Дисциплина: Компютърни мрежи Упражнение 7

Дисциплина: Компютърни мрежи Упражнение 7

Цел на упражнението е да се изучат:

- Видовете мостове, използвани в мрежовите топологии;

- Проблемите, намиращи място в топологиите от прозрачни мостове;

- Алгоритъмът за минимално свързващо дърво;

1. ТЕОРЕТИЧНИ СВЕДЕНИЯ

А. Общи сведения

В телекомуникациите,мостът е продукт,който свързва локални мрежи,използващи един или няколко IEEE 802 стандарти.Съвкупност е от хардуер и софтуер,необходим за комуникацията между две еднакви или подобни мрежи,или два сегмента на една и съща мрежа според изискванията на каналния слой на модела OSI(Open System Interconnection).На това ниво се осъществяват функции по управление на потока от данни,обработка на грешки при предаване,физическо адресиране и управление на достъпа до физическата среда,обработват се адресите на подателите и на получателите на пакетите,без да се засягат по-високите нива на протоколите.

Той преглежда всяко съобщение в мрежата,пропуска тези,които са за същата LAN,а другите препраща към останалите мостове.Те разбират кой адрес за коя мрежа е благодарение на таблица с адреси,която съставят за станциите от ЛМ ,към която са включени. По този начин съобщенията могат да се препращат до правилната мрежа.По принцип адресите не съдържат информация за това къде хостът е включен физически в отделната мрежа.Всеки адрес може да бъде във всяка локация.За разлика от него, маршрутизирането се нуждае от по-подробен адрес за кореспонденция до физическото местонахождение.

Мостовете обикновено обработват пакетите много бързо,тъй като не ги преформатират.Те само прочитат адреса на получателя и вземат решение дали да филтрират или да препредадат пакета.Предимството му е неговата простота,а от там и голямата му пропусквателна способност.

За разлика от повторителя,съхранява и препредава цели пакети от данни,а не електрически сигнали и не започва да предава докато не получи целия пакет.Като резултат от това станциите на коя да е страна на моста могат да предават едновремено без да причиняват колизии.

Подобно на повторителите,мостовете свързват ЛМ на хардуерно,но малко по-високо ниво.Това ниво се нарича МАС (Media Access Control-Управление на достъпа до средата) и е част от каналния слой. Другият подслой определен от IEEE e LLC (Logical Link Control-управление на логическите връзки). МАС пропуска и организира достъпа до средата (например съревнованието при Ethernet, пасването на маркера при Тоken Ring), докато LLC се занимава с кадрите, контрола на потока от данни, контрола за грешки и адресирането при МАС подслоя. Някои мостове са на МАС подслоя. Тези устройства свързват хомогенни мрежи (IEEE 802.3 и IEEE 802.3). Другите мостове могат да транслират между мрежи с различни протоколи на канален слой (IEEE802.3 и IEEE 802.5).

Ф
иг.2 : Translational bridge.

На фиг.2 хост А съставя пакет,съдържащ служебна информация и данни за потребителя .Опакова го в IEEE 802.3 съвместим кадър,за да го транспортира през Ethernet средата до моста.В него към кадъра се добавя заглавна информация от МАС подслоя и в последствие се пропуска към LLC подслоя за по-нататъшно процедиране.След този процес ,пакетът слиза на по-долния подслой на IEEE 802.5 изпълнение,който опакова пакета в IEEE 802.5 заглавна информация,изпраща се по Token Ring среда до хост В.При предаване на пакети от Token Ring към Ethernet мостът разделя големите пакети на Token Ring на по малки,отстранява информацията управляваща маршрутизирането и пакетът се преобразува в съответствие със стандарта Ethernet.

Мостът на ниво LLC изпълнява подобни функции както мостът на МАС плюс поддръжката на логически канали за междумрежова комуникация.Ако станция от едната ЛМ комуникира с М на брой станции от другата ЛМ,мостът поддържа М независими логически канала.Пренасочването на логическите канали чрез мост на ниво LLC се извършва чрез комбинация на адресите на получателя и подателя на ниво МАС и същите на ниво LLC.Тези адреси се записват в таблица и описват пътя на логическия канал.В зависимост от мястото за съхранение на тези таблици се различават два вида пренасочване:от моста и от възела на ЛМ.

Първият тип пренасочване – от моста е известен като “Прозрачно” свързване (transparent bridging).Той се използва в ЛМ Ethernet/802.3. Наименованието му произтича от това,че мостът “е невидим” за мрежовите устройства,като например файлови сървъри,работни станции и др.При него ,кадрите се изпращат на една стъпка напред към крайната станция.

В “прозрачния” мост се използват таблици на маршрутите,за да се определи кои пакети трябва да преминават през тях. По този начин локалния трафик остава в рамките на мрежата, а междумрежоовия се насочва през моста.При по-старите модели мрежовият администратор е създавал таблицата ръчно,но в момента съвремените модели са самообучаващи се(learning bridges) и изграждат самостоятелно своите таблици.Той преглежда МАС адреса на всеки пакет,като поглежда във всеки порт и съставя картина на това кой адрес към кой порт е включен.Затова като получи пакет ,той може да реши да препрати ли пакета към друг сегмент или да го остави в същия.Някои пакети не се нуждаят от препращане,тъй като и получателят и подателят се намират от една и съща страна на моста.

Ако той види пакет за цел,чийто адрес не е в таблицата,го препредава към всички портове с изключение на този от който е пристигнало съобщението.

Ако даден адрес не се използва определен период от време,се изтирива от таблицата.

Самообучаващия се мост работи еднакво добре с няколко взаимно свързани мрежи,осигурявайки да няма затворени кръгове в мрежата(loops).

Нека двете станции Х и У започват да комуникират по между си(Х->У). Пакет от Х адресиран към У ще достигне порт 1 на мост В1.В1 сега научава ,че станцията Х е свързана към порт1,но не знае нищо относно станция У.Той започва да препредава пакета предназначен за У на всички възможни портове(с изключение на №1).Това означава,че мостът В2 ще получи пакета и тъй като все още не знае къде е станция У,ще препрати на всички възможни портове(с изкл.№1).Като резултат на това пакетът достига У,който от своя страня генерира отговор.Следователно при проучване на пристигащото писмо,В2 узнава че Х може да се достигне чрез порт1.

Отговорът на У ще достигне до В2 на порт2,така че В2 може да допълни своята адресна таблица с информация за У.В2 вече знае как да достигне до Х,Така отговорът е изпратен от порт1 на В2 до порт2 на В1.В1 проучва дошлия пакет и определя че У е достигнат чрез порт 2. Двата моста вече знаят как да изпратят пакети към Х и У.

За жалост тази проста и елегантна комбинация пропада ако се получи затваряне на мрежата.

Нека станция Х иска да комутира с У. Инициализиращия пакет на Х ще се види от В1(порт1) и В2(порт2). Така и двата моста ще знаят, че Х е в мрежа 1. След това пакетът е препратен към мрежа 2 В1(п.2) и В2(п.1). Единият или другият ще изпрати пакета първи. Нека да е В1. След това В2 ще види пакета от Х на неговия порт1 към мрежа 2. Ще вземе пакета и ще започне да преглежда къде е местонахождението на Х. Ще изпрати съобщение на мрежа 1. В1 ще види този пакет, но той няма да знае, че това е дубликат и ще го изпрати на мрежа 2, от където В2 ще го изпрати на мрежа1 и така до безкрайност.

За да се избегне този проблем, на практика мостовете използват метод известен като ”Spanning Tree Algorithm” (STA), при който се намира разрешение като се махнат някои от връзките в мрежата. Този алгоритъм работи при мостове, обменящи специални съобщения, известни като конфигурационен мостов протокол за единица от данни, който е описан в IEEE 802.1d. Конфигурационното съобщение съдържа достатъчно информация ,за да даде право на моста:

1. 
   Да се избере един мост от всички свързани мостове да бъде “root bridge”, който трябва да е с най-нисък мостов идентификатор.
   
2. 
   Да се изчисли най-късия път от “root” до всички останали.
   
3. 
   За всяка ЛМ да се определи ”designed bridge” и “designed port”, който да се използва за прiдвижване на пакетите към “root”. Това е мостът с най късо разстояние до “корена”. Той позволява да се препращат кадри към и от ЛМ, към която принадлежи. ”Designed port” е този, който свързва мрежата към “designed bridge”.
   
4. 
   Избиране на порт от всеки мост, който дава най-добрия път към “root”.
   
5. 
   Избиране на порт, чрез който даден мост да се свърже към дървото.
   

“Прозрачното” свързване има няколко недостатъка:

1. 
   При STA трябва да се избягват нови връзки, тъй като има опасност от “loops”.
   
2. 
   Всички прехвърлящи таблици трябва да бъдат изчиствани, когато дървото се реконфигурира, което ускорява “broadcast storms”, докато таблиците се реконструират. Това ограничава полезността на прозрачното свързване в заобикаляща среда с променяща се топология.
   
3. 
   Излишните връзки могат да стоят неизползвани.
   

1. Какви са устройствата за свързване на два и повече мрежови сегмента?