Топологические ограничения коммутаторов в локальных сетях

Серьезным ограничением функциональных возможностей мостов и коммутаторов я&яя&тся отсутствие поддержки пет л еобразных конфигу раций сети. ■...

Рассмотрим это ограничение на примере сети, показанной на рис. 15.8.

Новый узел 10 Рис. 15.8. Влияние замкнутых маршрутов на работу коммутаторов

Два сегмента Ethernet параллельно соединены двумя коммутаторами, так что об­разовалась петля. Пусть новая станция с МАС-адресом 123 впервые начинает работу в данной сети. Обычно начало работы любой операционной системы со­провождается рассылкой широковещательных кадров, в которых станция заяв­ляет о своем существовании и одновременно ищет серверы сети.

На этапе 1 станция посылает первый кадр с широковещательным адресом назна­чения и адресом источника 123 в свой сегмент. Кадр попадает как в коммута­тор 1, так и в коммутатор 2. В обоих коммутаторах новый адрес источника 123 заносится в адресную таблицу с пометкой о его принадлежности сегменту 1, то есть создается новая запись вида:

МАС-адрес 123 - Порт 1.

Так как адрес назначения широковещательный, то каждый коммутатор должен передать кадр на сегмент 2. Эта передача происходит поочередно в соответствии с методом случайного доступа технологии Ethernet. Пусть первым доступ к сег­менту 2 получает коммутатор 1 (этап 2 на рис. 15.8). При появлении кадра на сегменте 2 коммутатор 2 принимает его в свой буфер и обрабатывает. Он видит, что адрес 123 уже есть в его адресной таблице, но пришедший кадр является бо­лее свежим, и он решает, что адрес 123 принадлежит сегменту 2, а не 1. Поэтому коммутатор 2 корректирует содержимое базы и делает запись о том, что адрес 123 принадлежит сегменту 2:

МАС-адрес 123 - Порт 2.

Аналогично поступает коммутатор 1, когда коммутатор 2 передает свою копию кадра на сегмент 2.

Ниже перечислены последствия наличия петли в сети.

□ «Размножение» кадра, то есть появление нескольких его копий (в данном случае — двух, но если бы сегменты были соединены тремя коммутаторами — то трех и т. д.).

□ Бесконечная циркуляция обеих копий кадра по петле в противоположных на­правлениях, а значит, засорение сети ненужным трафиком.

□ Постоянная перестройка коммутаторами своих адресных таблиц, так как кадр с адресом источника 123 будет появляться то на одном порту, то на другом.

В целях исключения всех этих нежелательных эффектов коммутаторы нужно применять так, чтобы между логическими сегментами не было петель, то есть строить с помощью коммутаторов только древовидные структуры, гарантирую­щие наличие единственного пути между любыми двумя сегментами. Тогда кад­ры от каждой станции будут поступать в коммутатор всегда с одного и того же порта, и коммутатор сможет правильно решать задачу выбора рационального маршрута в сети.

В небольших сетях сравнительно легко гарантировать существование одного и только одного пути между двумя сегментами. Но когда количество соединений возрастает, то вероятность непреднамеренного образования петли оказывается высокой.

Возможна и другая причина возникновения петель. Так, для повышения надеж­ности желательно иметь между коммутаторами резервные связи, которые не участвуют в нормальной работе основных связей по передаче информационных кадров станций, но при отказе какой-либо основной связи образуют новую связ­ную рабочую конфигурацию без петель.

Избыточные связи необходимо блокировать, то есть переводить их в неактивное состояние. В сетях с простой топологией эта задача решается вручную, путем блокирования соответствующих портов коммутаторов. В больших сетях со слож­ными связями используются алгоритмы, которые позволяют решать задачу об­наружения петель автоматически. Наиболее известным из них является стан­дартный алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, ST А), кото­рый будет детально рассмотрен в главе 16.