Bridge

Was ist eine Bridge?

Eine Bridge ist ein Gerät der Netzwerktechnik, das zwei oder mehr lokale Netzsegmente auf Schicht 2 des OSI-Modells miteinander verbindet. Anders als ein Repeater, der elektrische Signale lediglich verstärkt und weitergibt, analysiert eine Bridge eingehende Datenpakete, sogenannte Frames, und entscheidet anhand der Ziel-MAC-Adresse, ob und an welchen Port der Frame weitergeleitet wird. Dadurch filtert sie lokalen Verkehr und reduziert die Gesamtlast im Netz. Eine Bridge arbeitet transparent für die Endgeräte und teilt das Netz logisch in Kollisionsdomänen, ohne die Broadcast-Domäne zu verändern.

Historische Entwicklung

Bridges entstanden in den 1980er Jahren, als Ethernet-Netze größer wurden und die Beschränkungen von Repeatern und Hubs deutlich wurden. Ein einfaches Ethernet, das mit Repeatern gekoppelt war, bildete eine einzige große Kollisionsdomäne. Mit zunehmender Teilnehmerzahl stieg die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen und die effektive Bandbreite sank. Bridges segmentierten diese Kollisionsdomänen, indem sie Frames nur dann weitergaben, wenn das Ziel auf einem anderen Segment lag. Mit dem Aufkommen von Switches, die im Prinzip hochdichte, hardwarebeschleunigte Bridges sind, verschwanden eigenständige Bridges weitgehend aus den Netzen, das Funktionsprinzip lebt jedoch in Switches fort.

Funktionsweise einer Bridge

Eine Bridge empfängt einen Ethernet-Frame an einem ihrer Ports vollständig, prüft ihn auf Fehler und analysiert die Ziel-MAC-Adresse. Sie führt eine interne Tabelle, die sogenannte Bridge-Table oder MAC-Table, in der sie die Quell-MAC-Adressen eingehender Frames zusammen mit dem Port, an dem sie empfangen wurden, einträgt. Dieses Lernen erfolgt automatisch und kontinuierlich. Für die Weiterleitung gelten drei Regeln:

Ist die Ziel-MAC-Adresse in der Tabelle enthalten und demselben Port zugeordnet, an dem der Frame empfangen wurde, wird der Frame verworfen. Das Ziel befindet sich im gleichen Segment, der Verkehr ist lokal.
Ist die Ziel-MAC-Adresse einem anderen Port zugeordnet, wird der Frame ausschließlich an diesen einen Port weitergeleitet. So wird der übrige Netzbereich nicht belastet.
Ist die Ziel-MAC-Adresse unbekannt oder handelt es sich um eine Broadcast- oder Multicast-Adresse, wird der Frame an alle Ports außer dem Quellport geflutet. Dadurch erreicht der Frame das Ziel, und die Bridge lernt dessen Port durch die Antwort.

Die Bridge verzögert den Frame geringfügig durch die Verarbeitung, arbeitet aber nach dem Store-and-Forward-Prinzip und verändert den Frameinhalt nicht.

Typen von Bridges

Je nach Einsatzgebiet und Protokoll werden verschiedene Bridge-Arten unterschieden.

Transparent Bridge: Der häufigste Typ, standardisiert in IEEE 802.1D. Die Bridge ist für die Endgeräte unsichtbar, sie benötigt keine spezielle Konfiguration der Stationen. Sie lernt selbstständig MAC-Adressen und entscheidet über die Weiterleitung. Alle modernen Switches verhalten sich als transparente Bridges.
Source-Route Bridge: Genutzt in Token-Ring-Umgebungen, vor allem von IBM. Hier bestimmt nicht die Bridge, sondern das sendende Endgerät den Weg durch das Netz. Der Frame enthält eine Liste der zu durchlaufenden Bridges. Die Bridge wertet diese Quellpfadangabe aus.
Translational Bridge: Übersetzt zwischen unterschiedlichen Netzwerktechnologien, etwa zwischen Ethernet und Token Ring oder zwischen Ethernet und FDDI. Sie passt die Frame-Formate, Adressformate und Geschwindigkeiten an. In heterogenen Umgebungen war dieser Typ kurzzeitig verbreitet, ist heute aber praktisch verschwunden.
Multiport Bridge: Eine Bridge mit mehr als zwei Ports, die mehrere Segmente koppelt. Dies ist das direkte Vorgängermodell des Switches.

Bridge versus Switch

Ein Switch ist funktional nichts anderes als eine schnelle Multiport-Bridge mit zusätzlicher Hardware-Unterstützung. Während klassische Bridges meist als Software- oder Firmware-Lösungen auf einem Prozessor arbeiteten und nur wenige Ports besaßen, erledigen Switches die Weiterleitung mittels spezieller ASICs (Application-Specific Integrated Circuits) mit hoher Geschwindigkeit und bieten eine große Anzahl von Ports. Die Begriffe Bridge und Switch werden heute oft synonym verwendet, wobei Bridge stärker das Prinzip der transparenten Frame-Filterung und Segmentierung betont, während Switch das moderne, dichte Gerät beschreibt. Beide stützen sich auf denselben Mechanismus des MAC-Lernens und der selektiven Weiterleitung.

Spanning Tree Protocol und Bridges

Das Spanning Tree Protocol (STP) wurde ursprünglich für Bridges entwickelt und im Standard IEEE 802.1D festgelegt. In Netzen mit redundanten Pfaden kann es zwischen Bridges zu Schleifen kommen, da Broadcasts und unbekannte Frames endlos im Kreis laufen. STP erkennt solche Schleifen und deaktiviert logisch überflüssige Ports, sodass eine baumartige, schleifenfreie Struktur entsteht. Auch heute wird STP auf Switches betrieben, um redundante Verbindungen abzusichern. Eine Bridge ohne STP wäre in vermaschten Topologien nicht sicher zu betreiben.

Moderne Relevanz

Eigenständige Bridges existieren im heutigen Netzwerkbau kaum noch. Das zugrundeliegende Funktionsprinzip ist jedoch die Basis aller Switches, vom einfachen Desktop-Switch bis zum modularen Rechenzentrumsgerät. Auch in virtuellen Umgebungen arbeiten Hypervisor-interne vSwitches als transparente Bridges. Das Verständnis des Bridge-Konzepts ist essentiell, um MAC-Adresstabellen, VLAN-Verhalten und Spanning-Tree-Prozesse zu begreifen. Jeder Switch-Port verhält sich wie eine einzelne Bridge, die das angeschlossene Segment von den übrigen Ports isoliert.

Zusammenfassung

Die Bridge war das Schlüsselelement zur Überwindung der Beschränkungen flacher Ethernet-Netze. Durch das intelligente Filtern von Frames anhand von MAC-Adressen senkte sie die Netzlast und ermöglichte größere und leistungsfähigere LANs. Ihre Funktionsweise lebt in jedem modernen Switch fort, und das Spanning Tree Protocol wurde speziell für diese Geräteklasse entwickelt. Auch wenn das Gerät Bridge heute vom Markt verschwunden ist, bleibt das Konzept eine grundlegende Säule der Netzwerktechnik.