Рис. 4.43. Здание с централизованной проводкой с использованием концентратора и коммутатора
Сегодня кабели изменились, а концентраторы стали коммутаторами, но общая схема осталась прежней. Она позволяет настраивать локальные сети не физически, а логически. Если компании требовалось k ЛВС, она может приобрести k коммутаторов. Аккуратно собрав сеть (то есть вставив нужные соединители в нужные разъемы), можно было определить ее пользователей таким образом, чтобы это имело некий реальный организационный смысл и не зависело от расположения станций внутри здания.
А вообще, разве важно, кто подключен к какой ЛВС? Ведь все равно почти во всех организациях сети объединены между собой. На самом же деле, это действительно зачастую бывает важно. Сетевые администраторы по целому ряду причин любят группировать пользователей ЛВС в соответствии со структурой организации, а не по принципу физического расположения компьютеров. Одной из таких причин является безопасность. Одна ЛВС может содержать веб-серверы и другие компьютеры для общественного пользования. Другая может содержать записи отдела кадров, которые не должны выходить за пределы организации. В этой ситуации наилучшим выходом является объединение компьютеров всех работников отдела в одну ЛВС и запрет на передачу каких-либо данных наружу. Руководство обычно не устраивает заявление о том, что такое решение невозможно реализовать.
Второй причиной является нагрузка на сеть. Сеть может оказаться настолько загруженной, что ее будет лучше разделить на несколько. Например, если народ из отдела исследований решит провести какой-нибудь хитрый эксперимент, то бухгалтерия будет не очень счастлива от сознания, что он проводится за счет емкостей их общей сети, где они проводят видеоконференцию. С другой стороны, это могло бы внушить руководству потребность установить более быструю сеть.
Еще одна причина — широковещание. Мосты поддерживают широковещание, когда местонахождение адресата неизвестно, и протоколы верхних уровней поддерживают широковещание. Например, если пользователь хочет отправить пакет на IP-адрес х, как ему узнать, какой MAC-адрес подставлять в кадры? Мы изучим этот вопрос более подробно в главе 5, а сейчас в двух словах обрисуем решение проблемы: данная станция должна широковещательным методом послать запрос: «Кто знает, какой MAC-адрес работает с IP-адресом х?» Затем она дожидается ответа. Поскольку количество компьютеров в ЛВС растет, растет и количество широковещательных сообщений. Каждая широковещательная передача потребляет больше ресурсов ЛВС, чем обычный кадр, потому что она направлена каждому компьютеру в ЛВС. Если размеры ЛВС сохраняются не больше чем необходимо, воздействие широковещательного трафика уменьшается.
С широковещанием связана еще одна проблема: время от времени сетевой интерфейс может сломаться или быть неправильно сконфигурирован, и начать генерировать бесконечный поток кадров, получаемый всеми станциями. Если сеть будет действительно неудачна, то некоторые из этих кадров вызовут ответы, которые приведут к еще большему количеству трафика. Это широковещательный шторм (broadcast storm), который состоит в том, что, во-первых, вся пропускная способность сети занята этими бессмысленными кадрами, и, во-вторых, все машины объединенных сетей вынуждены заниматься исключительно обработкой и отвержением этого мусора.
На первый взгляд кажется, что широковещательные штормы можно ограничить путем установки своего рода дамб — разделяя сети мостами или коммутаторами на несколько частей. Однако если речь идет о прозрачности (то есть о предоставлении машинам возможности перенесения в другие ЛВС без каких-либо изменений конфигурации), то широковещательные кадры должны обрабатываться и пересылаться мостами.
Рассмотрев причины того, что компаниям требуются многочисленные локальные сети с ограниченными размерами, давайте вернемся к проблеме разделения логической и физической топологии. Создание физической топологии, чтобы отразить организационную структуру, может добавить работу и стоимость проекта, даже с централизованной проводкой и коммутаторами. Например, если два человека из одного отдела работают в различных зданиях, может быть легче присоединить их к различным коммутаторам, которые являются частью различных ЛВС. Даже если дело обстоит не так, пользователь мог перейти в пределах компании из одного отдела в другой, но остаться в том же офисе, или наоборот — сменить офис, не меняя отдел. Это могло бы привести к тому, что пользователь окажется в неправильной ЛВС, пока администратор не изменяет разъем пользователя от одного коммутатора на другой.
Кроме того, количество компьютеров, принадлежащих различным отделам, возможно, не очень хорошо соответствует количеству портов на коммутаторах; некоторые отделы могут быть слишком малы, а другие настолько крупные, что требуют нескольких коммутаторов. Это приводит к потраченным впустую портам коммутаторов, которые не используются.
Во многих компаниях организационные перестановки происходят постоянно, то есть сетевой администратор постоянно занимается манипуляциями с соединителями и разъемами. А в некоторых случаях такие перестановки оказываются невозможными из-за того, что провод пользовательского компьютера проходит слишком далеко и просто не дотягивается до нужного коммутатора (вследствие непродуманной прокладки кабелей) или доступные порты коммутатора относятся к другой ЛВС.
Пользователи стали требовать у производителей создания более гибких сетей, и те ответили им созданием виртуальных ЛВС (ВЛВС — VLAN, Virtual LAN), для внедрения которых необходимо было изменить только программное обеспечение. Виртуальные сети даже были в какой-то момент стандартизованы комитетом IEEE 802. Сейчас они широко применяются. Ниже мы вкратце обсудим виртуальные сети. Дополнительную информацию можно найти в работе (Seifert и Edwards, 2008).
Виртуальные сети построены на основе ВЛВС-совместимых коммутаторов. Для создания системы, построенной на виртуальных ЛВС, сетевому администратору прежде всего нужно решить, сколько всего будет виртуальных сетей, какие компьютеры будут в них входить и как они будут называться. Зачастую ВЛВС (неформально) называют в соответствии с цветами, поскольку тогда сразу становятся понятнее и нагляднее цветные диаграммы, показывающие принадлежность пользователей виртуальным сетям. Скажем, пользователи «красной» сети будут изображены красным цветом, «синей» — синим и т. д. Таким образом, на одном рисунке можно отобразить физическую и логическую структуру одновременно.
В качестве примера рассмотрим ЛВС с мостом, изображенные на рис. 4.44. Здесь девять машин входят в виртуальную сеть С («Серая»), а еще пять машин — в виртуальную сеть Б («Белая»). Машины «серой» сети распределены между двумя коммутаторами, в том числе две машины, подключенные к коммутатору через концентратор.
Рис. 4.44. Две виртуальные сети, серая и белая, в сети с мостом
Чтобы виртуальные сети функционировали корректно, необходимо наличие конфигурационных таблиц в мостах. Эти таблицы сообщают о том, через какие порты производится доступ к тем или иным виртуальным сетям. Когда кадр прибывает, например, из «серой» ВЛВС, его нужно разослать на все порты, помеченные буквой С. Это правило справедливо как для ординарных (то есть однонаправленных) передач, для которых мост не изучает местоположение назначения, так и для групповых и широковещательных. Имейте в виду, что порт может быть помечен сразу несколькими цветами ВЛВС.
В качестве примера предположим, что одна из «серых» станций, подключенных к мосту В1, посылает кадр, на заранее не видимое место назначения. Мост B1 примет кадр и заметит, что он пришел с машины с пометкой С. Поэтому его необходимо залить на все порты (кроме того, с которого пришел кадр), принадлежащие «серой» виртуальной сети. Кадр будет направлен на остальные пять «серых» станций, подключенных к B1, а также по соединению B1 c мостом B2. Мост B2 аналогично перешлет кадр на все порты, помеченные С. При этом кадр будет отослан одной оставшейся станции и концентратору (который передаст кадр всем своим станциям). Концентратор имеет обе метки (С и Б), поскольку к нему подключены станции из обоих ВЛВС. Кадр не посылается через другие порты, кроме имеющих метку С, поскольку мост знает, что станции из «серой» ВЛВС через них недостижимы.
