Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

A tree whose crucial property Is loop-free connectivity.

A tree which must be sure to span.

So packets can reach every LAN.

First the Root must be selected By ID it is elected.

Least cost paths from Root are traced In the tree these paths are placed.

A mesh is made by folks like me Then bridges find a spanning tree.

Алгоритм связующего дерева стандартизован как IEEE 802.1D и используется уже много лет. В 2001 году он был пересмотрен для более быстрого нахождения нового связующего дерева после изменения топологии. Для более подробного рассмотрения мостов см. Perlman (2000).

4.8.4. Повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы

Мы уже успели в нашей книге рассмотреть множество способов доставки кадров и пакетов из одного компьютера в другой. Мы упоминали повторители, концентраторы, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. Все эти устройства используются очень широко, однако в чем-то они отличаются едва уловимо, а в чем-то весьма существенно. Число их весьма велико, поэтому лучше рассмотреть их все в совокупности, отмечая сходства и различия.

Чтобы понять, как работают эти устройства, надо осознать, что они работают на разных уровнях, как показано на рис. 4.42, а. Уровень имеет значение, поскольку от этого зависит, какую часть информации устройство использует для маршрутизации. Типичный сценарий таков: у пользователя появляются какие-то данные, которые необходимо отправить на удаленную машину. Они передаются на транспортный уровень, который добавляет к ним свой заголовок (например, заголовок TCP) и передает результирующую единицу информации на сетевой уровень. Тот, в свою очередь, тоже добавляет свой заголовок, в результате чего формируется пакет сетевого уровня (например, IP-пакет). На рис. 4.42, б IP-пакет выделен серым цветом. Пакет отправляется на канальный уровень, где обрастает еще одним заголовком и контрольной суммой (CRC). Наконец, формируется кадр, который спускается на физический уровень и может быть передан, например, по ЛВС.

Рис. 4.42. Соответствие устройств уровням (а); кадры, пакеты и заголовки (б)

Приступим к рассмотрению коммутирующих устройств и взглянем на то, как они соотносятся с пакетами и кадрами. На самом нижнем, физическом уровне работают повторители. Это аналоговые устройства, к которым подсоединяются концы двух сегментов кабеля. Сигнал, появляющийся на одном из них, очищается, усиливается повторителем и выдается на второй. Повторители не знают слов «пакет», «кадр» или «заголовок». Они знают символы, кодирующие биты в напряжение. В классическом Ethernet, например, допускается установка четырех повторителей, что усилит сигнал, чтобы увеличить максимальную длину кабеля с 500 до 2500 м.

Теперь обратимся к концентраторам. Концентратор имеет несколько входов, объединяемых электрически. Кадры, прибывающие на какой-либо вход, передаются на все остальные линии. Если одновременно по разным линиям придут два кадра, они столкнутся, как в коаксиальном кабеле. Все линии, подсоединяемые к нему, должны работать с одинаковыми скоростями. Концентраторы отличаются от повторителей тем, что они обычно не усиливают входные сигналы, поскольку предназначены не

для этого. Их задача — обеспечивать согласованную работу с несколькими входами, к которым подключаются линии с похожими параметрами. Впрочем, во всем остальном хабы не очень отличаются от повторителей. И те и другие являются устройствами физического уровня, они не анализируют адреса уровня каналов и не используют их.

Перейдем теперь на канальный уровень. Здесь мы обнаружим мосты и коммутаторы. Только что мы как раз более или менее подробно обсуждали мосты, поэтому знаем, что мост соединяет две или более ЛВС. Как и в концентраторах, в современных мостах имеются несколько портов, рассчитанных обычно на от 4 и до 48 входящих линий определенного типа. В отличие от концентратора каждый порт изолирован, чтобы быть собственным доменом коллизий; если у порта есть полнодуплексная двухточечная линия, в алгоритме CSMA/CD нет необходимости. Когда прибывает кадр, мост извлекает из заголовка и анализирует адрес назначения, сопоставляя его с таблицей и определяя, куда этот кадр должен быть передан. Для Ethernet этот адрес — 48-битный адрес назначения (рис. 4.14). Мост только выдает кадр в нужный порт и может передавать несколько кадров одновременно.

Мосты предлагают намного лучшую производительность, чем концентраторы, а изоляция между портами моста также означает, что входные линии могут работать на различных скоростях, возможно даже с различными типами сетей. Типичный пример — мост с портами, которые соединяются с 10-, 100- и 1000-Мбит/с Ethernet. Буферизация в мосте необходима, чтобы принять кадр на одном порту и передать его на другой порт. Если кадры приходят быстрее, чем они могут быть повторно переданы, мост может исчерпать буферное пространство и начать отказываться от кадров. Например, если Gigabit Ethernet заливает биты в 10-Мбит/с Ethernet на большой скорости, мост должен будет буферизовать их, надеясь не исчерпать память. Эта проблема существует, даже если все порты работают на одной и той же скорости, потому что в данный порт назначения кадры могут быть посланы из нескольких портов.