Физическая Избыточность в локальной Сети Ethernet

Рис. 3.5.1 Пример топологии с избыточными связями

Для связи между переключателями полезны избыточные соединения, которые помогают предотвратить отказ сети при выходе из строя отдельной связи. Несмотря на полезность избыточных соединений, они создают гораздо больше проблем, чем решают. Поскольку кадры одновременно передаются в широковещательных рассылках по всем дублирующим соединениям, могут возникать зацикливания, а также другие проблемы. Наиболее серьезные негативные последствия перечислены в списке:

1. Если не реализована схема исключения зацикливания, переключатель переполнит бесконечными широковещательными рассылками объединенную сеть. Это называется штормом широковещательных рассылок (broadcast storm).
   Рис. 3.5.2 показывает распространение в сети такого шторма. Заметим, что согласно рисунку кадры будут бесконечно пересылаться в широковещательных рассылках на физическом уровне объединенной сети!
2. Устройство может получить несколько копий одного кадра, поскольку кадры одновременно поступают из разных сегментов.
   Рис. 3.5.3 показывает одновременное поступление нескольких кадров из разных сегментов.
3. Таблица фильтрации МАС-адресов не может быть заполнена корректно, поскольку переключатель получает ответы от одного устройства по нескольким связям. Вполне возможно, что переключатель не сможет переслать кадр, поскольку будет постоянно обновлять таблицу фильтрации МАС-адресов на основе постоянно меняющихся сведений о местоположении аппаратного адреса источника.
4. Наиболее опасной проблемой является генерация нескольких зацикленных путей в объединенной сети. Зацикливание одного пути порождает зацикливание в других путях по сети, а шторм широковещательных рассылок будет усиливаться до такой степени, что произойдет полная остановка в работе сети. Избежать проблем с зацикливанием помогает протокол (алгоритм) покрывающего дерева Spanning-Tree Protocol.

Рис. 3.5.2 Широковещательный шторм

Рис. 3.5.3 Дублирование кадров

Протокол STP Spanning-Tree Protocol

Основной задачей STP является приведение сети Ethernet с множественными связями к древовидной топологии, исключающей циклы пакетов. Происходит это путем автоматического блокирования ненужных в данный момент для полной связности портов.

Алгоритм работы STP

Spanning Tree Protocol переводится как "протокол покрывающего дерева". Кратко опишем алгоритм его действия:

1. В сети выбирается один корневой коммутатор (Root Bridge). Вообще-то, согласно техническому стандарту нужно использовать слово "мост", однако, опуская незначительные различия, будем оперировать термином "коммутатор", что гораздо привычнее.
2. Далее каждый отличный от корневого коммутатор просчитывает кратчайший путь к корневому. Соответствующий порт называется корневым портом (Root Port). Он у каждого коммутатора только один!
3. После этого для каждого сегмента сети просчитывается кратчайший путь к корневому коммутатору. Коммутатор, через который проходит этот путь, становиться назначенным для этой сети (Designated Bridge). Непосредственно подключенный к сети порт коммутатора – назначенным портом.
4. Далее на всех коммутаторах блокируются все порты, не являющиеся корневыми и назначенными. В итоге получается древовидная структура (математический граф) с вершиной в виде корневого коммутатора.