Использование связующего дерева для создания свободной от петель топологии сети

Сетевые топологии с избыточностью создаются для того, чтобы обеспечить функционирование сети в случае сбоев в отдельных точках сети. В таких случаях пользователи менее болезненно воспринимают нарушения своей работы, поскольку сеть продолжает функционировать. Любое нарушение работы сети, вызываемое сбоем необходимо сделать как можно более кратковременным.

Избыточность повышает надежность сети. В сетях, построенных на использовании коммутаторов или мостов, наличие избыточных каналов между коммутаторами и мостами помогает преодолеть последствия сбоя на каком-либо из каналов. Эти соединения создают в сети физические петли. Пример такой ситуации приведен на рис. 8.7.

Рис. 8.7. Петли в мостовых соединениях

Петли в мостовых соединениях создаются таким образом, чтобы в случае сбоя в каком-либо из каналов его функции по пересылке данных мог выполнить другой канал. Коммутаторы функционируют на 2-м уровне эталонной модели OSI и решения о пересылке принимаются на этом уровне. Следствием этого является недопустимость существования петель в сетях с коммутацией.

В случае, когда получатель еще не известен, коммутаторы выполняют лавинную рассылку фреймов со всех своих портов. Широковещательные и многоадресатные сообщения рассылаются со всех портов, кроме того, на который эти сообщения поступают (лавинная рассылка). Такие фреймы могут попасть в петлю. В заголовке 2-го уровня отсутствует поле времени существования (time to live — TTL). Если фрейм посылается в сеть, топология 2-го уровня которой содержит петли, то он может попасть в такую петлю и двигаться по ней бесконечно, в результате чего напрасно затрачивается полоса пропускания и сеть становится неработоспособной.

На 3-м уровне модели OSI имеется поле времени существования пакета. При движении пакета по петле его значение последовательно уменьшается и когда оно становится равным нулю, пакет отбрасывается. Однако в этом случае возникает дилемма. Физическая топология, в которой имеются петли через коммутаторы или мосты, необходима для обеспечения надежности сети, однако сеть с коммутацией не должна иметь петель. Решением этой дилеммы является допустимость физических петель, но создание свободной от петель логической топологии.

Создаваемая при этом свободная от петель логическая топология называется деревом. Такая топология, которая является звездообразной или расширенной звездообразной логической топологией, представляет собой связующее дерево сети. Такая топология является связующим деревом, поскольку по этому дереву достижимы все устройства сети. Алгоритм, используемый для создания свободной от петель логической топологии, называется алгоритмом связующего дерева. Для конвергенции всей сети такому алгоритму требуется относительно большое время.