Bridging

  Die Technologie des Bridging gibt es seit Anfang der achtziger Jahre. Am Anfang verbanden Bridges homogene Netze miteinander und ermöglichten die Weiterleitung von Paketen zwischen den einzelnen Netzsegmenten. In letzter Zeit wurden auch Bridges für heterogene Netze definiert und standardisiert [ID97]. Damit ist es z.B. auch möglich, Ethernet-Netze mit Token-Ring-Netzen zu koppeln, eine Möglichkeit, die zuvor nur Router boten. Da sich in heutigen lokalen Netzen überwiegend das Ethernet durchgesetzt hat, soll sich in der folgenden Beschreibung auf Ethernet-Netze bezogen werden, soweit nichts anderes explizit angegeben wird.

Zwei Hauptvarianten des Bridgings sind von Interesse: Transparent Bridging findet man vor allem in Ethernet Umgebungen. Source-Route Bridging wird dagegen vornehmlich in Token-Ring Umgebungen eingesetzt. Bridges erlauben es, ein Rechnernetz transparent zu segmentieren. Das bedeutet, daß die angeschlossenen Systeme nichts von der Bridge wissen müssen. Für sie erscheint das Netz vollkommen transparent und einheitlich. Die auf der OSI-Schicht 2 arbeitende Bridge kann eine Kollisionsdomäne auftrennen.

Eine Bridge besteht aus einer Anzahl von Anschlußvorrichtungen für Netzkomponenten, den sogenannten Ports. Die Ports einer Bridge müssen in der Lage sein, auf den Datenverkehr im Netz im sogenannten promiscous mode zu ,,lauschen``. Das bedeutet, daß die Ports alle Pakete akzeptieren, unabhängig davon, an wen die Pakete adressiert sind. Durch das Mithören auf dem Netz lernt die Bridge, welche Systeme wo angeschlossen sind und speichert diese Information in ihrer internen Tabelle. Erreicht ein Datenpaket die Bridge, so schaut diese in ihre intern aufgebaute Tabelle, ob die Zieladresse des Pakets bekannt ist. Wenn dem so ist, leitet sie das Paket nur an den Port weiter, an dem das Gerät mit der Zieladresse angeschlossen ist, oder verwirft das Paket, falls das System mit der Zieladresse an dem Port, an dem das Paket die Bridge erreichte (Quellport), angeschlossen ist. Kennt die Bridge das Zielsystem (oder technisch ausgedrückt dessen MAC-Adresse), noch nicht, so leitet sie das Paket an alle Ports bis auf den Quellport weiter. Gleiches gilt für empfangene Broadcast-Pakete. Durch einen Timeout (aging time) wird verhindert, daß längst entfernte Systeme in der Tabelle auftauchen und somit Speicherplatz verschwenden.

Ein Beispiel soll das verdeutlichen: Angenommen, ein Rechnernetz besteht aus einer Bridge mit vier Ports. Daran sind fünf Endgeräte angeschlossen (Abbildung 2.1). Die Ports der Bridge sind von eins bis vier durchnummeriert. An Port 1 sind die Endgeräte A und B angeschlossen, an Port 3 das Endgerät C und an Port 4 die beiden Systeme D und E. Port 2 bleibt frei.

  

Abbildung 2.1: Einfaches Rechnernetz mit Bridge

Was passiert, wenn das Endgerät A ein Paket an das System C sendet? Die Bridge, die sich im promiscous mode befindet, fragt ihre interne Tabelle ab (dabei soll zunächst ungeklärt bleiben, wie diese Tabelle aufgebaut wird) und merkt, daß das System C an Port 3 angeschlossen ist. Daraufhin leitet sie das Paket an Port 3 weiter. Sendet während dieses Vorganges das Endgerät D ein Paket an das Endgerät E, so leitet die Bridge das Paket nicht weiter, da sie merkt, daß das Paket an den Quellport zurückgeschickt werden würde. Ohne eine Bridge in diesem Netz, würde es zu einer Kollison kommen und das Endgerät D könnte nicht senden, da das Endgerät A Zugriff auf das Netz hat (Abbildung 2.2).

  

Abbildung 2.2: Forwarding

Wie baut die Bridge ihre Tabelle auf? Am Beispiel des obigen Rechnernetzes soll dies verdeutlicht werden. Die Annahme ist, daß die interne Tabelle der Bridge leer ist. Nun sendet wieder das Endgerät A ein Paket an das Endgerät C. Da die Bridge das Endgerät C nicht in ihrer Tabelle findet, leitet die das Paket an alle ihre Ports außer an Port 1, dem Port von wo das Paket kam, weiter (Abbildung 2.3). Dieses Vorgehen wird als flooding bezeichnet. Die Bridge weiß nun, daß das Paket von dem Endgerät A an Port 1 kam und trägt diese Information in ihre Tabelle ein. In Zukunft wird sie alle Pakete, die an das Endgerät A geschickt werden, nur an Port 1 weiterleiten.

  

Abbildung 2.3: Flooding

Zusammengefaßt läßt sich feststellen: Bridging findet auf der Schicht 2 (Link Layer) des OSI-Referenzmodells statt. Ein Datenpaket auf dieser Schicht wird als Frame bezeichnet. Bridges analysieren eingehende Frames, treffen Entscheidungen abhängig von der Information im betreffenden Frame und reichen den Frame an das entsprechende Ziel weiter. Hierbei spricht man von Forwarding. Manchmal, so im Fall des Source-Route Bridging, befindet sich der Pfad zum Ziel fest in jedem Frame. Da das aber selten, und wie erwähnt, nur in Token-Ring Umgebungen zum Einsatz kommt, soll das Source-Route Bridging hier nicht weiter betrachtet werden.

Bridges sind in der Lage, Frames anhand der Schicht 2 Felder zu filtern. So kann eine Bridge bspw. alle Frames, die von einem bestimmten Netz emfangen werden zurückweisen und damit nicht forwarden. Da Link-Layer Informationen oftmals Verweise auf auf höher gelegene Protokolle (Schicht 3) aufweisen, können Bridges für gewöhnlich auch aufgrund dieser Informationen filtern. Auch beim Umgang mit unnötigen Broadcast- und Multicast-Verkehr kann eine Bridge hilfreich sein.

Zum Thema Bridging findet sich viel Literatur. Einige ausgewählte Beispiele finden sich in [ID97,Hal92,Per93,BAS,BRIa,BRIb]. Darunter ist auch der Standard zum Thema Media Access Control Bridges der IEEE, der detailiert auf das Thema Bridging eingeht ([ID97]).