Какие бывают разновидности мостов компьютерные сети

Обновлено: 04.07.2024

Мосты и маршрутизаторы , строго говоря, не совсем правильно относить к специфическому сетевому оборудованию. Изначально они представляли собой универсальные компьютеры, работающие в сети и выполняющие специфическую функцию соединения двух или более частей сети. Правда, сейчас уже существуют мосты и маршрутизаторы , жестко специализированные на работе в сети. В частности, маршрутизаторы выпускаются рядом фирм в виде модулей, устанавливаемых в концентраторы на базе шасси . Их стоимость ниже, чем маршрутизаторов на базе компьютеров, а быстродействие выше, так как они узко специализированы.

Функции мостов

Мосты до недавнего времени были основными устройствами, применявшимися для разбиения сети на части (то есть для сегментирования сети). Их стоимость меньше, чем маршрутизаторов , а быстродействие выше, к тому же они, как и коммутаторы , прозрачны для протоколов второго уровня модели OSI. Абоненты сети могут не знать о наличии в сети мостов , и все их пакеты доходят до нужного адресата по сети без всяких проблем.

По функциям мост очень близок к коммутатору , но медленнее, чем коммутатор .

Мост обычно имеет от двух до четырех портов, причем каждый из них соединен с одним из сегментов сети. В случае, когда мост выполняется на базе универсального компьютера, в этот компьютер просто устанавливается нужное число сетевых адаптеров , и к каждому из адаптеров подключается сегмент сети. Коммутатор в этом смысле гораздо удобнее, он имеет значительно больше портов (не менее 8).

Как и в случае коммутаторов , конфигурация сети с мостами может быть довольно сложной ( рис. 13.9), но в ней ни в коем случае не должно быть замкнутых маршрутов (петель), то есть альтернативных путей доставки пакетов ( рис. 13.10). Это связано в первую очередь с тем, что мосты , как и коммутаторы прозрачны для широковещательных пакетов. Если в сети есть петли, то в результате многократного прохождения широковещательных пакетов по замкнутому маршруту возникают перегрузки сети (так называемые широковещательные штормы) и ряд других проблем.

Для того, чтобы этого не происходило, в мостах предусматривается так называемый алгоритм остовного дерева (spanning tree) , который позволяет отключать порты, участвующие в создании петель (например, оба порта моста 2 на рис. 13.10) в результате диалога (обмена управляющими пакетами) между всеми мостами сети. Благодаря этому, можно специально дублировать соединение сегментов посредством мостов (создавать петли) с тем, чтобы при отказе одной из линий связи автоматически восстанавливать целостность сети по альтернативному маршруту.

Коммутаторы обычно не поддерживают алгоритм остовного дерева за исключением самых сложных и дорогих. Так что в этом смысле мост более универсален, чем коммутатор .

Традиционно мосты подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты выполняются на основе компьютера-сервера, в который устанавливают сетевые адаптеры (обычно до четырех), подключенные к разным сегментам сети. Строго говоря, именно эти сетевые адаптеры и соответствующие программные средства и называются внутренним мостом .

Внешний мост представляет собой рабочую станцию, в которую установлены два сетевых адаптера . В этом случае, в отличие от внутреннего моста , сегменты могут быть только однотипными (например, Ethernet—Ethernet).

Внешний мост может быть выделенным ( dedicated ) или невыделенным (non- dedicated ) в зависимости от того, выполняет ли компьютер рабочей станции еще какие-нибудь функции, кроме сетевых. Термин "внешний" употребляется в этом случае по отношению к серверу, как основному компьютеру сети. В любой сети может присутствовать одновременно как внешний, так и внутренний мост или несколько мостов .

Мосты , как и коммутаторы , разделяют зону конфликта (область коллизии, Collision Domain ), но не разделяют широковещательную область ( Broadcast Domain ), то есть ту часть сети, в которой свободно проходят широковещательные пакеты. В результате разделения зоны конфликта нагрузка на каждый сегмент уменьшается, а ограничения на размер сети преодолевается.

Одновременно мост может обрабатывать (ретранслировать) только один пакет, а не несколько, как коммутатор . Дело в том, что все функции моста выполняются последовательно одним центральным процессором. Именно поэтому мост работает значительно медленнее, чем коммутатор .

Как и в коммутаторе , любой пакет, приходящий на один из портов моста , обрабатывается следующим образом:

  1. Мост выделяет MAC-адрес источника (отправителя) пакета и ищет его в таблице адресов абонентов, относящейся к данному порту. Если этого адреса в таблице нет, то он туда добавляется. Таким образом, автоматически формируется таблица адресов всех абонентов каждого сегмента из подключенных к портам моста .
  2. Мост выделяет адрес приемника (получателя) пакета и ищет его в таблицах адресов, относящихся ко всем портам. Если пакет адресован в тот же сегмент, из которого он пришел, то он не ретранслируется (отфильтровывается). Если пакет широковещательный или многопунктовый (групповой), то он ретранслируется во все порты кроме принявшего. Если пакет однопунктовый (адресован одному абоненту), то он ретранслируется только в тот порт, к которому присоединен сегмент с этим абонентом. Наконец, если адрес приемника не обнаружен ни в одной из таблиц адресов, то пакет посылается во все порты, кроме принявшего (как широковещательный).

Таблицы адресов абонентов имеют ограниченный размер, поэтому они формируются так, чтобы иметь возможность автоматического обновления их содержимого. Адреса тех абонентов, которые долго не присылают пакетов, через заданное время (по стандарту IEEE 802.1D оно равно 5 минут) стираются из таблицы. Это гарантирует, что адрес абонента, отключенного от сети или перенесенного в другой сегмент, не будет занимать лишнего места в таблице.

Поскольку мост , подобно коммутатору , анализирует информацию внутри кадра (физические адреса, MAC-адреса), часто говорят, что он ретранслирует кадры, а не пакеты (в отличие от репитера или репитерного концентратора ).

Как и в случае коммутаторов , для эффективной работы моста необходимо выполнять упоминавшееся "правило 80/20", то есть большинство передач (не менее 80%) должно быть внутрисегментными, а не межсегментными.

Подобно коммутаторам Store-and-Forward , мосты могут поддерживать обмен между сегментами с разной скоростью передачи (Ethernet и Fast Ethernet), а также обеспечивать сопряжение полудуплексных и полнодуплексных сегментов. Полный прием пакетов в буферную память моста и их последующая передача легко решают такие проблемы.

То есть мосты и коммутаторы очень близки по своим характеристикам.

Однако у моста есть большое преимущество. Мосты могут не только соединять одноименные сегменты, но также сопрягать сети Ethernet и Fast Ethernet с сетями любых других типов, например, FDDI или Token-Ring, что не по силам большинству коммутаторов . Поэтому мосты , хоть и вытесняются коммутаторами , все-таки не исчезнут в ближайшее время.

Как известно, для создания сетевых подключений и доступа в интернет может использоваться два типа соединения – проводное и беспроводное. Первый тип обеспечивает более стабильную связь для каждого терминала, подключенного к сети. Зато второй предполагает подключение сразу нескольких машин посредством объединения компьютеров в сеть через Wi-Fi (можно даже создать виртуальную сеть через интернет).

Сетевой мост (Network Bridge), по сути, является инструментом, позволяющим объединить оба подключения в одно целое. Для чего это нужно? Предположим, пользовательский компьютер к одной сети подключен через сетевую карту Ethernet, а ко второй – через Wi-Fi. Понятное дело, что между собой сети не соприкасаются (в проводной сети при попытке идентификации терминала с беспроводным подключением можно будет увидеть разве что только роутер). При создании моста эта проблема устраняется совершенно элементарно, плюс – повышается стабильность подключения.

То же самое касается и случаев, когда в качестве сетевого оборудования используется однопортовый модем, к которому можно подключить только один компьютер. А что делать с остальными терминалами? В этом случае их необходимо подключать через основной компьютер, который будет выполнять роль хостовой машины. Ниже будут рассмотрены действия, выполняемые для двух компьютеров. Если их больше, соответственно, производить настройку нужно будет на всех клиентских машинах.

Типы мостов

Термин «прозрачные» мосты объединяет большую группу устройств, поэтому их принято группировать в категории, базирующиеся на различных характеристиках изделий:

  • Прозрачные мосты (англ. transparent bridges ) объединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровней модели OSI;
  • Транслирующие мосты (англ. translating bridges ) объединяют сети с различными протоколами канального и физического уровней; мосты (англ. encapsulating bridges ) соединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровня через сети с другими протоколами.

Функциональные возможности

  • ограничение домена коллизий
  • задержку фреймов, адресованных узлу в сегменте отправителя
  • ограничение перехода из домена в домен ошибочных фреймов:
    • карликов (фреймов меньшей длины, чем допускается по стандарту (64 байта))
    • фреймов с ошибками в CRC
    • фреймов с признаком «коллизия»
    • затянувшихся фреймов (размером больше, чем разрешено стандартом)

    Мосты увеличивают латентность сети на 10-30%. Это увеличение латентности связано с тем, что мосту при передаче данных требуется дополнительное время на принятие решения. Мост рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения фрейма и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности фрейма перед отправкой фрейма на все порты. Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта. Для выполнения этих операций требуется некоторое время, что замедляет процесс передачи и увеличивает латентность.

    Проверка адресов

    Мост создан и, по идее, работает, но компьютеры пока еще между собой взаимодействовать не могут. На хост-терминале вызовите командную строку и введите команду ipconfig/all. Появится окно с кучей информации.

    В представленных параметрах найдите и запишите адр

    В представленных параметрах найдите и запишите адреса IP и DNS. Шлюз (Default Gateway) запоминать необязательно, поскольку он всегда имеет одно и то же значение (255.255.255.0).

    Дополнительная функциональность

    • Обнаружение (и подавление) петель (широковещательный шторм)
    • Поддержка протокола Spanning tree (остовное дерево) для разрыва петель и обеспечения резервирования каналов.
    • Shortest Path Bridging является современной альтернативой старому семейству протоколов Spanning tree

    Виртуальный сетевой мост

    Вы можете создать виртуальный сетевой мост в Windows 10 и macOS. Для создания сетевого моста вам потребуются права администратора.

    macOS


    Во всплывающем окне нажмите кнопку с плюсом и выберите в меню «Новый мост». Выберите сети, которые вы хотите включить в мост, и все готово.

    Сетевые мосты относятся к IT-устройствам второго уровня сетевой модели OSI, которые способны распознавать приходящий на их порт сигнал, декапсулировать (преобразовывать) и перенаправлять последний на активные и соответствующие порты. При наличии сетевого моста, согласно коммутируемой таблице, передача данных переходит с первого (физического) уровня на второй – канальный.

    Особенности работы сетевых мостов

    В отличие от сетевых устройств физического уровня, сетевые мосты не только распознают сигналы и перенаправляют на активные порты, они преобразовывают сигналы в кадры (фреймы), к PDU добавляется заголовок (хидер) и прицеп (трейлер). На основании полученных данных сетевые мосты высчитывают контрольную сумму и сопоставляют полученный результат с контрольным значением в трейлере. В случае несовпадения данных фрейм уничтожается и не участвует в дальнейшей работе. Если контрольные суммы совпали, сетевой мост ищет MAC-адрес получателя в заголовке кадра.

    В случае отсутствия физического адреса в таблице система автоматически включает поиск MAC-адреса в подключенных (активных) сегментах сети.

    Преимущества сетевых мостов

    • Поддержка многозадачных протоколов.
    • Обработка полученных заданий в порядке очереди, если на порт одновременно приходит несколько сигналов.
    • Автоматическая фильтрация кадров (фреймов), которые не соответствуют расчетам контрольных сумм (CRC) и стандартам.

    К недостаткам можно отнести невысокую скорость обработки и задержку при передаче данных, так как каждый кадр проходит обработку на центральном процессоре.

    Функциональные возможности сетевых мостов

    Учитывая принцип действия и особенности работы сетевых мостов (построение адресных таблиц с MAC-адресами), возможна небольшая латентность (ожидание или задержка времени отклика устройства) до 10-30%. Увеличенное время ожидания связано с анализом адресного поля и вычислением контрольной суммы (CRC).

    Таким образом, в период обработки запроса сетевой мост выполняет не только функции отправки запроса, но и хранения. Стоит отметить, что фрейм может храниться в памяти сетевого моста до тех пор, пока не освободится необходимый порт.


    Сетевой мост соединяет две другие отдельные компьютерные сети, чтобы обеспечить связь между ними и позволить им работать как единая сеть. Мосты используются с локальными сетями (ЛВС), чтобы расширить их охват, чтобы охватить более крупные физические области, чем может достичь ЛВС.

    Как работают сетевые мосты

    Мостовые устройства проверяют входящий сетевой трафик и определяют, следует ли пересылать или отбрасывать его в соответствии с назначенным пунктом назначения. Например, мост Ethernet проверяет каждый входящий кадр Ethernet, включая MAC-адреса источника и назначения, иногда размер кадра, при принятии индивидуальных решений о пересылке. Мостовые устройства работают на уровне линии передачи данных модели OSI

    Типы сетевых мостов

    Мостовые устройства существуют для Wi-Fi до Wi-Fi, Wi-Fi до Ethernet и Bluetooth для Wi-Fi-соединений. Каждый из них предназначен для определенных типов сетей.

    • Беспроводные мосты поддерживают точки беспроводного доступа Wi-Fi.
    • Мосты Wi-Fi для Ethernet позволяют подключаться к клиентам Ethernet и связывать их с локальной сетью Wi-Fi, что полезно для более старых сетевых устройств, которым не хватает Wi-Fi.
    • Мост Bluetooth для Wi-Fi поддерживает соединения с мобильными устройствами Bluetooth, которые распространяются в домах и офисах в последние годы.

    Беспроводное мостовое соединение

    Мосты особенно популярны в компьютерных сетях Wi-Fi. В беспроводном соединении Wi-Fi требуется, чтобы точки доступа связывались друг с другом в специальном режиме, который поддерживает трафик, который течет между ними. Две точки доступа, поддерживающие режим беспроводного моста, работают как пара. Каждый из них продолжает поддерживать свою собственную локальную сеть подключенных клиентов, а также обменивается информацией с другой, чтобы обрабатывать мост.

    Режим моста можно активировать в точке доступа через административную настройку или иногда физический переключатель на устройстве. Не все точки доступа поддерживают режим беспроводного моста; обратитесь к документации производителя, чтобы определить, поддерживает ли данная модель эту функцию.

    Мосты против ретрансляторов

    Мосты и сетевые ретрансляторы имеют сходный внешний вид; иногда один блок выполняет обе функции. Однако, в отличие от мостов, ретрансляторы не выполняют никакой фильтрации трафика и не объединяются в две сети. Вместо этого повторители передают весь трафик, который они получают. Ретрансляторы служат главным образом для регенерации сигналов трафика, так что одна сеть может достигать более длительных физических расстояний.

    Мосты и коммутаторы и маршрутизаторы

    В проводных компьютерных сетях мосты выполняют аналогичную функцию, как сетевые коммутаторы . Традиционно проводные мосты поддерживают одно входящее и одно исходящее сетевое соединение, доступное через аппаратный порт , тогда как коммутаторы обычно предлагают четыре или более аппаратных порта. По этой причине коммутаторы иногда называют многопортовыми мостами.

    Читайте также: