Мосты и широковещательная передача

Широковещательный домен — другое важное понятие технологии сетевого соединения с помощью мостов. Широковещательное (broadcast) сообщение представляет собой пакет с особым адресом назначения, в соответствии с которым это сообщение читают и обрабатывают все получившие его компьютеры. Различают также узковещательные (unicast) сообщения, адресованные одному компьютеру сети, имногоадресные (multicast), адресованные нескольким (но не всем) компьютерам. Область широковещания или широковещательный домен (broadcast domain) — это группа компьютеров, получающих широковещательные сообщения, отправленные любым компьютером из группы.

Широковещательная передача — важная часть функционирования сети. Например, компьютеры определяют положение в ЛВС конкретной системы, передавая широковещательное сообщение с вопросом «Есть ли у какого-нибудь локального компьютера такой IP-адрес или такое NetBIOS-имя?» (рис. 2). По ответному сообщению система-отправитель устанавливает аппаратный адрес компьютера и далее отправляет ему нужные пакеты уже как узковещательные сообщения.

Включение в сеть моста разбивает ее на два коллизионных домена, но при этом сегменты по обе стороны моста остаются частью одного и того же широковещательного домена, так как мост всегда пересылает широковещательные сообщения. Это в какой-то степени делает его менее полезным, потому что часть передаваемого широковещательного трафика системами на другой стороне сети не обрабатывается. Например, когда один из компьютеров сети генерирует последовательность широковещательных сообщений, чтобы определить адрес другого компьютера в том же сегменте сети, мост передает их и во второй сегмент, хотя никакой нужды в этом нет. Однако именно принадлежность к одному широковещательному домену позволяет двум сегментам сети оставаться одной и той же ЛВС. В этом состоит отличие моста от маршрутизатора, который делит сеть на две независимые ЛВС, относящиеся к разным коллизионным и широковещательным доменам.

Рис. 2. Компьютеры используют широковещательные сообщения для поиска в ЛВС конкретной системы

Прозрачное соединение

При знакомстве с работой мостов возникает логичный вопрос, как мост узнает, в каком сегменте находится компьютер. Оказывается, в мостах поддерживаются внутренние таблицы с аппаратными адресами компьютеров в обоих сегментах. Получив пакет, из одного сегмента, и прочитав в заголовке протокола канального уровня адрес целевой системы, мост сверяет этот адрес со своей таблицей. Если адрес системы-получателя сопоставлен с другим сегментом, мост пересылает пакет соответствующему сегменту.

Часто производитель моста включает в его спецификацию максимальное количество адресов, которое может содержаться в таблице моста. Как правило, допустимый объем таблицы адресов заведомо превышает потребности типичной сети, и все-таки, прежде чем покупать мост, на эту характеристику стоит обратить внимание.

Как заполняется эта таблица? Поначалу сетевым администраторам приходилось вручную создавать списки аппаратных адресов для каждого из сегментов, подключенных к мосту. Это было малоприятное занятие! В современных мостах для автоматического составления списков адресов используется технологии прозрачного соединения (transparent bridging). Когда Вы активизируете мост в первый раз, его таблица пуста. У каждого входящего пакета мост считывает из заголовка протокола канального уровня адрес источника и добавляет его к списку адресов того сетевого сегмента, из которого пакет прибыл. Поскольку сначала у моста нет информации для принятия решения о передаче пакета, для надежности он передает пакет в другой сегмент. Когда через мост пройдет достаточное количество пакетов, в нем собирается полная таблица адресов, и мост руководствуется ею для выбора направления передачи пакетов.

Обычно сетевые администраторы устанавливают между сегментами сети резервные мосты на случай сбоя. Однако это может привести и к потере данных, например, если несколько мостов, обрабатывая одни и те же пакеты, решат, что компьютер-источник принадлежит двум разным сегментам сети. Кроме того, при большом количестве мостов возможно зацикливание широковещательных пакетов, т.е. их бесконечная передача по сети. Чтобы этого не случилось, мосты соединяются друг с другом с помощью протокола STA (Spanning Tree Algorithm), который выбирает для обработки пакетов один мост. Все другие мосты в данном сегменте сети простаивают, пока работающий мост не выйдет из строя.

Соединение «источник — маршрут»

Прозрачные мосты и протокол STA используются в сетях Ethernet повсеместно, но в сетях Token Ring применяется другой принцип. Здесь уже не мосты выбирают, который из них будет объединять два сегмента, а сами системы Token Ring выбирают, каким мостом они будут пользоваться. Этот способ называется соединением «источник — маршрут» (source route bridging). Суть его в том, что каждая система передает по сети особые широковещательные пакеты — кадры ARB (All Rings Broadcast). Обрабатывая и направляя их во все подсоединенные сегменты (как при любой широковещательной передаче), каждый мост добавляет к ним указатель маршрута, идентифицирующий мост и порт, через который был получен пакет. Когда ARB-пaкеты достигают целевой системы, она отсылает их обратно. Мосты используют указатели маршрута, чтобы избежать пересылки пакетов дважды через один и тот же мост, а исходная система-отправитель выбирает по возвращенным пакетам наиболее эффективный маршрут к системе-получателю.

Типы мостов

Обычный мост, связывающий однотипные сетевые сегменты в пределах одного помещения, называется локальным мостом (local bridge). Это простейший мост: он не модифицирует данные в пакетах, а просто считывает адреса в заголовках протоколов канального уровня и передает или не передает пакеты дальше. Для объединения разнородных и удаленных друг от друга сегментов используются мосты двух других видов.

Мост-транслятор (translation bridge), показанный на рис.3, представляет собой устройство канального уровня, связывающее сегменты сети, в которых используются разные сетевые среды или разные протоколы. Мост этого типа сложнее локального, поскольку он не просто считывает заголовок, но и удаляет данные канального уровня из пакета, который предстоит передать в другой сегмент сети, а затем формирует кадр канального уровня заново. Таким способом мост может связать сегмент Ethernet с сегментом FDDI или объединить сегменты Ethernet разных типов (например, 100Base TX и 100BaseТ4), сохраняя целостность широковещательного домена. Из-за дополнительных манипуляций с пакетами мост-транслятор работает медленнее локального, а стоит гораздо дороже. Поскольку сети разных типов можно связывать и с помощью других устройств, например маршрутизаторов, мосты-трансляторы используются относительно редко.

Удаленный мост (remote bridge) с помощью технологий ГВС связывает два сетевых сегмента, расположенные на значительном расстоянии друг от друга. Связь может осуществляться с помощью модемов, выделенной телефонной линии и др. Преимущество использования моста такого типа состоит в сокращении трафика по ГВС, которая, как правило, гораздо медленнее и значительно дороже ЛВС.

Рис. 3. Мосты-трансляторы позволяют объединить в одну сеть сегменты с разными протоколами или сетевыми средами