A hálózatok világában, ahol a bitek és bájtok villámgyorsan száguldanak az éterben és a rézkábelekben, számtalan eszköz gondoskodik a rendről és a hatékony kommunikációról. Ismerjük a switcheket, a routereket, a hubokat és a bridge-eket. Létezik azonban egy kevésbé ismert, ám a maga korában rendkívül fontos szerepet betöltő hibrid eszköz, a brouter. Neve az angol bridge (híd) és router (útválasztó) szavak összevonásából származik, ami tökéletesen leírja kettős természetét: egyetlen eszközben egyesíti a híd és az útválasztó legjobb tulajdonságait.
A brouter egy olyan hálózati eszköz, amely képes az OSI modell 2. rétegében (Adatkapcsolati réteg) hídként, és a 3. rétegében (Hálózati réteg) útválasztóként is működni. Ez a kettős funkcionalitás teszi különlegessé. Képes megvizsgálni a beérkező adatcsomagokat, és a bennük lévő információk alapján eldönteni, hogy az adott csomagot hídként (bridging) vagy útválasztóként (routing) továbbítsa.
A brouter lényegében egy intelligens forgalomirányító, amely protokoll-szinten dönt: ha ismeri és képes kezelni a csomag hálózati protokollját, akkor routolja, ha nem, akkor egyszerűen áthidalja, mintha csak egy transzparens híd lenne.
Ez a képesség a hálózatépítés egy korábbi korszakában volt felbecsülhetetlen értékű, amikor a hálózatokon még nem a TCP/IP protokoll egyeduralma volt jellemző, hanem számos különböző, egymással nem mindig kompatibilis protokoll élt egymás mellett.
A brouter születésének történelmi háttere
Ahhoz, hogy megértsük a brouter jelentőségét, vissza kell utaznunk az időben a 80-as és 90-es évekbe. Ekkoriban a vállalati hálózatok sokkal fragmentáltabbak voltak, mint ma. A Novell a saját IPX/SPX protokollcsomagjával hódított, a Microsoft a NetBEUI-t használta, az Apple az AppleTalk-ot, a DEC pedig a DECnet-et. Ezek mellett lassan, de biztosan teret nyert a ma már egyeduralkodónak számító TCP/IP.
A probléma az volt, hogy ezek a protokollok alapvetően két nagy csoportra oszlottak: routolható és nem routolható protokollokra. A TCP/IP vagy az IPX/SPX routolható volt, ami azt jelenti, hogy tartalmaztak hálózati rétegbeli címzési információkat (pl. IP-cím), amelyek alapján egy router képes volt őket különböző hálózatok között továbbítani. Ezzel szemben a NetBEUI vagy a LAT (Local Area Transport) nem volt routolható; ezeket a protokollokat úgy tervezték, hogy csak egyetlen, szegmentálatlan lokális hálózaton (LAN) belül működjenek.
Egy növekvő vállalatnál ez komoly fejtörést okozott. Hogyan lehet összekötni két olyan irodai hálózatot, amelyek közül az egyik NetBEUI-t használ a fájl- és nyomtatómegosztáshoz, a másik pedig már TCP/IP alapokon kommunikál a központi szerverekkel? Egy hagyományos router a NetBEUI forgalommal nem tudott mit kezdeni, egyszerűen eldobta volna. Egy bridge pedig bár továbbította volna a NetBEUI csomagokat, a TCP/IP forgalmat nem tudta volna intelligensen, a legjobb útvonalon elirányítani a különböző alhálózatok között. Itt lépett a képbe a brouter, mint a tökéletes megoldás.
A brouter kettős működési elve: a híd és a router egy személyben
A brouter lelke a döntési mechanizmusában rejlik. Amikor egy adatcsomag (frame) megérkezik a brouter egyik portjára, az eszköz egy alapos vizsgálatnak veti alá, hogy eldöntse, mi legyen a sorsa. Ez a folyamat több lépésből áll.
Amikor a brouter hídként (bridge) viselkedik
A brouter alapértelmezett vagy másodlagos funkciója a bridging. Ez az OSI modell 2. rétegében, az Adatkapcsolati rétegben történik. Ebben az üzemmódban a brouter a MAC-címek (Media Access Control) alapján dolgozik. A MAC-cím egy egyedi, fizikai azonosító, amellyel minden hálózati kártya rendelkezik.
A folyamat a következőképpen zajlik:
- Csomagvizsgálat: A brouter megvizsgálja a beérkező keret fejlécét, hogy azonosítsa a benne lévő protokollt.
- Döntés a protokoll alapján: Ha a keret egy nem routolható protokollt (pl. NetBEUI) tartalmaz, a brouter azonnal átkapcsol híd üzemmódba.
- MAC-cím tábla használata: A brouter, akárcsak egy bridge, egy belső táblázatot (MAC address table) vezet a hozzá csatlakozó eszközök MAC-címeiről és arról, hogy melyik porton érhetők el.
- Továbbítás vagy szűrés: Megnézi a keret cél MAC-címét. Ha a cél MAC-cím ugyanazon a porton található, ahonnan a keret érkezett, a brouter eldobja azt (szűrés), mivel a cél már ugyanabban a hálózati szegmensben van. Ha a cél egy másik porton érhető el, a brouter csak arra a konkrét portra továbbítja a keretet (továbbítás). Ha a cél MAC-cím ismeretlen, a brouter minden portjára továbbítja a keretet (flooding), kivéve azt, ahonnan érkezett.
A brouter akkor is hídként működhet, ha a csomag egy routolható protokollt (pl. IP) tartalmaz, de a forrás és a cél eszköz ugyanabban az alhálózatban található. Ebben az esetben felesleges lenne a 3. rétegbeli útválasztással terhelni a hálózatot, a 2. rétegbeli továbbítás sokkal hatékonyabb.
Amikor a brouter útválasztóként (router) viselkedik
Ez a brouter intelligensebbik oldala, amely az OSI modell 3. rétegében, a Hálózati rétegben játszódik. Itt már nem a fizikai MAC-címek, hanem a logikai hálózati címek, például az IP-címek játszanak szerepet.
A routing folyamat lépései:
- Csomagvizsgálat: A brouter megvizsgálja a beérkező csomagot, és azonosítja a protokollt.
- Döntés a protokoll alapján: Ha a csomag egy routolható protokollt (pl. TCP/IP, IPX/SPX) tartalmaz, és a célcím egy másik hálózaton van, a brouter router üzemmódba lép.
- Útválasztási tábla (Routing Table) használata: A brouter a saját útválasztási tábláját használja, amely információkat tartalmaz a távoli hálózatokról és a hozzájuk vezető legjobb útvonalakról. Ezt a táblát statikusan is be lehet állítani, vagy dinamikus útválasztó protokollok (pl. RIP, OSPF) segítségével automatikusan frissül.
- Csomag továbbítása: A brouter a tábla alapján kiválasztja a célhálózathoz vezető legjobb kimeneti portot, és továbbítja a csomagot a következő ugrási pont (next hop) felé. A folyamat során a csomag 2. rétegbeli fejlécét (a MAC-címeket) lecseréli, hogy az a következő hálózati szegmensben is kézbesíthető legyen.
A brouter szépsége abban rejlik, hogy ezt a két funkciót dinamikusan, csomagonként képes váltogatni, így egyetlen eszköz elegendő volt egy komplex, többprotokollos hálózat összekapcsolására és menedzselésére.
A brouter és más hálózati eszközök összehasonlítása
A brouter helyének megértéséhez a hálózati hierarchiában érdemes összevetni más, ismertebb eszközökkel. A következő táblázat segít elhelyezni a broutert a hálózati eszközök térképén.
| Eszköz | Működési OSI réteg | Címzés alapja | Fő funkció | Előny | Hátrány |
|---|---|---|---|---|---|
| Bridge (Híd) | 2. réteg (Adatkapcsolati) | MAC-cím | LAN szegmentálás, ütközési tartományok csökkentése | Protokoll-független, egyszerű | Nem képes hálózatok között útvonalat választani, nem szűri a broadcast forgalmat |
| Router (Útválasztó) | 3. réteg (Hálózati) | IP-cím (vagy más L3 cím) | Különböző hálózatok összekötése, útvonalválasztás | Intelligens forgalomirányítás, broadcast tartományok szétválasztása | Nem kezeli a nem routolható protokollokat, lassabb lehet, mint a bridge |
| Brouter | 2. és 3. réteg | MAC-cím és IP-cím | Routolható protokollok útválasztása, nem routolhatók áthidalása | Rendkívül rugalmas, ideális többprotokollos környezetben | Komplexebb konfiguráció, a szoftveres döntési folyamat lassabb lehet |
| Layer 3 Switch | 2. és 3. réteg | MAC-cím és IP-cím | Nagy sebességű, hardveres alapú routing és switching | Rendkívül gyors, a brouter modern utódja | Drágább, és a hangsúly a nagy teljesítményű IP-routingon van |
Brouter vs. Layer 3 Switch: a koncepció evolúciója
A táblázatból is látszik, hogy a brouter modern megfelelője a Layer 3 switch (3. rétegbeli kapcsoló). Mindkét eszköz képes a 2. és 3. rétegben is működni. A legfontosabb különbség a technológiai megvalósításban és a teljesítményben rejlik. A brouterek döntési logikája jellemzően szoftveres alapú volt, a központi processzor (CPU) végezte a csomagok elemzését. Ez a rugalmasság ára a sebesség volt; nagyobb forgalomnál a brouter teljesítménye csökkenhetett.
Ezzel szemben a Layer 3 switchek speciális, célhardvert, úgynevezett ASIC-okat (Application-Specific Integrated Circuit) használnak az útválasztási és kapcsolási feladatok elvégzésére. Ez lehetővé teszi számukra, hogy a routingot „wire-speed”, azaz a hálózati kábel maximális sebességével végezzék, jelentős teljesítménycsökkenés nélkül. A Layer 3 switch lényegében egy nagyon gyors router és egy switch egybeépítve, amely a brouter által megoldott problémára egy sokkal hatékonyabb, hardveresen gyorsított választ ad, elsősorban a TCP/IP protokollra fókuszálva.
A brouter tipikus felhasználási területei és előnyei
A brouterek aranykorukban számos kritikus problémára nyújtottak elegáns megoldást. Legfőbb előnyük a rugalmasságukból fakadt, amely lehetővé tette a hálózati adminisztrátorok számára, hogy egyetlen eszközzel oldjanak meg komplex összekapcsolási feladatokat.
- Vegyes protokollú hálózatok összekötése: Ez volt a brouter „killer app”-je. Egy olyan cégnél, ahol a mérnöki osztály IPX-et, a pénzügy AppleTalk-ot, az adminisztráció pedig NetBEUI-t használt, miközben mindenkinek el kellett érnie a központi TCP/IP alapú szervereket, a brouter volt az egyetlen ésszerű megoldás.
- Költséghatékonyság: Két külön eszköz – egy bridge és egy router – helyett elegendő volt egyetlen broutert vásárolni és konfigurálni. Ez nemcsak a beszerzési költségeket, hanem a menedzsmentre fordított időt és energiát is csökkentette.
- Optimális forgalomirányítás: A brouter intelligensen optimalizálta a hálózati forgalmat. A lokális forgalmat (pl. két gép ugyanabban az alhálózatban) a 2. rétegben, gyorsan továbbította, míg csak a hálózatok közötti kommunikációt emelte fel a 3. rétegbe, csökkentve a routerek terhelését.
- Fokozatos átállás segítése: Amikor egy cég a régebbi, nem routolható protokollokról a TCP/IP-re állt át, a brouter zökkenőmentes átmenetet biztosított. A migráció során mindkét protokollcsomagot képes volt kezelni, így a hálózat részeit fokozatosan lehetett átállítani anélkül, hogy a kommunikáció megszakadt volna.
A brouter egyfajta hálózati fordító és forgalomirányító volt egyben, amely hidat képezett a múlt és a jövő technológiái között.
Miért tűntek el a brouterek?
Ha a brouter ennyire hasznos és sokoldalú eszköz volt, miért nem hallunk róla manapság? A válasz a technológiai fejlődésben és a hálózati világ egységesülésében rejlik. A brouter bukását több tényező együttesen okozta.
Az első és legfontosabb ok a TCP/IP protokoll globális dominanciája volt. Az internet robbanásszerű terjedésével a TCP/IP de facto szabvánnyá vált. A vállalatok felismerték, hogy egyszerűbb és hatékonyabb minden rendszerüket egyetlen, egységes protokollra átállítani. Ahogy az IPX/SPX, a NetBEUI és más alternatív protokollok lassan kikoptak a használatból, a brouter legfőbb létjogosultsága – a többprotokollos környezet kezelése – egyszerűen megszűnt. Egy tisztán TCP/IP alapú hálózaton már nincs szükség egy olyan eszközre, amely a nem routolható protokollokkal bajlódik.
A második ok a már említett Layer 3 switchek megjelenése és elterjedése. Ezek az eszközök sokkal nagyobb teljesítményt kínáltak alacsonyabb portonkénti költség mellett. A hardveres útválasztás sebessége messze felülmúlta a brouterek szoftveres megoldásait, így a nagyvállalati gerinchálózatokban egyértelműen a Layer 3 switchek vették át az uralmat.
Végül, a hálózati technológiák, mint például a VLAN-ok (Virtual LAN), új és rugalmasabb módszereket kínáltak a hálózatok szegmentálására. A VLAN-ok segítségével egy fizikai switchen belül több logikai hálózatot lehet létrehozni, amelyeket aztán egy router vagy Layer 3 switch köt össze. Ez a megközelítés sokkal skálázhatóbb és könnyebben menedzselhető, mint a brouterekkel való zsonglőrködés.
A brouter szellemi öröksége a modern hálózatokban
Bár a dedikált „brouter” feliratú dobozok eltűntek a szerverszobákból, a koncepció és a hibrid funkcionalitás szelleme tovább él a mai napig. A modern hálózati eszközök gyakran sokkal többek, mint aminek a nevük alapján gondolnánk őket.
Vegyük például egy átlagos otthoni vagy kis irodai (SOHO) „Wi-Fi routert”. Ez az eszköz valójában egy rendkívül komplex, integrált hálózati berendezés, amely tökéletesen megtestesíti a brouter filozófiáját. Tartalmaz egy többportos Layer 2 switchet a vezetékes eszközök számára, egy Wi-Fi hozzáférési pontot (Access Point) a vezeték nélküli klienseknek, egy router funkciót, amely a belső hálózatunkat (LAN) köti össze az internettel (WAN), valamint egy tűzfalat és egy DHCP szervert is.
Amikor a laptopunkról, amely Wi-Fi-n csatlakozik, egy fájlt másolunk a vezetékesen bekötött NAS-ra, az eszköz switch/bridge funkciója működik, a forgalom a 2. rétegben zajlik a LAN-on belül. Amikor azonban megnyitunk egy weboldalt, az eszköz router funkciója lép életbe: a kérést a 3. rétegben továbbítja az internetszolgáltató hálózata felé. Ez a modern multifunkciós eszköz tehát egyfajta szuper-brouter, amely a régi hibrid koncepciót viszi tovább a mai igényeknek megfelelően.
A brouter öröksége a virtualizáció és a szoftveresen vezérelt hálózatok (SDN) világában is megmutatkozik. A virtuális switchek és routerek (pl. VMware vSwitch, Linux bridge) szoftveres platformokon futnak, és rendkívül rugalmasan konfigurálhatók, hogy bonyolult bridging és routing feladatokat lássanak el egy adatközponton belül. Ezek a szoftveres megoldások ugyanazt a rugalmasságot és protokoll-szintű intelligenciát kínálják, ami egykor a brouter sajátja volt, csak éppen egy sokkal modernebb, virtualizált környezetben.
A brouter tehát nem csupán egy elavult hardver a hálózatépítés múzeumából. Sokkal inkább egy fontos evolúciós lépcsőfok, egy olyan ötletes megoldás, amely egy átmeneti korszak kritikus problémáira adott választ. Megmutatta, hogy a hálózati rétegek közötti határok elmoshatók, és hogy az intelligens, hibrid eszközök képesek áthidalni a technológiai szakadékokat. Nélküle a 90-es évek vállalati hálózatainak összekapcsolása sokkal bonyolultabb és költségesebb lett volna, és az egységes, IP-alapú világ felé vezető út is göröngyösebb lett volna.