[Das Schleifenproblem] [Filterung des Datenverkehrs] [Spanning-Tree-Algorithmus] [Konfiguration-Frame]

Transparent Bridge

Transparent Bridges sind für die Endgeräte unsichtbar, d.h. das in keinem Frame die Brücke als Ziel oder als Quelle auftaucht. Eine Adressierung der Brücke ist daher nicht möglich.

Damit die Bridge Informationen über die Netzwerktopologie erhält, startet die einen Lernprozess. Sie wertet die MAC-Quelladressen aus und ordnet diese in in einer Adresstabelle ihren Ports zu. Auf diese Weise entwickelt sich ein zusehends vollständigeres Bild der derzeitigen Netzwerktopologie.

Adresstabelle in einer 2-Port-Bridge

Um die Aktualität der Adresstabellen zu gewährleisten, erhalten die Einträge einen Zeitstempel . Empfängt die Bridge innerhalb von 300 Sekunden kein Paket von der entsprechenden MAC-Adresse, wird der Eintrag gelöscht, ansonsten wird der Zeitstempel auf 0 heruntergesetzt. Dieses Verfahren heisst Aging.

Sowohl der Lernprozess, als auch das Aging läßt sich deaktivieren. Die Bridge befindet sich dann im Protected Mode und leitet Pakete nur noch an die MAC-Adressen weiter, die derzeit in den Adresstabellen stehen. Eine weitere Alternative stellen statische Einträge dar. Diese unterliegen nicht dem Aging. Der Verwaltungsaufwand für solche Einträge ist extrem hoch, da die Bridge nicht in der Lage ist, sich Topologieänderungen anzupassen. Statische Einträge werden deshalb nur selten genutzt.

Paketvermittlung

Empfängt die Bridge ein Paket, aktualisiert sie ihre Adresstabelle mit der Quelladresse. Anschliessend prüft sie, ob die Zieladresse in der Adresstabelle enthalten ist. Ist dies der Fall und handelt es sich um einen anderen Port als den, der das Paket empfangen hat, wird das Paket vermittelt. Sind die Ports identisch handelt es sich um lokalen Verkehr und das Paket wird nicht weitergeleitet.
Ist der Empfänger nicht bekannt, kopiert die Brücke das Paket und gibt es an allen zur Verfügung stehenden Ports aus.

Bisher haben wir immer von der Adresstabelle gesprochen. Anstelle einer zentralen Tabelle, die alle Ports verwaltet, besteht auch die Möglichkeit für jeden Port eine eigene Tabelle zu pflegen. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, das diese Tabelle deutlich kleiner ist und dadurch der Suchvorgang weniger Zeit beansprucht. Der grosse Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass diese Tabellen nur lokalen Verkehr identifizieren können und alle nicht lokalen Pakete an alle anderen Ports kopieren müssen. Dadurch kommt es zu einem Anstieg der Netzlast.

Filterung des Datenverkehrs

Bridges können den Datenverkehr filtern:

  1. Das Paket ist beschädigt
  2. Die Lebenszeit des Paketes ist abgelaufen
  3. Das Paket hat eine ungültige Grösse
    (Ethernet 1500 (1518) Bytes, Token-Ring 4MBit/s 4000 Bytes, Token-Ring 16MBit/s 17800 Bytes)
  4. Der Pufferspeicher der Bridge ist ausgelastet

Das Schleifenproblem

Das Schleifenproblem bei einer Transparent-Bridge

Normalerweise gestaltet man Verbindungen zu wichtigen Knotenpunkten im Netzwerk redundant. Dabei kann es jedoch zu Endlosschleifen kommen, die das gesamte Netzwerk lahmlegen können.

Betrachten wir folgendes Beispiel:

Erforschung der Topologie bei einer Transparent-Bridge

Wir haben festgestellt, dass eine Bridge in der Lage ist, ihren Ports Subnetze zuzuordnen. Wenn es heisst, dass eine Bridge annimmt, dass ein Paket aus LAN X kommt, ist also nicht anderes gemeint, als das ein Paket von einem anderen Port als zuvor empfangen wird. In unserem Beispiel empfangen B1 und B3 das Paket auch zuerst an dem Port, der LAN 1 zugeordnet wird, und wenig später an dem Port, der LAN 2 zugeordnet wird. Deshalb ordnen Sie das Paket gewissermassen einem anderen Subnetz zu.

Der Spanning-Tree-Algorithmus (STA)

Dieser Algorithmus wurde entwickelt um die Probleme von Endlosschleifen zu bewältigen. Der ursprünglich von DEC entwickelte Standard wird in einer überarbeiteten und nicht kompatiblen Version durch die IEEE 802.1d beschrieben.

Die aktuelle Konfiguration eines Netzwerkes wird durch folgenden Ablauf festgelegt:

Ausgangs-Topologie

Netzwerktopologie vorher
Veränderte Topologie

Topologie nachher

Die Datenvermittlung wird nach dieser Analyse nur der Bezeichneten Bridge in jedem LAN gestattet, indem die Ports der anderen Bridges in einen Standby-Zustand / Blocking-Zustand versetzt werden. Die Spanning-Tree-Berechnung findet beim Einschalten einer Bridge und nachdem Topologieänderungen erkannt wurden statt, z.B. nach dem Ausfall einer Bridge. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass nur ein gültiger Weg existiert.

Konfigurations-Frame

Damit dieses Verfahren funktionieren kann, müssen Konfigurationsdaten zwischen den Bridges ausgetauscht werden. Dieser Austausch findet immer zwischen benachbarten Bridges statt. Diese Konfigurationsdaten heissen Bridge Protocol Data Units (BPDUs) und weisen folgendes Rahmenformat auf:

Rahmenformat bridge protocol data unti (BPDU)
Protokoll-ID, Version, Meldungstyp
enthält derzeit den Nullwert
Flag (1 Byte)
- Topology-Change-Bit (TC): Änderung in der Topologie
- Topology-Acknowledgement-Bit (TCA): Bestätigung, dass ein BPDU-Frame mit gesetztem TC-Bit empfangen wurde
Root-ID
Identifizierung der Root-Bridge durch Angabe von Priorität (2 Byte) und ID (6 Byte)
Root-Pfadkosten
Pfadkosten der Bridge, die das Frame an die Root-Bridge gesendet hat
Bridge-ID
Priorität und ID der sendenden Bridge
Port-ID
Identifizierung des Ports, von dem das Frame gesendet wurde
Meldungsalter
bei Root: Zeit seit dem Absenden der Konfigurationsmeldung
Maximales Alter
Zeitpunkt, an dem die Meldung gelöscht werden soll
Hello-Zeit
Zeitspanne zwischen den Root-Bridge-Konfigurationsmeldungen, normalerweise 1-4 Sekunden
Vorwärtsverzögerung
Wartezeit nach einer Topologie-Änderung. Soll zu frühe Wechsel bei der Bridge-Konfiguration vermeiden und wirklich allen Teilnehmern die Zeit geben die neuen Netzwerkverbindungen einzugehen, um die neue Topologie herzustellen.


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