Основы применения мостов и коммутаторов на 2-м уровне

В настоящем разделе рассматриваются функции коммутаторов и мостов, которые в эталонной модели OSI рассматриваются как устройства 2-го уровня. В ней обсуждаются методы, используемые коммутаторами для передачи фреймов и способы фильтрации фреймов. Взаимодействие с коммутаторами и мостами помогает понять, каким образом мосты и коммутаторы узнают адреса подсоединенных к ним устройств. Необходимо понять принципы сегментации в локальных сетях и сущность коллизионных доменов, поскольку не все сети LAN могут быть сегментированы. Сегментация представляет собой метод, использование которого позволяет предотвратить падение производительности сети LAN при увеличении ее размера.

По мере роста сети и увеличения количества ее пользователей возрастает потребность в полосе пропускания, необходимой для работы приложений пользователей возникающие в сети переполнения могут существенно замедлить работу сети и достичь того уровня, при котором она становится практически неработоспособной. Пользователи склонны проявлять нетерпение и раздражение когда приложение работает слишком медленно. Одним из наиболее эффективных средств решить проблему заторов является разбиение сети на области меньшего размера, называемые сегментами. Такие сегменты могут быть созданы, например, с помощью мостов или коммутаторов, которые ограничивают количество устройств, приходящихся на один сетевой сегмент.

Коммутатор концентрирует соединения в одной точке, что делает более эффективной передачу данных. Фреймы коммутируются (передаются) с входных портов (интерфейсов) на выходные порты. Каждый порт обеспечивает всю доступную полосу пропускания каждому соединению с рабочей станцией.

В типичном концентраторе Ethernet все порты подсоединены к общей задней панели, которая осуществляет физическое соединение с концентратором, а все устройства, подсоединенные к концентратору, совместно используют полосу пропускания сети. Если две станции устанавливают между собой сеанс связи, использующий значительную часть полосы пропускания, то производительность работы всех других станций, подсоединенных к концентратору, значительно уменьшается. Для уменьшения такого отрицательного воздействия коммутатор рассматривает каждый свой интерфейс как индивидуальный сегмент. Когда станциям, подсоединенным к различным интерфейсам, требуется осуществить сеанс связи, коммутатор пересылает фреймы с одного интерфейса на другой практически со скоростью света, в результате чего каждый сеанс связи получает полностью всю полосу пропускания.

Для осуществления эффективной коммутации фреймов между интерфейсами коммутатор поддерживает адресную таблицу. При поступлении каждого нового фрейма коммутатор логически связывает МАС-адрес станции, отправившей этот фрейм (станции-отправителя), с интерфейсом, на котором он был принят. Ниже приведены основные функции Ethernet-коммутатора.

■ Изоляция перемещения данных в каждом сегменте от других сегментов.

■ Увеличение полосы пропускания, приходящейся на каждого пользователя за счет создания коллизионных доменов меньшего размера.

Первая функция коммутатора состоит в изоляции перемещения данных в разных сегментах сети, под которыми понимаются области сети меньшего размера, образующиеся вследствие использования таких Ethernet-коммутаторов. Каждый сегмент использует метод доступа CSMA/CD для поддержки передачи данных между пользователями этого сегмента. Такая сегментация позволяет нескольким пользователям, находящимся в разных сегментах, одновременно осуществлять передачу, не замедляя работу сети. Коммутаторы Ethernet фильтруют потоки данных, перенаправляя дейтаграммы на соответствующий порт или порты на основе МАС-адреса 2-го уровня. Вторая функция коммутатора Ethernet состоит в увеличении полосы пропускания, приходящейся на каждого пользователя, за счет создания коллизионных доменов меньшего размера.

Коммутатор Fast Ethernet позволяет осуществлять сегментацию сети LAN (разбиение сети на коллизионные домены меньшего размера), предоставляя каждому сегменту выделенный канал (аналогичный полосе движения на автотрассе) с полосой пропускания до 100 Мбит/с. Серверы с большой нагрузкой могут иметь свои единоличные каналы с полосой пропускания 100 Мбит/с или даже 1000 Мбит/с. В современных сетях коммутаторы Fast Ethernet и Gigabit Ethernet используются в качестве “магистрали” сети LAN, а коммутаторы Ethernet с портами 10 Мбит/с и 100 Мбит/с используются для соединения настольных компьютерных систем в рабочих группах. По мере того, как становятся все более популярными новые приложения в настольных системах, такие как мультимедийные приложения и видеоконференции, которым требуется большая полоса пропускания, индивидуальным настольным компьютерам для связи с сетью могут выделяться свои собственные выделенные каналы 100 Мбит/с. современные локальные сети, как правило полностью строятся на использовании коммутаторов и используют для магистралей каналы 100 Мбит/с или 1000 Мбит/с, а для настольных рабочих станций каналы 10/100 Мбит/с.