Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

Сегодня кабели поменялись, а концентраторы стали коммутаторами, но общая схема осталась прежней. Она позволяет настраивать LAN не физически, а логически. Если компании требуется k LAN, она может приобрести k коммутаторов. Аккуратно собрав сеть (то есть вставив нужные коннекторы в нужные разъемы), можно распределить пользователей таким образом, чтобы это имело некий реальный организационный смысл и не зависело от расположения станций в здании.

А разве важно, к какой сети подключен конкретный пользователь? Все равно почти во всех организациях LAN объединены между собой. На самом деле это часто имеет значение. Сетевые администраторы по целому ряду причин любят группировать пользователей LAN в соответствии со структурой организации, а не по принципу физического расположения компьютеров. Одной из таких причин является безопасность. Одна LAN может объединять веб-серверы и другие компьютеры для публичного доступа. Другая может содержать записи отдела кадров, которые не должны выходить за пределы компании. В этой ситуации наилучшим выходом является объединение компьютеров всех сотрудников отдела в одну LAN и запрет на передачу каких-либо данных за ее пределы. Обычно руководство не одобряет заявлений о том, что такое решение невозможно реализовать.

Второй причиной является нагрузка на сеть. Некоторые сети могут быть более загруженными, чем другие, в этом случае лучше их разделить. Например, если эксперименты отдела исследований приведут к перегрузке сети, то руководители вряд ли с энтузиазмом воспримут необходимость отказаться от части пропускной способности, которую планировалось использовать для видео­конференций. С другой стороны, это заставит их задуматься о необходимости внедрения более быстрой сети.

Илл. 4.38. Здание, где имеется централизованная проводка с концентраторами и коммутаторами

Еще одна причина — широковещание. Мосты применяют его, когда местонахождение адресата неизвестно, а протоколы верхних уровней также поддерживают эту технологию. Например, если пользователь хочет отправить пакет на IP-адрес x, как ему узнать, какой MAC-адрес указать во фрейме? Мы изучим этот вопрос более подробно в главе 5, а сейчас в двух словах опишем решение проблемы. Данная станция должна широковещательным методом разослать запрос: «Кто знает, какой MAC-адрес работает с IP-адресом x?» Затем она дожидается ответа. Поскольку компьютеров в LAN становится все больше, растет и число таких сообщений. Каждая широковещательная передача потребляет больше ресурсов, чем обычный фрейм, потому что она предназначена для всех компьютеров в сети. Если сдерживать размер LAN, чтобы она не разрасталась без необходимости, то нагрузка от широковещательного трафика уменьшается.

С широковещанием связана еще одна проблема: время от времени сетевой интерфейс выходит из строя или нарушается его конфигурация. Тогда он начинает генерировать бесконечный поток фреймов, получаемый всеми станциями. Если не повезет, некоторые фреймы вызовут ответы, которые приведут к еще большему трафику. В результате этого широковещательного шторма (broadcast storm) вся пропускная способность сети будет занята бессмысленными фреймами, а все устройства объединенных LAN будут вынуждены заниматься исключительно обработкой и удалением мусора.

Сначала может показаться, что широковещательный шторм можно ограничить, разделив сеть с помощью мостов или коммутаторов. Но если нужно обеспечить прозрачность (то есть предоставить возможность перемещать компьютеры в другие LAN без каких-либо изменений конфигурации), то мосты должны передавать широковещательные фреймы.

Мы выяснили, почему компаниям нужны многочисленные LAN ограниченного размера. Теперь вернемся к проблеме разделения логической и физической топологии. Создание физической конфигурации, которая отразит организационную структуру, может потребовать дополнительных усилий и увеличить стоимость проекта даже при наличии централизованной проводки и коммутаторов. Например, если два сотрудника из одного отдела работают в разных зданиях, легче подключить их компьютеры к разным коммутаторам, принадлежащим разным LAN. Другой пример — сотрудник может перейти в пределах компании из одного подразделения в другое, но остаться в том же офисе или, наоборот, сменить офис, не меняя отдел. В результате пользователь будет работать в неправильной LAN, пока администратор не подключит его кабель вручную к нужному коммутатору. Помимо этого, количество компьютеров в различных отделах может не соответствовать числу портов на коммутаторах. Некоторые подразделения могут быть слишком маленькими, а другие, наоборот, слишком крупными, и им не хватает одного коммутатора. Это приводит к тому, что у коммутаторов используются не все порты.

Во многих компаниях организационные перестановки происходят постоянно, и сетевой администратор вынужден постоянно производить манипуляции с коннекторами и разъемами. Иногда это невозможно, поскольку витая пара от пользовательского компьютера не дотягивается до нужного коммутатора (который находится в другом здании) или же доступные порты коммутатора относятся к другой LAN.

Пользователи нуждались в большей гибкости. В ответ на этот запрос были разработаны виртуальные LAN (Virtual LAN, VLAN). Для их внедрения необходимо было изменить только программное обеспечение. Виртуальные сети были стандартизованы комитетом IEEE 802 и сегодня широко применяются во многих организациях. Далее мы рассмотрим эту разновидность LAN.

Виртуальные сети строятся на основе VLAN-совместимых коммутаторов. Чтобы создать такую систему, сетевой администратор должен решить, сколько всего будет VLAN, какие компьютеры будут в них входить, а также придумать названия для этих VLAN. Часто их обозначают разными цветами — очень удобно распечатать цветную диаграмму, на которой наглядно показано расположение компьютеров. Пользователи красной сети будут изображены красным цветом, зеленой — зеленым и т.д. Таким образом, на одном рисунке можно отобразить физическую и логическую структуру одновременно.

В качестве примера рассмотрим LAN с мостом, изображенную на илл. 4.39. Девять компьютеров относятся к виртуальной сети «С» (серой), а еще пять — к сети «Б» (белой). Компьютеры серой сети распределены между двумя коммутаторами; два из них подключено к коммутатору через концентратор.

Чтобы VLAN функционировали корректно, в мостах должны быть конфигурационные таблицы. Они сообщают, через какие порты производится доступ к тем или иным VLAN. Например, когда фрейм прибывает из серой VLAN, его нужно разослать на все порты, помеченные буквой «С». Это справедливо как для ординарных (одноадресных) передач, при которых мосту не нужна информация о местоположении адресата, так и для групповых и широковещательных. Следует отметить, что порт может быть помечен сразу несколькими цветами VLAN.

Илл. 4.39. Две VLAN, серая и белая, в сети с мостом

Предположим, что одна из серых станций, подключенных к мосту В1 (илл. 4.39), отправляет фрейм адресату, местонахождение которого пока неизвестно. Мост B1 принимает фрейм и видит, что тот пришел с устройства с меткой «С». Поэтому его необходимо передать на все порты (кроме источника), принадлежащие серой VLAN. Фрейм будет направлен на остальные пять серых станций, подключенных к B1, а также