Protokoły wykorzystują ramki rozgłoszeniowe i wieloemisyjne na
poziome warstwy 2 modelu OSI do komunikacji pomiędzy domenami kolizyjnymi.
Kiedy węzeł ma nawiązać komunikację ze wszystkimi hostami w sieci,
wysyła ramkę rozgłoszeniową z adresem odbiorcy równym 0xFFFFFFFFFFFF. Ramkę z
takim adresem muszą rozpoznać karty sieciowe wszystkich hostów.
Urządzenia warstwy 2 muszą rozpropagowywać ruch rozgłoszeniowy i grupowy na
wszystkie porty. Sumaryczny ruch rozgłoszeniowy i grupowy generowany przez
wszystkie urządzenia w sieci nazywany jest promieniowaniem rozgłoszeniowym.
Zdarza się, że obieg promieniowania rozgłoszeniowego może tak nasycić sieć, że
zabraknie pasma dla danych aplikacji. W tym przypadku nowe połączenia sieciowe
nie mogą być ustanowione, a nawiązane już połączenia mogą zostać zerwane.
Sytuacja taka jest nazywana burzą rozgłoszeniową. Prawdopodobieństwo
wystąpienia burzy rozgłoszeniowej wzrasta wraz z rozrostem sieci przełączanej.
Promieniowanie rozgłoszeniowe wpływa na wydajność hostów w sieci, ponieważ
karty sieciowe przerywają normalną pracę procesora, aby przetworzyć każde
rozgłoszenie lub emisję grupową, którą są objęte. Na rysunku
przedstawione są wyniki testów prowadzonych przez firmę Cisco
ukazujące wpływ promieniowania rozgłoszeniowego na wydajność procesora
komputera SPARCstation 2 firmy SUN wyposażonego w standardową, wbudowaną kartę
sieci Ethernet. Jak wyniki pokazują, stacja robocza może zostać skutecznie
zablokowana przez rozgłaszanie zalewające sieć. W skrajnych sytuacjach
obserwowano szczytowe poziomy ruchu rozgłoszeniowego rzędu tysięcy rozgłoszeń
na sekundę podczas burzy rozgłoszeń. Testy prowadzone w kontrolowanym
środowisku sieciowym z wieloma emisjami rozgłoszeniowymi i grupowymi ukazują
mierzalne obniżenie wydajności systemu przy zaledwie 100 rozgłoszeniach lub
emisjach grupowych na sekundę.
Najczęściej host niebędący adresatem w
żaden sposób nie korzysta z przetworzenia rozgłoszenia. Host nie jest
zainteresowany ogłaszaną usługą lub wie już o jej istnieniu. Wysoki poziom
promieniowania rozgłoszeniowego może w zauważalny sposób obniżyć wydajność
hosta. Stacje robocze, routery i aplikacje rozgłoszeniowe stanowią trzy źródła
rozgłaszania i emisji grupowej w sieciach IP.
Stacja robocza rozgłasza
żądanie protokołu ARP za każdym razem, gdy trzeba zlokalizować adres MAC, który
nie znajduje się w jej tablicy ARP.
Pomimo że liczby pokazane na rysunku mogą wydawać się niskie,
reprezentują średnią, dobrze zaprojektowaną sieć IP. Gdy ruch rozgłoszeniowy i
związany z emisjami grupowymi osiąga szczyt z powodu burzy, szczytowa strata
mocy procesora może być o cały rząd wielkości większa od wielkości średniej.
Burze rozgłoszeniowe mogą być powodowane przez urządzenie żądające informacji
od zbyt mocno rozrośniętej sieci. Urządzenie nie jest w stanie przetworzyć tak
dużej liczby odpowiedzi, bądź też pierwsze żądanie wyzwala podobne żądania od
innych urządzeń, co skutecznie blokuje normalny ruch w sieci.
Na
przykład adres w poleceniu telnet mumble.com jest
tłumaczony na adres IP w procesie wyszukiwania w ramach protokołu DNS. W celu
zlokalizowania odpowiadającego adresu MAC rozgłaszane jest żądanie ARP. Zwykle
stacje robocze IP przechowują w pamięci podręcznej w wewnętrznych tablicach ARP
od 10 do 100 adresów na czas około dwóch godzin. Dla typowej stacji roboczej
może to być 50 adresów w przeciągu 2 godzin, co daje 0,007 żądania ARP na
sekundę. Tak więc 2000 stacji końcowych generuje około 14 żądań ARP na sekundę.
Znaczący wzrost ruchu rozgłoszeniowego może być spowodowany działaniem
protokołów routingu skonfigurowanych w danej sieci. Zdarza się, że
administratorzy sieci w ramach strategii nadmiarowości i dostępności
konfigurują wszystkie stacje robocze, tak aby był na nich uruchomiony protokół
RIP. Co 30 sekund protokół RIPv1 wykorzystuje rozgłaszanie w celu retransmisji
tablic routingu do innych routerów. Jeśli działanie protokołu RIP zostałoby
skonfigurowane na 2000 stacji roboczych, a przesłanie tablicy routingu
wymagałoby średnio 50 pakietów, stacje robocze generowałyby 3333 rozgłoszenia
na sekundę. Większość administratorów sieci konfiguruje niewielką liczbę
routerów (zwykle od 5 do 10), na których ma być uruchomiony protokół RIP. 10
routerów z protokołem RIP wygenerowałoby 16 rozgłoszeń na sekundę w przypadku
tablicy routingu o rozmiarze 50 pakietów.
Aplikacje z emisją grupową IP
mogą niekorzystnie wpływać na wydajność dużej, dobrze skalowanej sieci
przełączanej. Oprócz tego, że emisja grupowa jest wydajną metodą przesyłania
strumienia danych multimedialnych do wielu użytkowników, to niestety oddziałuje
ona na każdego użytkownika w sieci przełączanej. Dana aplikacja wideo operująca
pakietami może wygenerować siedmiomegabajtowy strumień danych rozgłoszeniowych,
który w sieci przełączanej zostałby rozesłany do każdego segmentu, powodując
wystąpienie poważnego zatoru.