БИБЛИЯ ХАКЕРА

Дополнительные возможности коммутаторов

Так как коммутатор представляет собой сложное вычислительное устройство, имеющее несколько процессорных модулей, то естественно нагрузить его помимо выполнения основной функции передачи кадров с порта на порт по алгоритму моста и некоторыми дополнительными функ­циями, полезными при построении надежных и гибких сетей. Ниже опи­сываются наиболее распространенные дополнительные функции комму­таторов, которые поддерживаются большинством производителей коммуникационного оборудования.

Трансляция протоколов канального уровня

Коммутаторы могут выполнять трансляцию одного протокола ка­нального уровня в другой, например, Ethernet в FDDI, Fast Ethernet в Token Ring и т. п. При этом они работают по тем же алгоритмам, что и транслирующие мосты, то есть в соответствии со спецификациями RFC 1042 и 802.1Н, определяющими правила преобразования полей кадров разных протоколов.

Трансляцию протоколов локальных сетей облегчает тот факт, что наиболее сложную работу, которую часто выполняют маршрутизаторы и шлюзы при объединении гетерогенных сетей, а именно работу по транс­ляции адресной информации, в данном случае выполнять не нужно. Все конечные узлы локальных сетей имеют уникальные адреса одного и того же формата, независимо от поддерживаемого протокола. Поэтому адрес сетевого адаптера Ethernet понятен сетевому адаптеру FDDI, и они могут использовать эти адреса в полях своих кадров не задумываясь о том, что узел, с которым они взаимодействуют, принадлежит сети, работающей по другой технологии,

Поэтому при согласовании протоколов локальных сетей коммута­торы не строят таблиц соответствия адресов узлов, а переносят адреса на­значения и источника из кадра одного протокола в кадр другого протоко­ла. Единственным преобразованием, которое, возможно, придется при этом выполнить, является преобразование порядка бит в байте, если со­гласуется сеть Ethernet с сетью Token Ring или FDDI. Это связано с тем, что в сетях Ethernet принята так называемая каноническая форма переда­чи адреса по сети, когда сначала передается самый младший бит самого старшего байта адреса. В сетях FDDI и Token Ring всегда передается сна­чала самый старший бит самого старшего байта адреса. Так как техноло­гия 100VG-AnyLAN использует кадры или Ethernet или Token Ring, то ее трансляция в другие технологии зависит от того, кадры каких протоколов используются в данном сегменте сети lOOVG-AnyLAN.

Кроме изменения порядка бит при передаче байт адреса, трансля­ция протокола Ethernet (и Fast Ethernet, который использует формат кад­ров Ethernet) в протоколы FDD1 и Token Ring включает выполнение сле­дующих (возможно не всех) операций:

• Вычисление длины поля данных кадра и помещение этого значения в поле Length при передаче кадра из сети FDDI или Token Ring в сеть Ethernet 802.3 (в кадрах FDDI и Token Ring поле длины отсутствует).

• Заполнение полей статуса кадра при передаче кадров из сети

FDDI или Token Ring в сеть Ethernet. Кадры FDDI и Token Ring имеют два бита, которые должны быть установлены станцией, которой предназначался кадр — бит распознавания адреса А и бит копирования кадра С. При получении кадра станция должна установить эти два бита для того, чтобы кадр, вернувшийся по кольцу к станции, его сгенерировавшей, принес данные обратной связи. При передаче коммутатором кадра в другую сеть нет стандартных правил для установки бит А и С в кадре, который возвращается по кольцу к станции-источнику. Поэтому производители коммутаторов решают эту проблему по своему усмотрению.

• Отбрасывание кадров, передаваемых из сетей FDDI или Token Ring в сеть Ethernet с размером поля данных большим, чем 1500 байт, так как это максимально возможное значение поля данных для сетей Ethernet. В дальнейшем возможно усечение максимального размера поля данных сетей FDDI или Token Ring средствами протоколов верхнего уровня, например, TCP. Другим вариантом решения этой проблемы является поддержка коммутатором IP фрагментации, но это требует, во-первых, реализации в коммутаторе протокола сетевого уровня, а во- вторых, поддержки протокола IP взаимодействующими узлами транслируемых сетей.

• Заполнение поля Туре (тип протокола в поледанных) кадра Ethernet II при приходе кадров из сетей, поддерживающих кадры FDDI или Token Ring, в которых это поле отсутствует. Для сохранения информации поля Туре в стандарте RFC

1042 предлагается использовать поле Туре заголовка кадра LLC/SNAP, вкладываемого в поле данных МАС-кадра протоколов FDDI или Token Ring. При обратном преобразовании значение из поля Туре заголовка LLC/SNAP переносится в поле Туре кадра Ethernet II.

• Пересчет контрольной суммы кадра в соответствии со сформированными значениями служебных полей кадра.

Поддержка алгоритма Spanning Tree

Алгоритм Spanning Tree (STA) позволяет коммутаторам автоматиче­ски определять древовидную конфигурацию связей в сети при произволь­ном соединения портов между собой. Как уже отмечалось, для нормаль­ной работы коммутатора требуется отсутствие замкнутых маршрутов в сети. Эти маршруты могут создаваться администратором специально для образования резервных связей или же возникать случайным образом, что вполне возможно, если сеть имеет многочисленные связи, а кабельная си­стема плохо структурирована или документирована.

Поддерживающие алгоритм STA коммутаторы автоматически со­здают активную древовидную конфигурацию связей (то есть связную конфигурацию без петель) на множестве всех связей сети. Такая конфи­гурация называется покрывающим деревом — Spanning Tree (иногда ее называют или основным деревом), и ее название дало имя все­

Му алгоритму. Коммутаторы находят покрывающее дерево адаптивно с помощью обмена служебными пакетами. Реализация в коммутаторе алго­ритма STA очень важна для работы в больших сетях — если коммутатор не поддерживает этот алгоритм, то администратор должен самостоятель­но определить, какие порты нужно перевести в заблокированное состоя­ние, чтобы исключить петли. К тому же при отказе какой-либо связи, порта или коммутатора администратор должен, во-первых, обнаружить факт отказа, а, во-вторых, ликвидировать последствия отказа, переведя резервную связь в рабочий режим путем активизации некоторых портов.

Основные определения

В сети определяется корневой коммутатор (root switch), от которо­го строится дерево. Корневой коммутатор может быть выбран автомати­чески или назначен администратором. При автоматическом выборе кор­невым становится коммутатор с меньшим значением МАС-адреса его блока управления.

Для каждого коммутатора определяется корневой порт (root port) — это порт, который имеет по сети кратчайшее расстояние до корневого коммутатора (точнее, до любого из портов корневого коммутатора). Затем для каждого сегмента сети выбирается так называемый назначенный порт (designated port) — это порт, который имеет кратчайшее расстояние от данного сегмента до корневого коммутатора.

Понятие расстояния играет важную роль в построении покрываю­щего дерева. Именно по этому критерию выбирается единственный порт, соединяющий каждый коммутатор с корневым коммутатором, и единст­венный порт, соединяющий каждый сегмент сети с корневым коммутато­ром. Все остальные порты переводятся в резервное состояние, то есть та­кое, при котором они не передают обычные кадры данных. Можно доказать, что при таком выборе активных портов в сети исключаются пет­ли и оставшиеся связи образуют покрывающее дерево.

Расстояние до корня определяется как суммарное условное время на передачу данных от порта данного коммутатора до порта корневого коммутатора. При этом считается, что время внутренних передач данных (с порта на порт) коммутатором пренебрежимо мало, а учитывается толь­ко время на передачу данных по сегментам сети, соединяющим коммута­торы. Условное время сегмента рассчитывается как время, затрачиваемое на передачу одного бита информации в 10-наносекундныхединицах меж­ду непосредственно связанными по сегменту сети портами. Так, для сег­мента Ethernet это время равно 10 условным единицам, а для сегмента Token Ring 16 Мб/с — 6.25. (Алгоритм STA не связан с каким-либо опре­деленным стандартом канального уровня, он может применяться к ком­мутаторам, соединяющим сети различных технологий.)

Для автоматического определения начальной активной конфигура­ции дерева все коммутаторы сети после их инициализации начинают пе­риодически обмениваться специальными пакетами, называемыми прото­кольными блоками данных моста — В PDU (Bridge Protocol Data Unit), что отражает факт первоначальной разработки алгоритма STA для мостов.

Пакеты BPDU помещаются в поле данных кадров канального уров­ня, например, кадров Ethernet или FDD1. Желательно, чтобы все комму­таторы поддерживали общий групповой адрес, с помощью которого кад­ры, содержащие пакеты BPDU, могли одновременно передаваться всем коммутаторам сети. Иначе пакеты BPDU рассылаются широковеща­тельно.

Пакет BPDU имеет следующие поля:

• Идентификатор версии протокола STA — 1 байта. Коммутаторы должны поддерживать одну и ту же версию протокола STA, иначе может установиться активная конфигурация с петлями.

• Тип BPDU — 1 байт. Существует два типа BPDU —

Конфигурационный BPDU, то есть заявка на возможность стать корневым коммутатором, на основании которой происходит определение активной конфигурации, и BPDU уведомления о реконфигурации, которое посылается коммутатором, обнаружившим событие, требующее проведения реконфигурации — отказ линии связи, отказ порта, изменение приоритетов коммутатора или портов.

Флаги — 1 байт. Один бит содержит флаг изменения конфигурации, второй бит — флаг подтверждения изменения конфигурации.

Идентификатор корневото коммутатора — 8 байтов. Расстояние до корня — 2 байта. Идентификатор коммутатора — 8 байтов. Идентификатор порта — 2 байта.

Время жизни сообщения — 2 байта. Измеряется в единицах по 0.5 с, служит для выявления устаревших сообщений. Когда пакет BPDU проходит через коммутатор, тот добавляет ко времени жизни пакета время его задержки данным коммутатором.

• Максимальное время жизни сообщения — 2 байта. В случае, если пакет BPDU имеет время жизни, превышающее максимальное, то он игнорируется коммутаторами.

• Интервал hello, через который посылаются пакеты BPDU.

• Задержка смены состояний — 2 байта. Минимальное время перехода портов коммутатора в активное состояние. Такая задержка необходима, чтобы исключить возможность временного возникновения альтернативных маршрутов при неодновременной смене состояний портов во время реконфигурации.

У пакета BPD U уведомления о реконфигурации отсутствуют все по­ля, кроме двух первых.

После инициализации каждый коммутатор сначала считает себя корневым. Поэтому он начинает через интервал hello генерировать через все свои порты сообщения BPDU конфигурационного типа. В них-он ука­зывает свой идентификатор в качестве идентификатора корневого комму­татора (и в качестве данного коммутатора также), расстояние до корня ус­танавливается в 0, а в качестве идентификатора порта указывается идентификатор того порта, через который передается BPDU. Как только коммутатор получает BPDU, в котором имеется идентификатор корнево­го коммутатора, меньше его собственного, он перестает генерировать свои собственные кадры BPDU, а начинает ретранслировать только кад­ры нового претендента на звание корневого коммутатора. При ретрансля­ции кадров он наращивает расстояние до корня, указанное в пришедшем BPDU, на условное время сегмента, по которому принят данный кадр.

При ретрансляции кадров каждый коммутатор для каждого своего порта запоминает минимальное расстояние до корня, встретившееся во всех принятых этим портом кадрах BPDU. При завершении процедуры установления конфигурации покрывающего дерева (по времени) каждый коммутатор находит свой корневой порт — это порт, который ближе дру­гих портов находится по отношению к корню дерева. Кроме этого, ком-

Распределенным образом выбирают для каждого сегмента сети назначенный порт. Для этого они исключают из рассмотрения свой кор­невой порт, а для всех своих оставшихся портов сравнивают принятые по ним минимальные расстояния до корня с расстоянием до корня своего корневого порта. В случае, если у своего порта это расстояние меньше принятых, то это значит, что он является назначенным портом. Все пор­ты, кроме назначенных переводятся в заблокированное состояние и на этом построение покрывающего дерева заканчивается.

В процессе нормальной работы корневой коммутатор продолжает генерировать служебные кадры, а остальные коммутаторы продолжают их принимать своими корневыми портами и ретранслировать назначенны­ми. В случае, если у коммутатора нет назначенных портов, то он все рав­но принимает служебные кадры корневым портом. В случае, если по ис­течении тайм-аута корневой порт не получает служебный кадр, то он инициализирует новую процедуру построения покрывающего дерева.

Способы управления потоком кадров

Некоторые производители применяют в своих коммутаторах при­емы управления потоком кадров, отсутствующие в стандартах протоколов локальных сетей, для предотвращения потерь кадров при перегрузках.

Так как потери, даже небольшой доли кадров, обычно намного сни­жают полезную производительность сети, то при перегрузке коммутатора рационально было бы замедлить интенсивность поступления кадров от конечных узлов в приемники коммутатора, чтобы дать возможность пере­датчикам разгрузить свои буфера с более высокой скоростью. Алгоритм чередования передаваемых и принимаемых кадров (frame interleave) дол­жен быть гибким и позволять компьютеру в критических ситуациях на каждый принимаемый кадр передавать несколько своих, причем не обя­зательно снижая при этом интенсивность приема до а просто умень­шая ее до необходимого уровня.

Для реализации такого алгоритма в распоряжении коммутатора должен быть механизм снижения интенсивности трафика подключенных к его портам узлов. У некоторых протоколов локальных сетей, таких как FDDI, Token Ring или lOOVG-AnyLAN имеется возможность изменять приоритет порта и тем самым давать порту коммутатора преимущество перед портом компьютера. У протоколов Ethernet и Fast Ethernet такой возможности нет, поэтому производители коммутаторов для этих очень популярных технологий используют два приема воздействия на конечные узлы. Эти приемы основаны на том, что конечные узлы строго соблюда­ют все параметры алгоритма доступа к среде, а порты коммутатора — нет.

Первый способ «торможения» конечного узла основан на так назы­ваемом агрессивном поведении порта коммутатора при захвате среды по­сле окончания передачи очередного пакета или после коллизии.

Коммутатор может пользоваться этим механизмом адаптивно, уве­личивая степень своей агрессивности по мере необходимости.

Второй прием, которым пользуются разработчики коммутаторов — это передача фиктивных кадров компьютеру в том случае, когда у комму­татора нет в буфере кадров для передачи по данному порту. В этом случае коммутатор может и не нарушать параметры алгоритма доступа, честно соревнуясь с конечным узлом за право передать свой кадр. Так как среда при этом равновероятно будет доставаться в распоряжение то коммутато­ру, то конечному узлу, то интенсивность передачи кадров в коммутатор в среднем уменьшится вдвое. Такой метод называется методом обратного давления (backpressure). Он может комбинироваться с методом агрессив­ного захвата среды для большего подавления активности конечного узла.

Метод обратного давления используется не для того, чтобы разгру­зить буфер процессора порта, непосредственно связанного с подавляе­мым узлом, а разгрузить либо общий буфер коммутатора (если использу­ется архитектура с разделяемой общей памятью), либо разгрузить буфер процессора другого порта, в который передает свои кадры данный порт. Кроме того, метод обратного давления может применяться в тех случаях, когда процессор порта не рассчитан на поддержку максимально возмож­ного для протокола трафика. Один из первых примеров применения ме­тода обратного давления как раз связан с таким случаем — метод был менен компанией модулях LSE-1 и LSE-2, рассчитанных на

Коммутацию трафика Ethernet с максимальной интенсивностью соответ­ственно 1 Мб/с и 2 Мб/с.

Возможности коммутаторов по фильтрации трафика

Многие коммутаторы позволяют администраторам задавать допол­нительные условия фильтрации кадров наряду со стандартными условия­ми их фильтрации в соответствии с информацией адресной таблицы. Пользовательские фильтры предназначены для создания дополнитель­ных барьеров на пути кадров, которые ограничивают доступ определен­ных групп пользователей к определенным сервисам сети.

В случае, если коммутатор не поддерживает протоколы сетевого и транспортного уровней, в которых имеются поля, указывающие к какому сервису относятся передаваемые пакеты, то администратору приходится для задания условий интеллектуальной фильтрации определять поле, по значению которого нужно осуществлять фильтрацию, в виде пары «сме­щение-размер» относительно начала поля данных кадра канального уров­ня. Поэтому, например, для того, чтобы запретить некоторому пользова­телю печатать свои документы на определенном принт-сервере NetWare, администратору нужно знать положение поля «номер сокета» в пакете IPX и значение этого поля для принт-сервиса, а также знать МАС-адреса компьютера пользователя и принт-сервера.

Обычно условия фильтрации записываются в виде булевских выра­жений, формируемых с помощью логических операций AND и OR.

Наложение дополнительных условий фильтрации может снизить производительность коммутатора, так как вычисление булевских выраже - ний требует проведения дополнительных вычислений процессорами пор­тов.

Кроме условий общего вида коммутаторы могут поддерживать спе­циальные условия фильтрации. Одним из очень популярных видов спе­циальных фильтров являются фильтры, создающие виртуальные сегменты. Специальным является и фильтр, используемый многими про­изводителями для защиты сети, построенной на основе коммутаторов.

Коммутация «на лету» или с буферизацией

На возможности реализации дополнительных функций существен­но сказывается способ передачи пакетов — «на лету» или с буферизацией. Как показывает следующая таблица, большая часть дополнительных функций коммутатора требует полной буферизации кадров перед их вы­дачей через порт назначения в сеть.

Средняя величина задержки коммутаторов работающих «на лету» при высокой нагрузке объясняется тем, что в этом случае выходной порт часто бывает занят приемом другого пакета, поэтому вновь поступивший пакет для данного порта все равно приходится буферизовать.

Коммутатор, работающий «на лету», может выполнять проверку не­корректности передаваемых кадров, но не может изъять плохой кадр из сети, так как часть его байт (и, как правило, большая часть) уже переданы в сеть. В то же время при небольшой загрузке коммутатор, работающий «на лету», существенно уменьшает задержку передачи кадра, а это может быть важным для чувствительного к задержкам трафика. Поэтому неко­торые производители, например Cisco, применяют механизм адаптивной смены режима работы коммутатора. Основной режим такого коммутато­ра — коммутация «на лету», но коммутатор постоянно контролирует тра­фик и при превышении интенсивности появления плохих кадров некото­рого порога переходит на режим полной буферизации.

Использование различных классов сервиса

Эта функция позволяет администратору назначить различным ти­пам кадров различные приоритеты их обработки. При этом коммутатор поддерживает несколько очередей необработанных кадров и может быть сконфигурирован, например, так, что он передает один низкоприоритет­ный пакет на каждые 10 высокоприоритетных пакетов. Это свойство мо­жет особенно пригодиться на низкоскоростных линиях и при наличии приложений, предъявляющих различные требования к допустимым за­держкам.

Так как не все протоколы канального уровня поддерживают поле приоритета кадра, например, у кадров Ethernet оно отсутствует, то комму­татор должен использовать какой-либо дополнительный механизм для связывания кадра с его приоритетом. Наиболее распространенный спо­соб — приписывание приоритета портам коммутатора. При этом способе коммутатор помещает кадр в очередь кадров соответствующего приорите­та в зависимости от того, через какой порт поступил кадр в коммутатор. Способ несложный, но недостаточно гибкий — если к порту коммутато­ра подключен не отдельный узел, а сегмент, то все узлы сегмента получа­ют одинаковый приоритет. Примером подхода к назначению классов об­служивания на основе портов является технология РАСЕ компании 3Com.

Более гибким является назначение приоритетов МАС-адресам уз­лов, но этот способ требует выполнения большого объема ручной работы администратором.

Поддержка виртуальных сетей

Кроме своего основного назначения — повышения пропускной способности связей в сети — коммутатор позволяет локализовывать пото­ки информации в сети, а также контролировать эти потоки и управлять ими, используя пользовательские фильтры. Однако, пользовательский фильтр может запретить передачи кадров только по конкретным адресам, а широковещательный трафик он передает всем сегментам сети. Так тре­бует алгоритм работы моста, который реализован в коммутаторе, поэтому сети, созданные на основе мостов и коммутаторов иногда называют пло­скими — из-за отсутствия барьеров на пути широковещательного тра­фика.

Технология виртуальных сетей (Virtual LAN, VLAN) позволяет пре­одолеть указанное ограничение. Виртуальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на ка­нальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означа­ет, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на ос­новании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса — уникального, группового или широковещательного. В то же вре­мя внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммута­ции, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения ка­дра.

Говорят, что виртуальная сеть образует домен широковещательно­го трафика (broadcast domain), по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet.

Назначение технологии виртуальных сетей состоит в облегчении процесса создания независимых сетей, которые затем должны связывать­ся с помощью протоколов сетевого уровня. Для решения этой задачи до появления технологии виртуальных сетей использовались отдельные по­вторители, каждый из которых образовывал независимую сеть. Затем эти сети связывались маршрутизаторами в единую интерсеть.

При изменении состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных сегментов) при таком подходе приходится про­изводить физическую перекоммутацию разъемов на передних панелях повторителей или в кроссовых панелях, что не очень удобно в больших се­тях — много физической работы, к тому же высока вероятность ошибки.

Поэтому для устранения необходимости физической перекоммута­ции узлов стали применять многосегментные повторители. В наиболее совершенных моделях таких повторителей приписывание отдельного порта к любому из внутренних сегментов производится программным пу­тем, обычно с помощью удобного графического интерфейса. Примерами таких повторителей могут служить концентратор Distributed 5000 компа­нии Bay Networks и концентратор PortSwitch компании 3Com. Программ­ное приписывание порта сегменту часто называют статической или кон­фигурационной коммутацией.

Однако, решение задачи изменения состава сегментов с помощью повторителей накладывает некоторые ограничения на структуру сети — количество сегментов такого повторителя обычно невелико, поэтому вы­делить каждому узлу свой сегмент, как это можно сделать с помощью ком­мутатора, нереально. Поэтому сети, построенные на основе повторителей с конфигурационной коммутацией, по-прежнему основаны на разделе­нии среды передачи данных между большим количеством узлов, и, следо­вательно, обладают гораздо меньшей производительностью по сравнению с сетями, построенными на основе коммутаторов.

При использовании технологии виртуальных сетей в коммутаторах одновременно решаются две задачи:

♦ повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения;

♦ изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути широковещательных штормов.

Для связи виртуальных сетей в интерсеть требуется привлечение се­тевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе, а может работать и в составе программного обеспечения коммутатора.

Технология образования и работы виртуальных сетей с помощью коммутаторов пока не стандартизована, хотя и реализуется в очень широ­ком спектре моделей коммутаторов разных производителей. Положение может скоро измениться, если будет принят стандарт 802.1Q, разрабаты­ваемый в рамках института ШЕЕ.

В виду отсутствия стандарта каждый производитель имеет свою тех­нологию виртуальных сетей, которая, как правило, несовместима с техно­логией других производителей. Поэтому виртуальные сети можно со­здавать пока на оборудовании одного производителя. Исключение составляют только виртуальные сети, построенные на основе специфика­ции LANE (LAN Emulation), предназначенной для обеспечения взаимо­действия ATM-коммутаторов с традиционным оборудованием локальных сетей. При создании виртуальных сетей на основе одного коммутатора обычно используется механизм группирования в сети портов коммутато­ра. Это логично, так как виртуальных сетей, построенных на основе од­ного коммутатора, не может быть больше, чем портов. В случае, если к од­ному порту подключен сегмент, построенный на основе повторителя, то узлы такого сегмента не имеет смысла включать в разные виртуальные се­ти — все равно трафик этих узлов будет общим.

Создание виртуальных сетей на основе группирования портов не требует от администратора большого объема ручной работы — достаточ­но каждый порт приписать к нескольким заранее поименованным вирту­альным сетям. Обычно такая операция выполняется путем перетаскива­ния мышью графических символов портов на графические символы сетей.

Второй способ, который используется для образования виртуаль­ных сетей основан на группировании МАС-адресов. При существовании в сети большого количества узлов этот способ требует выполнения боль­шого количества ручных операций от администратора. Однако, он оказы­вается более гибким при построении виртуальных сетей на основе не­скольких коммутаторов, чем способ группирования портов. Проблема, возникающую при создании виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов, поддерживающих технику группирования портов в следу­ющем: если узлы какой-либо виртуальной сети подключены к разным коммутаторам, то для соединения коммутаторов каждой такой сети долж­на быть выделена своя пара портов. В противном случае, есликоммутато - будут связаны только одной парой информация о принадлеж­

Ности кадра той или иной виртуальной сети при передаче из коммутатора в коммутатор будет утеряна. Таким образом, коммутаторы с группиров­кой портов требуют для своего соединения столько портов, сколько вир­туальных сетей они поддерживают. Порты и кабели используются при таком способе очень расточительно. Кроме того, при соединении вирту­альных сетей через маршрутизатор для каждой виртуальной сети выделя­ется в этом случае отдельный кабель, что затрудняет вертикальную раз­водку, особенно если узлы виртуальной сети присутствуют на нескольких этажах.

Группирование МАС-адресов в сеть на каждом коммутаторе избав­ляет от необходимости их связи несколькими портами, однако требует выполнения большого количества ручных операций по маркировке МАС-адресов на каждом коммутаторе сети.

Описанные два подхода основаны только на добавлении дополни­тельной информации к адресным таблицам моста и не используют воз­можности встраивания информации о принадлежности кадра к вирту­альной сети в передаваемый кадр. Остальные подходы используют имеющиеся или дополнительные поля кадра для сохранения информации и принадлежности кадра при его перемещениях между коммутаторами се­ти. При этом нет необходимости запоминать в каждом коммутаторе при­надлежность всех МАС-адресов интерсети виртуальным сетям.

В случае, если используется дополнительное поле с пометкой о но­мере виртуальной сети, то оно используется только тогда, когда кадр пе­редается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно удаляется. При этом модифицируется протокол взаимодействия «коммутатор-коммутатор», а программное и аппаратное обеспечение ко­нечных узлов остается неизменным. Примеров таких фирменных прото­колов много, но общий недостаток у них один — они не поддерживаются другими производителями. Компания Cisco предложила использовать в качестве стандартной добавки к кадрам лю бых протоколов локальных се­тей заголовок протокола 802.10, предназначенного для поддержки функ­ций безопасности вычислительных сетей. Сама компания использует этот метод в тех случаях, когда коммутаторы объединяются между собой по протоколу FDDI. Однако, эта инициатива не была поддержана другими ведущими производителями коммутаторов, поэтому до принятия стан­дарта 802.1 Офирменные протоколы маркировки виртуальных сетей будут преобладать. Существует два способа построения виртуальных сетей, ко­торые используют уже имеющиеся поля для маркировки принадлежнос­ти кадра виртуальной сети, однако эти поля принадлежат не кадрам ка­нальных протоколов, а пакетам сетевого уровня или ячейкам технологии ATM.

В первом случае виртуальные сети образуются на основе сетевых ад­ресов, то есть той же информации, которая используется при построении интерсетей традиционным способом — с помощью физически отдельных сетей, подключаемых к разным портам маршрутизатора.

Когда виртуальная сеть образуется на основе номеров сетей, то каж­дому порту коммутатора присваивается один или несколько номеров се­тей, например, номеров IP-сетей. Каждый номер IP-сети соответствует одной виртуальной сети. Конечные узлы также должны в этом случае под­держивать протокол IP. При передаче кадров между узлами, принадлежа­щими одной виртуальной сети, конечные узлы посылают данные непо­средственно по МАС-адресу узла назначения, а в пакете сетевого уровня указывают IP-адрес своей виртуальной сети. Коммутатор в этом случае передает кадры на основе МАС-адреса назначения по адресной таблице, проверяя при этом допустимость передач по совпадению IP-номера сети пакета, содержащегося в кадре, и IP-адресу порта назначения, найденно­му по адресной таблице. При передачах кадра из одного коммутатора в другой, его IP-адрес переносится вместе с кадром, а значит коммутаторы могут быть связаны только одной парой портов для поддержки виртуаль­ных сетей, распределенных между несколькими коммутаторами.

В случае, когда нужно произвести обмен информацией между узла­ми, принадлежащими разным виртуальным сетям, конечный узел работа­ет так же, как если бы он находился в сетях, разделенных обычным мар­шрутизатором. Конечный узел направляет кадр маршрутизатору по умолчанию, указывая его МАС-адресв кадре, а IP-адрес узла назначения — в пакете сетевого уровня. Маршрутизатором по умолчанию должен быть внутренний блок коммутатора, который имеет определенный МАС - адрес и IP-адрес, как и традиционный маршрутизатор. Кроме того, он должен иметь таблицу маршрутизации, в которой указывается выходной порт для всех номеров сетей, которые существуют в общей интерсети.

В отличие от традиционных маршрутизаторов, у которых каждый порт имеет свой номер сети, коммутаторы, поддерживающие сетевой протокол для образования виртуальных сетей, назначают один и тот же номер сети нескольким портам. Кроме того, один и тот же порт может быть связан с несколькими номерами сетей, если через него связываются коммутаторы.

Часто коммутаторы не поддерживают функции автоматического построения таблиц маршрутизации, которые поддерживаются протоко­лами маршрутизации, такими как RIP или OSPF. Такие коммутаторы на­зывают коммутаторами 3-го уровня, чтобы подчеркнуть их отличие от традиционных маршрутизаторов. При использовании коммутаторов 3-го уровня таблицы маршрутизации либо создаются администратором вруч­ную (это тоже часто приемлемо при небольшом количестве виртуальных сетей и маршруте по умолчанию к полноценному маршрутизатору), либо

Загружаются из маршрутизатора. По последней схеме взаимодействует коммутатор Catalist 5000 компании Cisco с маршрутизаторами этой же компании.

В если же коммутатор не поддерживает функций сетевого

Уровня, то его виртуальные сети могут быть объединены только с помо­щью внешнего маршрутизатора. Некоторые компании выпускают специ­альные маршрутизаторы для применения совместно с коммутаторами. Примером такого маршрутизатора служит маршрутизатор Vgate компа­нии RND.

Этот маршрутизатор имеет один физический порт для связи с пор­том коммутатора, но этот порт может поддерживать до 64 МАС-адресов, что позволяет маршрутизатору объединять до 64 виртуальных сетей.

Последний способ организации виртуальных сетей связан с приме­нением в сети ATM-коммутаторов. Этот способ основан на использова­нии для передачи кадров каждой виртуальной сети через коммутаторы ATM с помощью отдельного виртуального соединения.