Тор желісін біріктіретін құрылғы

Кіріспе

Екі кіші желіден үлкен компьютерлік желі құрайтын құрылғы – желілік көпір. Желілік көпір – бірнеше байланыс желілерінен немесе желілік сегменттерден бірыңғай жиынтық желі құрайтын компьютерлік желі құрылғысы. Осы функция желілік көпірлеу деп аталады. Көпірлеу маршруттаудан өзгеше. Маршруттау бірнеше желінің тәуелсіз түрде байланысуына мүмкіндік береді, бірақ олар бөлек күйінде қалады, ал көпірлеу екі желіні бір желідей біріктіреді. OSI моделінде көпірлеу дерек байланысы қабатында (2-қабат) жүзеге асырылады. Көпірленген желінің бір немесе бірнеше сегменті сымсыз болса, құрылғы сымсыз көпір деп аталады. Желілік көпірлеу технологияларының негізгі түрлері – қарапайым көпір, көп портты көпір және оқуға немесе мөлдір көпір.

Мөлдір көпір

Ашық көпір желі сегменттері арасындағы кадрлардың жіберілуін басқару үшін жіберу туралы ақпарат базасы деп аталатын кестеді пайдаланады. Кесте бос күйде басталады және көпір кадрларды қабылдаған сайын жазбалар қосылады. Егер кестеде мақсатты мекенжай жазбасы табылмайтын болса, кадр көпірдің барлық басқа порттарына жіберіледі, кадрды ол алынған сегменттен басқа барлық сегменттерге таратып жібереді. Осы таратылған кадрлар арқылы, мақсатты желідегі хост жауап береді және жіберу туралы ақпарат базасының жазбасы құрылады. Бұл процесте бастапқы және мақсатты мекенжайлар қолданылады: бастапқы мекенжайлар кестедегі жазбаларға жазылады, ал мақсатты мекенжайлар кестеде ізделіп, кадрды жіберуге тиіс сегментке сәйкестендіріледі. Digital Equipment Corporation (DEC) компаниясы бұл технологияны 1983 жылы әзірледі және 1986 жылы оны іске асырған LANBridge 100 жүйесін енгізді. Екі портты көпірдің жағдайында, жіберу туралы ақпарат базасын сүзгілеу дерекқоры ретінде қарастыруға болады. Көпір кадрдың мақсатты мекенжайын оқып, оны алға жіберуге немесе сүзгілеуге шешім қабылдайды. Егер көпір мақсатты хост желідегі басқа сегментте екенін анықтаса, ол кадрды сол сегментке жібереді. Егер мақсатты мекенжай бастапқы мекенжаймен бірдей сегментке жатса, көпір кадрды сүзгілеп, қажет емес желіге жетуіне жол бермейді. Ашық көпір құрылғыда екіден астам порты бар құрылғыларда да жұмыс істей алады. Мысалы, үш хост – A, B және C-ге қосылған көпірді қарастырайық. A көпір портына 1, B көпір портына 2, C көпір портына 3 қосылған. A, B мекенжайына кадрды көпірге жібереді. Көпір кадрдың бастапқы мекенжайын тексереді және хост A үшін мекенжай мен порт нөмірін жіберу кестесіне жазады. Көпір кадрдың мақсатты мекенжайын тексереді және оны өзінің жіберу кестесінде таба алмайды, сондықтан оны барлық басқа порттарға – 2 және 3-ке таратып жібереді. Кадрды B және C хосттары қабылдайды. C хосты мақсатты мекенжайды тексереді және кадрды елемейді, өйткені ол оның мекенжайымен сәйкес келмейді. B хосты мақсатты мекенжайға сәйкес екенін анықтап, A-ға жауап жібереді. Қайту жолында көпір B үшін мекенжай мен порт нөмірін жіберу кестесіне қосады. Көпірде A-ның мекенжайы бар, сондықтан ол жауапты тек 1-ші портқа жібереді. C хосты немесе 3-ші порттағы басқа хосттар жауаппен ауыртпалы болмайды. Енді A мен B арасында желіге қосымша таратусыз екі жақты байланыс мүмкін. Егер A, C мекенжайына кадр жіберсе, дәл сол процедура қолданылады, бірақ бұл жолы көпір A мекенжайы/порты үшін жаңа жазба жасамайды, өйткені ол оны бұрыннан жасаған. Көпіршік, егер кадр форматы мен оның адрестеуі айтарлықтай өзгермесе, мөлдір деп аталады. Ашық емес көпірлеу, әсіресе көпірдің екі жағындағы кадрлық адрестеу схемалары бір-бірімен үйлесімсіз болған кезде қажет, мысалы, ARCNET-тің жергілікті адрестеуі мен IEEE MAC мекенжайларын пайдаланатын Ethernet арасында аударма қажет. Алайда, көбінесе мұндай үйлесімсіз желілер көпірленбейді, олардың арасында бағытталды.

Transparent bridging uses a table called the forwarding information base to control the forwarding of frames between network segments. The table starts empty and entries are added as the bridge receives frames. If a destination address entry is not found in the table, the frame is forwarded to all other ports of the bridge, flooding the frame to all segments except the one from which it was received. By means of these flooded frames, a host on the destination network will respond and a forwarding database entry will be created. Both source and destination addresses are used in this process: source addresses are recorded in entries in the table, while destination addresses are looked up in the table and matched to the proper segment to send the frame to. Digital Equipment Corporation (DEC) originally developed the technology in 1983 and introduced the LANBridge 100 that implemented it in 1986. In the context of a two port bridge, the forwarding information base can be seen as a filtering database. A bridge reads a frame's destination address and decides to either forward or filter. If the bridge determines that the destination host is on another segment on the network, it forwards the frame to that segment. If the destination address belongs to the same segment as the source address, the bridge filters the frame, preventing it from reaching the other network where it is not needed. Transparent bridging can also operate over devices with more than two ports. As an example, consider a bridge connected to three hosts, A, B, and C. The bridge has three ports. A is connected to bridge port 1, B is connected to bridge port 2, C is connected to bridge port 3. A sends a frame addressed to B to the bridge. The bridge examines the source address of the frame and creates an address and port number entry for host A in its forwarding table. The bridge examines the destination address of the frame and does not find it in its forwarding table so it floods (broadcasts) it to all other ports: 2 and 3. The frame is received by hosts B and C. Host C examines the destination address and ignores the frame as it does not match with its address. Host B recognizes a destination address match and generates a response to A. On the return path, the bridge adds an address and port number entry for B to its forwarding table. The bridge already has A's address in its forwarding table so it forwards the response only to port 1. Host C or any other hosts on port 3 are not burdened with the response. Two way communication is now possible between A and B without any further flooding to the network. Now, if A sends a frame addressed to C, the same procedure will be used, but this time the bridge will not create a new forwarding table entry for A's address/port because it has already done so. Bridging is called transparent when the frame format and its addressing aren't changed substantially. Non transparent bridging is required especially when the frame addressing schemes on both sides of a bridge are not compatible with each other, e. g. between ARCNET with local addressing and Ethernet using IEEE MAC addresses, requiring translation. However, most often such incompatible networks are routed in between, not bridged.

Қарапайым көпір

Қарапайым көпір екі желі сегментін байланыстырады, әдетте, ашық түрде жұмыс істейді және әрбір кадр бойынша бір желіден екіншісіне жіберу керек пе, керек пе емес пе деп шешеді. Әдетте, сақтау және жіберу (store and forward) техникасы қолданылады, сондықтан жіберу процесінде кадрдың дұрыстығы бастапқы желіде тексеріледі және мақсатты желіде CSMA/CD кешігулері ескеріледі. Бөлшектің максималды ұзындығын ғана ұзартатын қайталаушылардан (repeaters) өзгеше, көпірлер тек көпірден өтуі қажетті кадрларды ғана жібереді. Бұдан өзге, көпірлер көпірдің екі жағында жеке соқтығысу доменін құру арқылы соқтығысу санын азайтады.

Көп портты көпір

Көп портты көпір бірнеше желіні байланыстырады және кадр бойынша трафикті бағыттау туралы шешімді ашық түрде, кадр-кадр негізінде қабылдайды. Сонымен қатар, көп портты көпір трафикті қайда бағыттау керектігін анықтауы тиіс. Қарапайым көпір сияқты, көп портты көпір әдетте сақтау және жіберу әдісін қолданады. Көп портты көпірдің функциясы желілік коммутаторлардың негізін құрайды.

Іске асыру

Контентті адрестейтін жадыда (CAM) сақталған алға жіберу ақпараттық базасы бастапқыда бос болады. Әрбір алынған Ethernet кадры үшін коммутатор кадрдың бастапқы MAC-адресінен үйренеді және оны интерфейс идентификаторымен бірге алға жіберу ақпараттық базасына қосады. Содан кейін коммутатор кадрдың мақсаттық MAC-адресіне сүйене отырып, CAM-де табылған интерфейске кадрды жібереді. Егер мақсаттық адресі белгісіз болса, коммутатор кадрды барлық интерфейстерге (кіріс интерфейсінен басқа) жібереді. Бұл әрекетке бір бағытты тарату деп аталады.

Экспедициялау

Көпір қосылған түйіндердің мекенжайларын білгеннен кейін, ол 2-қабатты жіберу әдісін қолдана отырып, дерек байланысы қабаты фреймдерін жібереді. Көпір төрт бағыттау әдісін қолдана алады, олардың екіншісі мен төртіншісі бірдей кіріс және шығыс порттар ені бар коммутатор өнімдерінде қолданылған кезде өнімділікті арттыру әдістері болды:

Сақтау және жіберу: коммутатор әр фреймді жібермес бұрын буферлейді және тексереді; фрейм толығымен қабылданады, содан кейін жіберіледі. Кесіп жіберу: коммутатор фреймнің мақсатты мекенжайын алғаннан кейін жіберуді бастайды. Бұл әдіспен қателерді тексеру жүргізілмейді. Егер шығу порты сол кезде бос болса, коммутатор сақтау және жіберу режиміне қайта оралады. Сондай-ақ, шығу порты кіру портынан гөрі жоғары деректер жылдамдығымен жұмыс істегенде, әдетте сақтау және жіберу қолданылады. Фрагментсіз: сақтау және жіберу және кесіп жіберу әдістерінің артықшылықтарын сақтауға тырысатын әдіс. Фрагментсіз фреймнің алғашқы 64 байтын тексереді, онда адрестеу ақпараты сақталады. Ethernet техникалық талаптарына сәйкес, соқтығысулар фреймнің алғашқы 64 байты ішінде анықталуы керек, сондықтан соқтығысуға байланысты тоқтатылған фреймдер жіберілмейді. Пакеттегі нақты деректерді қателіктерге тексеру соңғы құрылғыға жүктеледі. Адаптивті коммутация: қалған үш режимнің арасында автоматты түрде таңдау жасау әдісі.

Ең қысқа жолды көпірлеу

Ең қысқа жолды көпірлеу (SPB) – IEEE 802.1aq стандартында сипатталған және Дийкстра алгоритміне негізделген, компьютерлік желілік технология. Ол желілерді құру мен конфигурациялауды жеңілдетуге, сонымен бірге көп жолды маршрутизацияны іске асыруға арналған. Бұл Spanning Tree протоколының орнын алмастыруды ұсынады, ол кез келген артық жолдарды тоқтата тұрып, коммутациялық циклға алып келуі мүмкін. SPB барлық жолдардың бірнеше тең құнды жолдармен белсенді болуына мүмкіндік береді. SPB сондай-ақ 2-ші қабаттағы желіде рұқсат етілген VLAN-дар санын арттырады. TRILL (Көптеген сілтемелердің ашық өзара байланысы) – Spanning Tree протоколының ізбасары, екеуін де Радия Перлман жасаған. TRILL-дің туындауы 2002 жылдың 13 қарашасында басталған Бет Израиль Диаконесс медициналық орталығындағы оқиға болды. Rbridges концепциясы алғаш рет 2004 жылы Электр және электроника инженерлері институтына ұсынылды, ол 2005 жылы TRILL ретінде белгілі болған нәрсені қабылдамады, ал 2006 жылдан 2012 жылға дейін "Ең қысқа жолды көпірлеу" деп аталған, үйлесімсіз нұсқаны жасады.