Основные операции коммутатора

Коммутация представляет собой технологию, которая уменьшает вероятность переполнения в сетях Ethernet, Token Ring и Fiber Distributed Data Interface (FDDI). В сетях LAN коммутаторы часто используются для замены совместно используемых концентраторов. Коммутаторы LAN разрабатываются таким образом, чтобы они могли быть установлены в уже существующие кабельные сетевые инфраструктуры без нарушения уже сложившегося характера работы сети. В современных коммуникациях все коммутирующие устройства выполняют две основные операции:

■ Коммутация фреймов данных. Эта операция состоит в получении фрейма из входной передающей среды и передаче его в выходную среду.

■ Поддержка операций по коммутации. При своей работе коммутатор строит и поддерживает таблицы коммутации.

Под мостовыми операциями (bridging) понимается технология, в которой устройство, известное как мост, соединяет два или более сегментов сети LAN. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Мост передает дейтаграммы из одного сегмента к получателям, находящимся в других сегментах. Когда включается питание и начинается функционирование моста, он изучает МАС-адреса поступающих дейтаграмм и строит таблицу адресов известных ему получателей. Если мосту известно, что пункт назначения дейтаграммы находится в том же сегменте где и ее отправитель, то дейтаграмма отбрасывается, поскольку в ее передаче нет необходимости. Если мосту известно, что получатель находится в другом сегменте, то он передает ее только в этот сегмент. Если же сегмент пункта назначения неизвестен, то мост передает дейтаграмму во все сегменты, кроме того, в котором находится отправитель этой дейтаграммы. Такая передача называется лавинной рассылкой (flooding). Основным достоинством моста является ограничение перемещения потоков данных лишь некоторыми сетевыми сегментами. Как мосты, так и коммутаторы соединяют между собой сегменты сети LAN, используют МАС-адреса для определения сегмента, в который требуется передать дейтаграмму и уменьшают объем передаваемых данных. В современных сетях коммутаторы выполняют большее количество функций, чем мосты, поскольку они позволяют осуществлять большее количество соединений, работают с гораздо большими скоростями, чем мосты, а также поддерживают новые функции, такие как виртуальные локальные сети (virtual LAN — VLAN). В мостах коммутацию обычно осуществляет программное обеспечение, в то время как в коммутаторах коммутация обычно выполняется аппаратно.

В настоящем разделе обсуждаются основные операции коммутаторов сетей LAN. На рис. 5.17 показана LAN-сеть с тремя рабочими станциями, LAN-коммутатор и адресная таблица этого коммутатора. LAN-коммутатор имеет четыре порта (или сетевых соединения). Станции А и С подсоединены к 3-му интерфейсу коммутатора, а станция В к 4-му интерфейсу. Вероятнее всего, что в реальной сети станции А и С будут подсоединены к концентратору, который будет подсоединен к 3-му интерфейсу. Как показано на рис. 5.17, станции А требуется передать данные станции В.

Операции, выполняемые LAN-коммутатором

• Пересылает пакеты на основе данных таблицы пересылки

- Пересылает пакеты на основе МАС-адреса (2-й уровень)

• Функционирует на 2-м уровне модели OSI

• Узнает расположение станции путем исследования адреса отправителя

- Осуществляет рассылку со всех портов если адрес получателя является широковещательным, многоадресатным или неизвестен

- Осуществляет пересылку в том случае, если получатель расположен на другом интерфейсе

10 Мбит/с

Рис. 5.17. Операции LAN-коммутатора

Следует помнить о том, что при прохождении потоков данных по сети коммутатор функционирует на 2-м уровне; это означает, что коммутатор просматривает адрес МАС-уровня. При передаче фреймов станцией А и получении их коммутатором, последний просматривает МАС-адрес отправителя и сохраняет его в адресной таблице, как показано на рис. 5.18. При прохождении данных через коммутатор в адресной таблице создается новая позиция, в которую заносится адрес станции-отправителя и интерфейс коммутатора, к которому она подсоединена. После этого коммутатору известно где подсоединена станция А. Как показано на рис. 5.19, после поступления фрейма данных на коммутатор он лавинным образом рассылается на все порты, поскольку станция-получатель пока неизвестна.

10 Мбит/с

Рис. 5.19. Лавинная рассылка на все порты

Однако после создания соответствующей позиции в адресной таблице поступает ответ от станции В к станции А. Теперь коммутатору известно, что станция В подсоединена к 4-му интерфейсу, как показано на рис. 5.20.

Данные поступают на коммутатор, однако следует обратить внимание на то, что теперь коммутатор не выполняет лавинной рассылки. Коммутатор отправляет данные только на 3-й интерфейс, поскольку ему известно, что станция А расположена в сегменте, подсоединенном к этому интерфейсу (рис. 5.21).

Первоначальная передача указала МАС-адрес станции, от которой поступили данные, что позволило коммутатору более эффективно осуществлять передачу данных.