихода оставшихся бит кадра. Для этого он обращается к ЦПР с заявкой на установление пути в коммутационной матрице. ЦПР имеет адресную таблицу и может осуществить запрашиваемое соединение, если порт назначения свободен, т.е. не соединен с другим портом. Если же порт занят, то ЦПР в соединении отказывает, и кадр продолжает буферизироваться процессором входного порта до освобождения выходного порта. После того как требуемый путь в коммутационной матрице установлен, по нему направляются кадры в выходной порт, где они повторно буферизируются на случай разной скорости коммутируемых портов. Процессор выходного порта по значению контрольной суммы (FCS) опционально может проверить целостность принятого кадра и начинает передавать по сегменту Ethernet принятый кадр.

Из-­за наличия множества портов коммутатор обладает существенно более высокой производительностью за счет параллельной обработки кадров. Если потоки данных между портами распределяются, не конфликтуя между собой, т.е. соединения вида "входной порт - выходной порт" образуют независимые пары, то коммутатор емкостью портов может одновременно обслуживать полудуплексных соединений или дуплексных соединений.