Краткие сведения о коммутаторах

Для коммутаторов локальная сеть представляется как набор MAC-адресов устройств, работающих в сети. Коммутаторы просматривают эти адреса для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Для анализа адреса кадр записывается во внутренний буфер коммутатора. Коммутаторы не работают с информацией, относящейся к сетевому уровню.

Рассмотрим общие принципы работы коммутаторов. При прохождении кадра через коммутатор происходит его регенерация и трансляция с одного порта на другой. Коммутаторы учитывают и адрес отправителя, и адрес получателя, которые берутся из получаемых кадров локальных сетей. Адрес отправителя необходим коммутатору для автоматического построения базы данных адресов устройств. Эта база данных называется также таблицей коммутации, или MAC-таблицей. В ней устанавливается соответствие адреса станции определенному порту коммутатора.

Каждый порт коммутатора работает как конечный узел своего сегмента за одним исключением – порт коммутатора не имеет собственного MAC-адреса. Порт коммутатора работает в так называемом неразборчивом режиме захвата кадров, когда все поступающие на порт кадры запоминаются в буферной памяти. С помощью такого режима коммутатор следит за всем трафиком, передаваемым в подключенных к нему сегментах, и использует проходящие через него кадры для изучения состава сети. Так как в буфер записываются все кадры, адрес порта коммутатору не нужен.

Основные принципы работы коммутатора: обучение, фильтрация, продвижение и широковещание. После получения кадров коммутатор проверяет их целостность при помощи контрольных бит кадра. Неправильные кадры при этом отбрасываются. После успешной проверки коммутатор сравнивает адрес отправителя с имеющимися в базе данных адресами. Если адрес отправителя еще не заносился в базу данных, он добавляется в нее. В результате коммутатор узнает адреса устройств в сети и таким образом происходит процесс его обучения. Благодаря способности к обучению в сеть можно добавлять новые устройства без реконфигурирования коммутатора.

Кроме адреса отправителя, коммутатор анализирует и адрес получателя. Этот анализ необходим для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Коммутатор сравнивает адрес получателя кадра с адресами, хранящимися в базе данных. Если адрес получателя относится к тому же сегменту, что и адрес отправителя, то коммутатор не пропускает этот кадр в другой сегмент, или, иными словами, “фильтрует” этот кадр. Эта операция помогает предохранить сегменты сети от заполнения избыточным трафиком. Если адрес получателя присутствует в базе данных и относится к другому сегменту, коммутатор определяет, какой из его портов связан с этим сегментом и передает в него кадр. Такой процесс называют продвижением.

Рис. 3.1. Схема с коммутаторами

На рис. 3.1 показана сеть, состоящая из трех сегментов, связанных двумя коммутаторами. Знак % указывает на шестнадцатеричное представление физического (MAC) адреса. С началом работы коммутаторы А и Б проверяют весь трафик в каждом из подключенных сегментов. В процессе проверки трафика каждый коммутатор формирует свою базу данных адресов станций. Предположим, что станция А посылает кадр станции Б. Коммутатор А получает этот кадр на свой порт 1 (П1). Так как станции А и Б относятся к одному сегменту сети, коммутатор отбрасывает этот кадр (не реагирует на него). Если станция А посылает кадр станции В, находящейся в третьем сегменте сети, коммутатор А продвигает этот кадр во второй сегмент через свой порт 2 (П2). Коммутатор Б получит кадр на порт 1 и продвинет его через порт 2 в третий сегмент сети, где и расположена станция В. В таблице 3.1 показана сформированная коммутаторами база данных адресов.

Таблица 3.1. База данных адресов станций

Если запись о каком-либо адресе получателя отсутствует в базе или этот адрес является широковещательным, коммутатор передает кадр на все свои порты, за исключением порта, принявшего кадр. Такой процесс называется широковещанием, или затоплением, сети. Широковещание гарантирует, что кадр будет доставлен во все сегменты сети и, естественно, получателю.

[1] X равен числу (*) – станций (узлов) на листе задания