Как называется технология предотвращающая зацикливание при передаче данных через мосты

Важные правила

1. Корневым (root) портом назначается порт с самой низкой стоимостью пути (path cost).
2. Возможны случаи, когда стоимость пути по двум и более портам коммутатора будет одинакова, тогда выбор корневого (root) порта будет происходить на основании полученных от соседей приоритета и порядкового номера порта (Lowest Sender Port ID) [2] , например fa0/1, fa0/2, fa0/3 и корневым (root) станет порт с наименьшим номером.
3. Коммутаторы, по умолчанию, не измеряют состояние загрузки сети в реальном времени и работают в соответствии со стоимостью (cost) интерфейсов в момент построения дерева STP.
4. Каждый порт имеет свою стоимость (cost), обратно пропорциональную пропускной способности (bandwidth) порта и которую можно настраивать вручную.
5. Все порты в STP последовательно проходят 4 состояния: blocking (прослушивают BPDU без передачи данных), listening (прослушивают и ретранслируют BPDU), learning (получают данные, обновляют MAC-таблицы), forwarding (рабочее состояние порта). С интервалами по умолчанию работа порта (forwarding) начинается через 30 сек.

Алгоритм действия STP (Spanning Tree Protocol)

• После включения коммутаторов в сеть по умолчанию каждый коммутатор считает себя корневым (root).
• Каждый коммутатор начинает посылать по всем портам конфигурационные Hello BPDU(b) пакеты раз в 2 секунды.
• Если мост получает BPDU(b) с идентификатором моста (Bridge ID) меньшим, чем свой собственный, он прекращает генерировать свои BPDU и начинает ретранслировать BPDU с этим идентификатором. Таким образом, в конце концов в этой сети Ethernet остаётся только один мост, который продолжает генерировать и передавать собственные BPDU. Он и становится корневым мостом (root bridge).
• Остальные мосты ретранслируют BPDU корневого моста, добавляя в них собственный идентификатор и увеличивая счётчик стоимости пути (path cost).
• Для каждого сегмента сети, к которому присоединено два и более портов мостов, происходит определение designated port — порта, через который BPDU, приходящие от корневого моста, попадают в этот сегмент.
• После этого все порты в сегментах, к которым присоединено 2 и более портов моста, блокируются за исключением root port и designated port.
• Корневой мост продолжает посылать свои Hello BPDU раз в 2 секунды.

Порты

Каждый порт, задействованный в STP, может работать в одном из следующих режимов (ролей):

• Root Port (корневой) — порт для передачи трафика корневому коммутатору. Каждый некорневой коммутатор имеет только один корневой порт, выбранный из соображений минимальной стоимости пути.
• Designated Port (назначенный) — некорневой порт моста между сегментами сети, принимающий трафик из соответствующего сегмента. Сам мост также называется назначенным. В каждом сегменте сети может быть только один назначенный порт. У корневого коммутатора все порты — назначенные.
• Non-designated Port (неназначенный) — порт, не являющийся корневым, или назначенным. Передача фреймов данных через такой порт запрещена.
• Disabled Port (отключённый) — порт, не участвующий в STP, либо выключенный административно (командой shutdown).

Эволюция и расширения

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)

Rapid STP (RSTP) является значительным усовершенствованием STP. В первую очередь необходимо отметить уменьшение времени сходимости и более высокую устойчивость. В немалой степени это достигнуто за счет идей, использованных Cisco Systems в качестве проприетарных расширений STP. RSTP описан в стандарте IEEE (b) 802.1w (впоследствии включён в 802.1D-2004).

Rapid STP совместим с STP — если некое устройство использует STP, то RSTP тоже будет использовать STP с этим устройством, но в этом режиме может оказаться, что наличие RSTP на остальных устройствах не дает преимуществ по сравнению с STP.

Per-VLAN Spanning Tree Protocol (PVSTP)

Per-VLAN STP (PVSTP) в соответствии с названием расширяет функциональность STP для использования VLAN (b) . В рамках данного протокола в каждом VLAN работает отдельный экземпляр STP. Является проприетарным расширением Cisco (b) . Изначально протокол PVST работал только через ISL (b) -транки, потом было разработано расширение PVST+, которое позволяло работать через гораздо более распространённые 802.1Q (b) -транки. Существуют реализации, объединяющие свойства PVST+ и RSTP, поскольку эти расширения затрагивают независимые части протокола, в результате получается (в терминологии Cisco) Rapid PVST+. PVST+ совместим с STP и даже коммуницирует «через» коммутаторы, не поддерживающие ни PVST+, ни Rapid PVST+, за счёт использования мультикастовых фреймов. Но Cisco Systems рекомендует не смешивать в одной сети коммутаторы различных производителей, чтобы избежать проблем совместимости разных реализаций и вариаций STP.

Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)

Вышеописанные вариации протоколов STP можно классифицировать по количеству экземпляров STP в случае, когда число VLAN более единицы. Имеются вариации протоколов, у которых на все VLAN приходится единственный экземпляр STP (собственно STP, RSTP), и вариации, у которых каждому VLAN соответствует свой экземпляр STP (PVST, PVST+, Rapid PVST+).

Некоторая избыточность вариаций с отдельным экземпляром STP для каждой VLAN состоит в том, что если топология нескольких VLAN совпадает, то соответствующие им экземпляры STP полностью повторяют работу друг друга. В таком случае в принципе ненужная работа по сути дублирующих друг друга экземпляров STP оборачивается ненужной дополнительной нагрузкой на процессор коммутатора, и в конечном счёте может вынудить конструкторов оборудования для обеспечения его устойчивой работы выбирать более мощный процессор с большим энергопотреблением, что может повлечь за собой дополнительные затраты на электропитание и охлаждение как при изготовлении оборудования, так и эксплуатации.

В этом отношении особняком стоит Multiple STP (MSTP). В один экземпляр MSTP могут входить несколько виртуальных сетей при условии, что их топология одинакова (в смысле входящих в VLAN коммутаторов и соединений между ними). Минимальное количество экземпляров MSTP соответствует количеству топологически уникальных групп VLAN в домене второго уровня (опять же на уровне коммутаторов и соединений между ними). MSTP налагает важное ограничение: все коммутаторы, участвующие в MSTP, должны иметь одинаково сконфигурированные группы VLAN (MST instances), что ограничивает гибкость при изменении конфигурации сети.

MSTP описан в стандарте IEEE (b) 802.1s (впоследствии включён в 802.1Q-2003).

Shortest Path Bridging (SPB)

История создания

Алгоритм, заложенный в основу STP, был разработан в 1985 году Радией Перлман (b) . Ей дали 1 неделю на разработку алгоритма. Она сделала это за 1 день, а в оставшееся время описала алгоритм в виде стихотворения [3] :

I think that I shall never see
A graph more lovely than a tree.
A tree whose crucial property
Is loop-free connectivity.
A tree that 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.

Мосты и концентраторы

Сетевые концентраторы Концентратор, или хаб, — устройство, используемое для соединения компьютеров в сетях с топологиями «звезда» или «кольцо». Внешне концентратор — это коробка с несколькими разъемами. Концентраторы бывают разных размеров — от 4- или 5-портовых устройств для домашних сетей и небольших предприятий до больших блоков на специальных стойках, в которых число портов достигает нескольких десятков. Установка концентратора заключается в под­ключении его к источнику питания и вставке кабелей, соединенных с сетевыми адаптерами компьютеров сети. Как и сетевые адаптеры, концентраторы связаны с конкретным протоколом канального уровня. Наиболее распространены концентраторы Ethernet, т. к. Ethernet — самый популярный протокол канального уровня. Но концентраторами являются также модули множественного доступа в сетях Token Ring, да и в других протоколах, например, в FDDI, концентраторы тоже используются.

Концентраторы Ethernet Концентратор Ethernet называют еще многопортовым повторителем. Повторитель (repeater) — это устройство, которое усиливает проходящий через него сигнал, противодействуя его затуханию. Например, если в сети типа «тонкий» Ethernet расстояние между компьютерами превышает максимально допустимое значение (185 м), для усиления сигнала можно установить между ними повторитель с двумя разъема­ми типа BNC (British Naval Connector). Впрочем, в наши дни такие простые устройства почти не используются. Концентраторы, работающие в сетях Ethernet с кабелем UTP, по сути, тоже являются повторителями, но не с двумя, а с несколькими портами для разъемов RJ45. Сигнал, попадающий в концентратор через любой из портов, уси­ ливается и передается во все остальные порты. Так удается создать общую сетевую среду даже в сети с топологией «звезда», когда к каж­ дому компьютеру идет отдельный кабель. Сигнал, переданный любым компьютером в сети, с помощью концентратора усиливается и ретранслируется на все остальные компьютеры. Максимальная дли­на сегмента кабеля UTP в сети Ethernet составляет 100 м (сегментом в данном случае называется расстояние между двумя компьютерами, связанными одним кабелем). Однако максимальное расстояние между компьютерами в сети с одним концентратором возрастает до 200 м.

Интеллектуальные концентраторы Концентраторы, применяемые в большинстве сетей Ethernet, представляют собой устройства исключительно физического уровня. Они имеют дело с сигналами, присущими данной сетевой среде, напри­мер, с электрическими зарядами, но «не понимают» смысла этих сигналов, не считывают из пакетов информацию, вообще не распознают наличие данных в пакете. Такие концентраторы стоят относительно недорого. Однако имеются и «толковые» концентраторы Ethernet, которые относятся к обработке данных «более вдумчиво». В некоторых концентраторах предусмотрен сервис, называемый промежуточным хранением (store and forward) данных. Суть этого сер­виса в том, что в концентраторе есть буферы для временного разме­щения пакетов, которые затем будут ретранслированы через определенные порты. Это уже напоминает работу коммутатора, который находит во входящем пакете целевой адрес и передает этот пакет исключительно той системе, которой он предназначен. Некоторые «интеллектуальные» (intelligent, smart) концентраторы обладают также управляющими функциями, которые позволяют им следить за работой своих портов. В большинстве случаев интеллектуальные концентраторы с помощью протокола SNMP (Simple Network Management Protocol) периодически отправляют сообщения на консоль централизованного управления сетью. В небольших ЛВС такие возможности совершенно ни к чему, главным образом потому, что их использование ведет к многократному удорожанию оборудования, но в больших корпоративных сетях с множеством концентраторов они сослужат хорошую службу сетевому администратору.

Соединение концентраторов
Можно построить простую локальную сеть Ethernet, подключив не­сколько компьютеров к одному концентратору. Но что делать, когда в разросшейся сети портов одного концентратора уже не хватает? Ре­шить проблему можно, подсоединив к первому концентратору еще один. В больших сетях таких взаимосвязанных концентраторов вели­кое множество. Почти у всех концентраторов Ethernet, которые сейчас продаются, есть дополнительный каскадирующий порт (uplink port), используемый для подключения не к компьютеру, а к другому концентратору. От других портов концентратора каскадирующий порт отличается разводкой проводов. В кабеле UTP четыре пары проводов, причем каждая пара состоит из сигнального провода и «земли». Компьютер передает данные по одной паре и получает их по другой. В большинстве случаев еще две пары проводов остаются без работы. Для нормальной связи двух компьютеров передающая пара одной системы должна подключаться к принимающей паре другой системы. За очень редким исключением провода в кабеле UTP, подключенном к хабу, соединяются напрямую, т. е. каждый из восьми кон­тактов разъема на одном конце кабеля соединен проводом с анало­гичным контактом разъема на другом его конце. Если таким кабелем соединить два компьютера, передающие контакты окажутся подключенными к передающим контактам, принимающие — к принимающим, и связь будет невозможна. Еще одна функция концентратора — кроссировка, или перекрест­ное подключение (crossover circuit), передающих и принимающих кон­тактов в каждом соединении между двумя компьютерами. Перекрест­ное подключение не поддерживает только каскадирующий порт. Ког­да два концентратора соединены через каскадирующий и обычный порт, на пути от компьютера, подключенного к одному концентратору, до компьютера, подключенного к другому концентратору, провода перекрещиваются лишь однажды. Если концентраторы соединены через обычные порты, в подобной ситуации провода перекрестятся дважды, что аналогично отсутствию кроссировки. По тем же причинам не следует соединять каскадирующий порт одного концентратора с каскадирующим портом другого.

Совет. Для создания простой двухкомпьютерной сети Ethernet концен­тратор не нужен. Достаточно соединить сетевые адаптеры двух компью­теров напрямую с помощью кроссового кабеля (crossover cable). Это кабель UTP, у которого передающие контакты на одном конце кабеля связаны с принимающими контактами на другом конце. Благодаря такому подклю­чению отпадает нужда в перекрестной схеме концентратора. Разумеется, в такую сеть можно включить только два компьютера, и расстояние меж­ду ними не может превышать 100 м.

Модули множественного доступа Модули множественного доступа (MAU), используемые в сети Token Ring, похожи на концентраторы Ethernet, но (в отличие от них) вы­ полняют некоторые функции канального уровня, необходимые для работы сети, и являются пассивными (passive) устройствами, т. е. не усиливают сигнал. Главная особенность работы модуля множественного доступа заключена в том, что, принимая входящий трафик, он не ретранслирует его на другие порты, а просто передает пакет, по­ ступивший, например, в порт 5, на порт 6, затем ждет возвращения пакета через порт 6 и передает его в порт 7, снова ждет возвращения пакета и т. д. Передав пакет по одному разу каждому из компьютеров сети и получив его обратно, модуль множественного доступа возвра­щает пакет создавшей его системе, а она удаляет пакет из сети. Этот процесс позволяет компьютерам, физически связанным по тополологии «звезда», взаимодействовать друг с другом так, словно они соединены кабелями в кольцо. При таком способе передачи компьютеры играют не менее важную роль, чем модуль MAU. Если компьютер не возвращает посланный ему пакет, этот пакет не будет передан через следующий порт. Чтобы пакеты не терялись таким образом, компьютеры в сети Token Ring при запуске выполняют процесс инициализации, передавая мо­дулю множественного доступа информацию о своем существовании. Получив такой сигнал от сетевой платы, модуль MAU, образно говоря, включает систему в логическое кольцо и начинает передавать ей пакеты. Порты, в которые компьютеры не включены, к кольцу не добавляются, и MAU при продвижении пакетов пропускает их. О таких неиспользуемых портах говорят, что они находятся в закороченном (loopback) состоянии. Каскадирующего порта, как у концентра­тора Ethernet, у модуля множественного доступа в сети Token Ring нет, но есть специализированные порты для входа (Ring In) и выхода (Ring Out), применяемые для связи одного MAU с другим.

Мосты Мост (bridge) используется для соединения сетей на канальном уровне. Концентраторы связывают сети на физическом уровне, даже не подозревая о существовании структур данных, обрабатываемых вышестоящими уровнями. Расширяя сеть путем включения в нее дополнительных концентраторов, Вы, по существу, достигаете такого же эффекта, как если бы заменили старый концентратор новым, с большим количеством портов. Каждый пакет, сгенерированный одним из компьютеров сети, все равно доходит до всех остальных компьютеров. Мост обеспечивает фильтрацию пакетов на канальном уровне, т. е. пропускает через себя только пакеты, предназначенные для участка сети по другую сторону моста. Если Ваша ЛВС из-за возросшего трафика начала испытывать чрезмерные коллизии или просто стала медленнее работать, можно снизить трафик, разбив ее с помощью моста на две части. Если же адреса отправителя и получателя принадлежат одному сег­ менту, пакет игнорируется. Примечание. Хотя мост и способен считывать содержимое заголовка протокола канального уровня, продвинуться по стеку протоколов выше он не в состоянии. Мост также не способен считывать содержимое поля данных в кадре канального уровня, где находится информация, сгенерированная протоколом сетевого уровня. На рис. 3.1 показаны две соединенные мостом ЛВС. При передаче пакета мост получает его от компьютера одной ЛВС и отправляет его компьютеру другой ЛВС. Целевая система получает пакет, словно компьютер-отправитель принадлежит к той же ЛВС. Если передача пакета осуществляется между компьютерами одной ЛВС, мост также получает пакет, но никуда не передает его, поскольку пакету на другой стороне моста делать нечего. Применение моста сокращает трафик , проходящий по каждому из сегментов сети, примерно в два раза, так как пакеты не направляются в сегмент сети, где они не нужны.

Объединение сетей с помощью моста

Мост — это физическое устройство, обычно коробка с двумя порта­ми, применяемое для связи сегментов сети. С его помощью можно объединить две ЛВС или разделить одну ЛВС на два сегмента. Мосты работают в так называемом беспорядочном режиме (promiscuous mode), т. е. считывают и обрабатывают все пакеты, передаваемые по сегменту сети. Этим они отличаются от сетевых адаптеров, которые считывают в каждом пакете целевой адрес и обрабатывают только пакеты, адресованные данному компьютеру. Поскольку мост функционирует на канальном уровне, он способен интерпретировать информацию в заголовке протокола канального уровня. Пакеты данных попадают в мост через один из портов, затем мост считывает в заголовке каждого пакета адрес целевой системы и решает, как обрабатывать данный пакет. Этот процесс называется фильтрацией пакетов (packet filtering). Если адреса компьютера-отправителя и компьютера-получателя принадлежат разным сегментам, мост передает пакет через второй порт.

Мосты и коллизии Область коллизий или коллизионный домен (collision domain) — это сеть или часть сети, структура которой такова, что при строго одновременной передаче данных двумя компьютерами в сети возникает коллизия (столкновение). Когда Вы включаете в существующую сеть новый концентратор, подсоединенные к нему компьютеры становятся частью того же коллизионного домена, что и исходная сеть. Это происходит потому, что концентраторы ретранслируют входящие сигналы сразу после приема, без фильтрации пакетов. С другой стороны, мост не ретранслирует сигнал в другую сеть, пока не получит пакет целиком. Поэтому даже при одновременной передаче данных двумя компьютерами по разные стороны моста коллизии не возникает. О двух сегментах сети, связанных мостом, говорят, что они находятся в разных коллизионных доменах. В сети Et­hernet коллизии являются нормальной и даже неизбежной частью работы, но, когда их количество чрезмерно возрастает, производительность сети падает, потому что увеличивается число пакетов для ретрансляции. Кроме того, число коллизий обязательно увеличивается при включении в сеть новых компьютеров. При разделении сети мостом на два коллизионных домена число коллизий и ретрансляций уменьшается, что приводит к снижению трафика и повышению производительности сети в целом.

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 узковещатель­ ные (unicast) сообщения, адресованные одному компьютеру сети, и многоадресные (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?». 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.

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. Как заполняется эта таблица? Поначалу сетевым администраторам приходилось вручную создавать списки аппаратных адресов для каждого из сегментов, подключенных к мосту. В современных мостах для автоматического составления списков адресов используется технология 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 про сто 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. 3.3, 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 образом , мост может связать сегмент Ethernet с сегментом FDDI или объединить сегменты Ethernet разных типов (например 100BaseTX и 100BaseT4), 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.

Как называется технология предотвращающая зацикливание при передаче данных через мосты

Мосты с маршрутизацией от источника применяются для соединения колец Token Ring и FDDI, хотя для этих же целей могут использоваться и прозрачные мосты. Маршрутизация от источника (Source Routing, SR) основана на том, что станция-отправитель помещает в посылаемый в другое кольцо кадр всю адресную информацию о промежуточных мостах и кольцах, которые должен пройти кадр перед тем, как попасть в кольцо, к которому подключена станция-получатель.

Хотя в название этого способа входит термин «маршрутизация», настоящей маршрутизации в строгом понимании этого термина здесь нет, так как мосты и станции по-прежнему используют для передачи кадров данных только информацию МАС-уровня, а заголовки сетевого уровня для мостов данного типа по-прежнему остаются неразличимой частью поля данных кадра. Рассмотрим принципы работы мостов Source Routing (в дальнейшем, SR-мосты) на примере сети, изображенной на рис.3.

Сеть состоит из трех колец, соединенных тремя мостами. Для задания маршрута кольца и мосты имеют идентификаторы. SR-мосты не строят адресную таблицу, а при продвижении кадров пользуются информацией, имеющейся в соответствующих полях кадра данных.

Рис. 3. Мосты типа Sourse Routing

При получении каждого пакета SR-мосту нужно только просмотреть поле маршрутной информации (поле Routing Information Field, RIF, в кадре Token Ring или FDDI) на предмет наличия в нем своего идентификатора. И если он там присутствует и сопровождается идентификатором кольца, которое подключено к данному мосту, то в этом случае мост копирует поступивший кадр в указанное кольцо.

В противном случае кадр в другое кольцо не копируется. В любом случае исходная копия кадра возвращается по исходному кольцу станции-отправителю, и если он был передан в другое кольцо, то бит А (адрес распознан) и бит С (кадр скопирован) поля статуса кадра устанавливаются в 1, чтобы сообщить станции-отправителю, что кадр был получен станцией назначения (в данном случае передан мостом в другое кольцо).

Так как маршрутная информация в кадре нужна не всегда, а только для передачи кадра между станциями, подключенными к разным кольцам, то наличие в кадре поля RIF обозначается установкой в 1 бит индивидуального/группового адреса (I/G) (при этом данный бит используется не по назначению, так как адрес источника всегда индивидуальный).

Поле RIF имеет управляющее подполе, состоящее из трех частей. o Тип кадра определяет тип поля RIF. Существуют различные типы полей RIF, использующиеся для нахождения маршрута и для отправки кадра по известному маршруту:

o Поле максимальной длины кадра используется мостом для связи колец, в которых установлено различное значение MTU. С помощью этого поля мост уведомляет станцию о максимально возможной длине кадра (то есть минимальном значении MTU на протяжении всего составного маршрута).

о Длина поля RIF необходима, так как заранее неизвестно количество описателей маршрута, задающих идентификаторы пересекаемых колец и мостов.

Для работы алгоритма маршрутизации от источника используются два дополнительных типа кадра — одномаршрутный широковещательный кадр-исследователь SRBF (single-route broadcast frame) и многомаршрутный широковещательный кадр-исследователь ARBF (all-route broadcast frame). Все SR-мосты должны быть сконфигурированы администратором вручную, чтобы передавать кадры ARBF на все порты, кроме порта-источника кадра, а для кадров SRBF некоторые порты мостов нужно заблокировать, чтобы в сети не было петель.

В примере сети на рис. для исключения петли администратор заблокировал оба порта моста 3 для передачи кадров SRBF. Кадр первого типа отправляется станцией, когда она, во-первых, определяет, что станция назначения находится в другом кольце, а во-вторых, ей неизвестно, через какие мосты и кольца пролегает путь к этой станции назначения, то есть неизвестен маршрут до этой станции.

Первое обстоятельство выясняется, если кадр, отправленный по кольцу, возвращается в станцию-источник с неустановленными признаками распознавания адреса и копирования. Значит, ни одна из станций исходного кольца не является станцией назначения, и кадр надо передавать по некоторому составному маршруту.

Отсутствие маршрута к станции назначения в таблице моста является вторым обстоятельством, которое и вызывает отправку одномаршрутного кадра-исследователя SRBF. В кадре SRBF станция задает длину поля RIF, равную нулю. Как и прозрачные мосты, SR-мосты работают в режиме «неразборчивого» захвата, буферизуя и анализируя все кадры. При получении кадра SRBF SR-MOCT передает его в исходном виде на все незаблокированные для этого типа кадров порты. Необходимость в конфигурировании топологии без петель для кадров-исследователей SRBF вызвана тем, что таким способом предотвращается возможность бесконечного зацикливания этих кадров.

В конце концов кадр-исследователь SRBF, распространяясь по всем кольцам сети, доходит до станции назначения. В ответ станция назначения отправляет многомаршрутный широковещательный кадр-исследователь ARBF станции-отправителю. В отличие от кадра SRBF этот кадр передается мостами через все порты.

При приеме такого кадра каждый промежуточный мост добавляет в поле маршрутной информации RIF новый описатель маршрута (свой идентификатор и идентификатор сегмента, с которого получен кадр), наращивает длину поля маршрутной информации и широковещательно его распространяет.

Для предотвращения зацикливания кадров ARBF мосты обрабатывают их следующим образом. Перед передачей кадра на какой-либо сегмент мост проверяет, нет ли идентификатора этого сегмента в списке маршрутов кадра. Если такой сегмент уже был пройден кадром, то кадр в данный сегмент не направляется.

Станция-источник получает в общем случае несколько кадров-ответов, прошедших по всем возможным маршрутам составной сети, и выбирает наилучший маршрут (обычно по количеству пересечений промежуточных мостов). Именно для получения информации о всех возможных маршрутах кадр ARBF передается по всем возможным направлениям.

Затем маршрутная информация помещается в таблицу маршрутизации станции и используется для отправки кадров данных станции назначения по наилучшему маршруту за счет помещения последовательности номеров сетей и мостов в заголовке каждого такого кадра. Мосты с маршрутизацией от источника имеют по сравнению с прозрачными мостам как преимущества, так и недостатки, отраженные в таблице.

Наличие двух возможных алгоритмов работы мостов — от источника и в прозрачном режиме — создает трудности для построения сложных сетей Token Ring. Мосты, работающие от источника, не могут поддерживать сегменты, рассчитанные на работу в прозрачном режиме, и наоборот. До некоторого времени эта проблема решалась двумя способами.

Один способ заключался в использовании во всех сегментах либо только маршрутизации от источника, либо только прозрачных мостов. Другим способом была установка маршрутизаторов. Сегодня имеется третье решение. Оно основано на стандарте, который позволяет объединить обе технологии работы моста в одном устройстве. Этот стандарт, называемый SRT (Source Route Transparent), позволяет мосту работать в любом режиме.

Мост просматривает специальные флаги в заголовке кадров Token Ring и автоматически определяет, какой из алгоритмов нужно применить.

Слабая защита от широковещательного шторма — одно из главных ограничений моста, но не единственное. Другим серьезным ограничением их функциональных возможностей является невозможность поддержки петлеобразных конфигураций сети. Рассмотрим это ограничение на примере сети, изображенной на рис.4.

Два сегмента параллельно соединены двумя мостами, так что образовалась активная петля. Пусть новая станция с адресом 10 впервые начинает работу в данной сети. Обычно начало работы любой операционной системы сопровождается рассылкой широковещательных кадров, в которых станция заявляет о своем существовании и одновременно ищет серверы сети.

На этапе 1 станция посылает первый кадр с широковещательным адресом назначения и адресом источника 10 в свой сегмент. Кадр попадает как в мост 1, так и в мост 2. В обоих мостах новый адрес источника 10 заносится в адресную таблицу с пометкой о его принадлежности сегменту 1, то есть создается новая запись.

Так как адрес назначения широковещательный, то каждый мост должен передать кадр на сегмент 2. Эта передача происходит поочередно, в соответствии с методом случайного доступа технологии Ethernet. Пусть первым доступ к сегменту 2 получил мост 1 (этап 2 на рис.4.).

При появлении пакета на сегменте 2 мост 2 принимает его в свой буфер и обрабатывает. Он видит, что адрес 10 уже есть в его адресной таблице, но пришедший кадр является более свежим, и он утверждает, что адрес 10 принадлежит сегменту 2, а не 1. Поэтому мост 2 корректирует содержимое базы и делает запись о том, что адрес 10 принадлежит сегменту 2. Теперь адресная таблица моста 2 будет иметь уже другую запись о станции с адресом 10:

Аналогично поступает мост 1, когда мост 2 передает свою копию кадра на сегмент 2. Результаты наличия петли перечислены ниже.

— «Размножение» кадра, то есть появление нескольких его копий (в данном случае — двух, но если бы сегменты были соединены тремя мостами — то трех и т, д.).

— Бесконечная циркуляция обеих копий кадра по петле в противоположных направлениях, а значит, засорение сети ненужным графиком.

— Постоянная перестройка мостами своих адресных таблиц, так как кадр с адресом источника 10 будет появляться то на одном порту, то на другом.

Чтобы исключить все эти нежелательные эффекты, мосты нужно применять так, чтобы между логическими сегментами не было петель, то есть строить с помощью мостов только древовидные структуры, гарантирующие наличие только-одного пути между любыми двумя сегментами. Тогда кадры от каждой станции будут поступать в мост всегда с одного и того же порта, и мост сможет правильно решать задачу выбора рационального маршрута в сети.

Ограничение топологии структурированной сети древовидной структурой вытекает из самого принципа построения адресной таблицы мостом, а поэтому точно так же это ограничение действует и на коммутаторы. В простых сетях сравнительно легко гарантировать существование одного и только одного пути между двумя сегментами.

Но когда количество соединений возрастает и сеть становится сложной, то вероятность непреднамеренного образования петли оказывается высокой. Кроме того, желательно для повышения надежности иметь между мостами резервные связи, которые не участвуют при нормальной работе основных связей в передаче информационных пакетов станций, но при отказе какой-либо основной связи образуют новую связную рабочую конфигурацию без петель.

Поэтому в сложных сетях между логическими сегментами прокладывают избыточные связи, которые образуют петли, но для исключения активных петель блокируют некоторые порты мостов. Наиболее просто эта задача решается вручную, но существуют и алгоритмы, которые позволяют решать ее автоматически.

Наиболее известным является стандартный алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA), который будет детально рассмотрен ниже. Кроме того, имеются фирменные алгоритмы, решающие ту же задачу, но с некоторыми улучшениями для конкретных моделей коммутаторов.