Ограничения коммутаторов

Применение коммутаторов позволяет преодолеть ограничения, свойственные сетям с разделяемой средой. Коммутируемые локальные сети могут покрывать значительные территории, плавно переходя в сети мегаполисов; они могут состоять из сегментов различной пропускной способности, образуя сети с очень высокой производительностью; они могут использовать альтернативные маршруты для повышения надежности и производительности. Однако построение сложных сетей без маршрутизаторов, а только на основе ком­мутаторов имеет существенные ограничения.

□ Серьезные ограничения по-прежнему накладываются на топологию коммутируемой локальной сети. Требование отсутствия петель преодолевается с помощью техники STP/RSTP/MSTP и агрегирования каналов лишь частично. Действительно, STP не по­зволяет задействовать все альтернативные маршруты для передачи пользовательского трафика, а агрегирование каналов разрешает так делать только на участке сети между двумя соседними коммутаторами. Подобные ограничения не позволяют применять многие эффективные топологии, пригодные для передачи трафика.

□ Логические сегменты сети, расположенные между коммутаторами, слабо изолированы друг от друга, а именно — не защищены от так называемых широковещательных штормов. Использование же механизма виртуальных сетей, реализованного во многих коммутаторах, хотя и позволяет достаточно гибко создавать изолированные по трафику группы станций, при этом изолирует их полностью, то есть так, что узлы одной виртуальной сети не могут взаимодействовать с узлами другой виртуальной сети.

□ В сетях, построенных на основе мостов и коммутаторов, достаточно сложно решается задача фильтрации трафика на основе данных, содержащихся в пакете. В таких сетях фильтрация выполняется только с помощью пользовательских фильтров, для создания которых администратору приходится иметь дело с двоичным представлением содержимого пакетов.

□ Реализация транспортной подсистемы только средствами физического и канального уровней приводит к недостаточно гибкой одноуровневой системе адресации: в качестве адреса назначения используется МАС-адрес, жестко связанный с сетевым адаптером.

□ У коммутаторов ограничены возможности по трансляции протоколов при создании ге­терогенной сети. Они не могут транслировать протоколы WAN в протоколы LAN из-за различий в системе адресации этих сетей, а также различных значений максимального размера поля данных.

Наличие серьезных ограничений у протоколов канального уровня показывает, что построение на основе средств этого уровня больших неоднородных сетей является весьма проблематичным. Естественное решение в этих случаях — привлечение средств более высокого сетевого уровня.

Пример коммутируемой сети завода можно найти на сайте www.olifer.co.uk в разделе «Коммутируемые сети».

Выводы

Для автоматического поддержания в сложных сетях резервных связей в коммутаторах реализуется алгоритм покрывающего дерева. Этот алгоритм описан в документе IEEE 802.1D и основан на периодической обмене коммутаторов специальными кадрами, с помощью которых выявляются и блокируются петлевидные связи в сети.

Протокол STA находит конфигурацию покрывающего дерева за три этапа. На первом этапе определяется корневой коммутатор, на втором — корневые порты, на третьем — назначенные порты сегментов.

Недостатком протокола STA 802.1D является сравнительно большое время установления новой активной конфигурации — около 50 с. Новый стандарт RSTP устраняет этот недостаток за счет предварительного выбора портов-дублеров для корневых и назначенных портов, а также введения некоторых других новых механизмов.

Агрегирование нескольких физических каналов в один логический является одной из форм использования нескольких активных альтернативных маршрутов в локальных сетях на коммутаторах. Агрегирование каналов повышает как производительность, так и надежность сети. Агрегированный канал может быть образован не только между двумя соседними коммутаторами, но и распределяться между портами нескольких коммутаторов. Для автоматического уведомления о принадлежности физического порта определенному агрегированному порту разработан протокол LCAP.

Технология виртуальных локальных сетей (VLAN) позволяет в сети, построенной на коммутаторах, программным путем создать изолированные группы конечных узлов, между которыми отсутствует любой трафик, в том числе широковещательный.

Конфигурирование VLAN обычно ведется путем группирования портов или МАС-адресов. Для построение виртуальной локальной сети на основе нескольких коммутаторов желательно помечать передаваемые кадры специальной меткой — тегом, идентифицирующем номер сети, которой принадлежит отправитель кадра. Стандартный формат тега VLAN определен в спецификации 802.1Q.

Протокол MSTP позволяет организовать в сети отдельные покрывающие деревья для виртуальных локальных сетей.

Коммутаторы LAN поддерживают многие механизмы QoS: классификацию и профилирование трафика, приоритетные и взвешенные очереди, резервирование пропускной способности.

Вопросы и задания

1. Для какой цели используется алгоритм покрывающего дерева? Варианты ответов:

а) для автоматического построения связной топологии без петель;

б) для защиты мостов от широковещательного шторма;

в) для автоматического перехода на резервные связи при отказе узлов или основных линий связи сети.

2. Каждый ли коммутатор, участвующий в построении покрывающего дерева, имеет корневой порт?

3. Какой порт называется назначенным?

а) имеющий минимальное расстояние до корневого коммутатора среди всех портов, которые подключены к данному сегменту;

б) имеющий минимальное расстояние до корневого коммутатора среди всех портов данного коммутатора.

4. Может ли администратор влиять на выбор корневого коммутатора?

5. Каким образом коммутаторы решают, что выбор активной топологии завершен?

6. За счет каких усовершенствований протокол RSTP работает быстрее протокола STP? Варианты ответов:

а) применение более быстрых процессоров коммутаторов;

б) исключение тупиковых портов из процесса выбора корневых и назначенных портов;

в) выбор портов-дублеров для корневых и назначенных портов;

г) введение процедуры подтверждения новой роли назначенного порта.

7. Как взаимодействуют алгоритмы покрывающего дерева и агрегирования каналов?

8. В чем заключаются недостатки динамического способа выбора порта транка? Варианты ответов:

а) неравномерная загрузка портов транка;

б) нарушение порядка следования кадров, принадлежащих одному потоку;

в) возможность потери кадров.

9. Преимуществами разбиения локальной сети на VLAN являются:

а) локализация широковещательного трафика;

б) повышение безопасности сети;

в) улучшение управляемости сети;

г) уменьшение объема ручного конфигурирования коммутаторов.

10. Каким образом можно объединить несколько виртуальных локальных сетей? Варианты ответов:

а) приписать их к одному и тому же транку;

б) сделать какой-либо конечный узел членом объединяемых сетей VLAN;

в) объединить VLAN с помощью маршрутизатора.

11. Укажите способы образования VLAN:

а) блокировка портов;

б)группирование портов;

в) группирование МАС-адресов;

г) использование тегов стандарта IEEE 802.1Q.

12. Почему группирование портов плохо работает в сети, построенной на нескольких коммутаторах?

13. Можно ли одновременно использовать группирование портов и стандарт IEEE 802.1Q?

14. Должен ли алгоритм покрывающего дерева учитывать наличие в сети VLAN?