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Bridge

Eine Bridge trennt zwei Ethernet-LANs physikalisch, Störungen wie z. B. Kollisionen und fehlerhafte Pakete gelangen nicht über die Bridge hinaus. Die Bridge ist protokolltransparent, d. h. sie überträgt alle auf dem Ethernet laufenden Protokolle. Die beiden beteiligten Netze erscheinen also für eine Station wie ein einziges Netz. Durch den Einsatz einer Bridge können die Längenbeschränkungen des Ethernets überwunden werden, den sie verstärkt die Signale nicht nur, sondern generiert senderseitig einen neue Bitstrom. Die Bridge arbeitet mit derselben Übertragungsrate, wie die beteiligten Netze. Die Anzahl der hintereinandergeschalteten Bridges ist auf sieben begrenzt (IEEE 802.1). Normalerweise wird man aber nicht mehr als vier Bridges hintereinanderschalten.

Jede lokale Bridge ist über Transceiver an zwei Ethernet-LANs angeschlossen. Die Bridge empfängt von beiden Netzsegmenten, mit denen sie wie jede normale Station verbunden ist, alle Blöcke und analysiert die Absender- und Empfängeradressen. Steht die Absenderadresse nicht in der brückeninternen Adreßtabelle, so wird sie vermerkt. Die Bridge lernt und speichert so die Information, auf welcher Seite der Bridge der Rechner mit dieser Adresse angeschlossen ist. Ist die Empfängeradresse bekannt und der Empfänger auf derselben Seite wie der Absender, so vewirft die Bridge das Paket (filtert es). Ist der Empfänger auf der anderen Seite oder nicht in der Tabelle, wird das Paket weitergeschickt. Die intelligente Bridge lernt so selbständig, welche Pakete weitergeschickt werden müssen und welche nicht. Bei managebaren Bridges können zusätzliche Adreß-Filter gesetzt werden, die regeln an welche Adressen die Bridge Informationen immer weiterschicken muß oder nie weiterschicken darf. Eine Bridge arbeitet auf der Ebene 2 des OSI-Schichtenmodells.
Bridges können Ethernet-Segmente auch über synchrone Standleitungen, Satellitenverbindungen, Funkverbindungen, öffentliche Paketvermittlungsnetze und schnelle Lichtleiternetze (z.B. FDDI) verbinden. In der Regel müssen solche Bridges immer paarweise eingesetzt werden.

Bridges sind komplette, relativ leistungsfähige Rechner mit Speicher und mindestens zwei Netzwerkanschlüssen. Sie sind unabhängig von höheren Protokollen (funktionieren also z.B. mit TCP/IP, DECnet, IPX, LAT, MOP etc. gleichzeitig) und erfordern bei normalem Einsatz keine zusätzliche Software oder Programmierung. Nach Außen bildet ein mittels Bridge erweitertes LAN weiterhin eine Einheit, welches eine eindeutige Adressierung bedingt. Eine Bridge interpretiert die MAC-Adressen der Datenpackete. Weitere Features einer Bridge sind:

  • Ausfallsicherheit
    Störungen gelangen von der einen Seite einer Bridge nicht auf die andere Seite. Sie werden auch in diesem Sinne zum Trennen von sog. Kollisions-Domänen (collision domain) eingesetzt.
  • Datensicherheit
    Informationen, die zwischen Knoten auf einer Seite der Bridge ausgetauscht werden, können nicht auf der anderen Seite der Bridge abgehört werden.
  • Durchsatzsteigerung
    In den durch Bridges getrennten Netzsegmenten können jeweils unterschiedliche Daten-Blöcke gleichzeitig transferiert werden. Hierdurch wird die Netzperformance erhöht. Allerdings erzeugen Brücken dadurch, daß sie die Blöcke zwischenspeichern eine zusätzliche Verzögerung und können deswegen bei kaum ausgelasteten Netzen die Performance sogar verschlechtern.
  • Vermeidung von Netzwerkschleifen
    Eine Bridge unterstützt den sog. "Spanning-Tree-Algorithmus", wodurch es möglich ist, auch Schleifen- oder Ring-Konfigurationen (= redundante Verbindungen) im Netz zu erlauben. Die Bridges im Netz kommunizieren miteinander, im Gegensatz zu "dummen" Repeatern oder Hubs, und stellen über den Algorithmus sicher, daß bei mehreren redundanten Verbindungen immer nur eine gerade aktiv ist.
Weitere Kenndaten einer Bridge sind die Größe der Adreßtabelle, die Filterrate, und die Transferrate. Die Größe der Adreßtabelle gibt an, wieviele Adressen (Knoten) insgesamt in der Bridge gespeichert werden können. Die Filterrate gibt an, wieviele Pakete pro Sekunde (packets per second, pps) eine Bridge maximal empfangen kann. Bei voller Last und minimaler Paketlänge können in einem Ethernet-Segment theoretisch bis zu 14.880 Pakete pro Sekunde auftreten. Auf beiden Ports hat eine 2-Port-Bridge also insgesamt maximal 29.760 Pakete pro Sekunde zu filtern. Alle modernen Bridges erreichen diese theoretisch möglichen Maximalwerte. Die Transferrate gibt an, wieviel Pakete pro Sekunde die Bridge auf die andere Seite weiterleiten kann. Der Maximalwert ist hier 14.880 pps, da bei dieser Transferrate beide Segmente voll ausgelastet sind.

Spanning Tree - Algorithmus

Der Algorithmus ist ebenfalls in IEEE 802.10 spezifiziert. Er wird eingesetzt um bei Verknüpfungen von Netzwerken redundante Pfade (sog. Loops) durch einen deterministischen logischen Pfad im Netz zu ersetzen. Im folgenden Beispiel sind verschiedene LANs durch Bridges miteinander verknüpft, die im Bild durch Pfeile repräsentiert werden.

Alle Bridge-Links gemeinsam würden redundante Pfade im Netz ermöglichen, was endlos kreisende Pakete zur Folge hätte. Mit dem "Spanning Tree"-Algorithmus wird einer der möglichen logischen Pfade im Netz ausgewählt, der keine Schleifen enthält. Das Ergebnis wird durch die blauen Pfeile dargestellt die eine baumartige Struktur bilden. Im Extremfall kann hierdurch eine Bridge sogar ganz aus dem Netzverkehr herausfallen.

Die Bridges kommunizieren untereinander mit Hilfe der sog. Bridge Protocol Data Units (BPDU). Jede Bridge benötigt eine gewisse Grundkonfiguration, um den Algorithmus einsetzen zu können:

  • Bridge: Eindeutige Bridge-ID.
  • Port: Eindeutige Port-ID.
  • Port: Relative Port-Priorität.
  • Port: "Kostenfaktor" für jeden Port (je höher die Netzwerk-Performance im angeschlossenen LAN, desto geringer die Kosten).

In Abhängigkeit dieser Parameter wird der logische Baum folgendermaßen automatisch von allen Bridges zusammen aufgespannt:

  1. Auswahl der Root-Bridge
    Die Root-Bridge ist die Bridge mit der kleinsten Bridge-ID. Haben zwei Bridges dieselbe ID, so wird diejenige mit der kleinsten MAC-Adresse ausgewählt.
  2. Auswahl eines Root-Ports pro Bridge
    Mit Außnahme der Root-Bridge, wird bei jeder Bridge einer der Ports als Root-Port festgelegt. Dieser Port wird mit Hilfe der geringsten "Wegkosten" zur Root-Bridge ermittelt.
  3. Zuordnung einer Bridge pro LAN
    Diese Zuordnung ist entscheident, da sonst Schleifen entstehen.
    • Im Falle daß nur eine Bridge an ein bestimmtes LAN angebunden ist, ist die Wahl einfach: jener Port, welcher zu diesem LAN gehöhrt, wird ihm auch global zugeordnet.
    • Haben mehrere Bridges einen direkten Zugang zu einem LAN, wird diejenige ausgewählt, welche betreffend der Wegkosten zur Root-Bridge am günstigsten ist.
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