Un puente de red o bridge es un dispositivo de interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI.
Este interconecta segmentos de red (o divide una red en segmentos)
haciendo la transferencia de datos de una red hacia otra con base en la
dirección física de destino de cada paquete. El término bridge, formalmente, responde a un dispositivo que se comporta de acuerdo al estándar IEEE 802.1D. En definitiva, un bridge conecta segmentos de red formando una sola subred (permite conexión entre equipos sin necesidad de routers). Funciona a través de una tabla de direcciones MAC detectadas en cada segmento al que está conectado. Cuando detecta que un nodo de uno de los segmentos está intentando transmitir datos a un nodo del otro, el bridge copia la trama para la otra subred, teniendo la capacidad de desechar la trama
(filtrado) en caso de no tener dicha subred como destino. Para conocer
por dónde enviar cada trama que le llega (encaminamiento) incluye un
mecanismo de aprendizaje automático (autoaprendizaje) por lo que no
necesitan configuración manual.
Clasificación
Para clasificar los bridges, atenderemos a dos aspectos: los tipos de interfaz y la localización geográfica de las LAN que se van a interconectar.
Según el interfaz
- Homogéneos: interconecta LANs con el mismo protocolo MAC (el nivel físico puede diferir), es decir, no hay conversión de protocolos a nivel 2, simplemente almacenamiento y reenvío de tramas. Un ejemplo de dispositivo homogéneo es un Switch Ethernet.
- Heterogéneos: el puente dispone de una entidad superior encargada de la transformación de cabeceras entre distintos tipos de interfaces. Recibe tramas por una interfaz (P. ej: WiFi) para enviarlas por otra de otro tipo (P. ej: Ethernet). Un ejemplo de dispositivo, con las interfaces de ejemplo anteriores, es un punto de acceso en una red WiFi.
Según la localización geográfica
- Locales: sirven para enlazar directamente dos redes físicamente cercanas.
- Remotos o de área extensa: se conectan en parejas enlazando dos o más redes locales y formando una red de área extensa a través de líneas telefónicas.
Autoaprendizaje
Los puentes de red usan una tabla de reenvío para enviar tramas a lo
largo de los segmentos de la red. Si una dirección de destino no se
encuentra en la tabla, la trama es enviada por medio de flooding
a todos los puertos del bridge excepto por el que llegó. Por medio de
este envío “masivo” de tramas el dispositivo de destino recibirá el
paquete y responderá, quedando así registrada la dirección destino como
una entrada de la tabla. Dicha tabla incluye tres campos: dirección MAC,
interfaz a la que está conectada y la hora a la que llegó la trama (a
partir de este campo y la hora actual se puede saber si la entrada está
vigente en el tiempo). El bridge utilizará esta tabla para determinar qué hacer con las tramas que le llegan.
En el caso de un bridge de dos puertos, la tabla de reenvío puede considerarse como un filtro: el bridge lee en la trama la dirección del destinatario y decide si enviarlo o filtrarlo (desechando dicha trama). Es decir, si el bridge
determina que el nodo de destino está ubicado en otro segmento de la
red, lo retransmite. En caso de detectar que la trama lleva como destino
un nodo del mismo segmento de red, la trama se descarta.
El término de autoaprendizaje se utiliza también para dispositivos
con más de dos puertos. Como ejemplo, consideraremos tres equipos (A,B y
C) conectados a los puertos de un bridge (1, 2 y 3, respectivamente), inicialmente la tabla está vacía y ocurre lo siguiente: A envía una trama a B, por lo que el bridge
examina la dirección de origen y al no existir ninguna entrada, la crea
para A. A continuación comprueba la dirección de destino y la busca en
la tabla. Como no existe se envía dicha trama por los puertos 2 y 3. Una
vez la trama sea recibida por B, este responde a dicha trama y se crea
una nueva entrada para B en la tabla. Cuando C recibe el envío, al no
ser este el destinatario, simplemente se desecha el paquete. A partir de
este momento es posible enviar paquetes entre A y B sin utilizar más
ancho de banda del necesario. En el caso de C se repetirá el mismo
proceso anterior cuando sea conveniente, quedando guardada la
información en la tabla. Originalmente fue desarrollado por Digital Equipment Corporation (DEC) en los ochenta.
Bridges frente a switches
La diferencia más importante entre un bridge y un switch es que los bridges normalmente tienen un número pequeño de interfaces (de dos a cuatro), mientras que los switches pueden llegar a tener docenas; por tanto, este último necesita un diseño de prestaciones elevadas.
Bridges frente a hubs
La principal diferencia entre un bridge y un hub
es que el segundo repite todas las tramas con cualquier destino para el
resto de los nodos conectado; en cambio el primero sólo reenvía las
tramas pertenecientes a cada segmento. De esta forma se aíslan dominios de colisión
mejorando el rendimiento de las redes interconectadas: se disminuye el
tráfico inútil, permite un mayor caudal de transmisión, proporciona
mayor cobertura geográfica y permite dar servicio a más dispositivos.
Bridges frente a routers
Tanto un bridge como un router son dispositivos que se utilizan para encaminar datos, pero lo hacen de diferente manera. Los bridges operan en la capa 2 (nivel de enlace de datos), mientras que los routers lo hacen en la capa 3 (nivel de red) del modelo OSI. Es decir, el bridge toma sus decisiones en base a la dirección MAC y el router lo hará a partir de una dirección IP. Esto se traduce en que los bridges
no son capaces de discernir entre subredes, mientras que los routers sí
lo son. Cuando se diseña una red se puede optar por múltiples opciones,
como juntar varios segmentos mediante un bridge o dividirla en subredes e interconectarla mediante routers.
Para este último caso, si un equipo conectado a una subred se mueve
físicamente a otra subred, ha de cambiarse la IP para tener conexión.
Sin embargo, si un equipo se mueve dentro de una red conectada mediante bridges no haría falta reconfigurar nada.
Ventajas y desventajas de las redes conectadas con bridges
Ventajas
- Es, en general, un dispositivo de bajo precio.
- Aísla dominios de colisión al segmentar la red.
- No necesita configuración previa.
- Control de acceso y capacidad de gestión de la red.
Desventajas
- No se limita el número de reenvíos mediante broadcast.
- Difícilmente escalable para redes muy grandes.
- El procesado y almacenamiento de datos introduce retardos.
- Las redes complejas pueden suponer un problema. La existencia de múltiples caminos entre LANs puede hacer que se formen bucles. El protocolo spanning tree ayuda a reducir problemas con estas topologías.
Ejemplo: Configuración de un puente remoto
Como ejemplo se explica un uso habitual de los bridges: interconexión de LANs separadas geográficamente mediante un enlace punto a punto y dos bridges homogéneos. Una empresa tiene dos sedes, una en Madrid y otra en Barcelona, con sendas subredes conectadas mediante un switch Ethernet.
Para conectarlas de forma que se trate de una sola subred se puede
utilizar un puente homogéneo en cada ciudad unidos mediante un enlace
punto a punto. Este enlace puede ser una línea punto a punto, un
circuito virtual o un enlace inalámbrico. Vamos a suponer que se
contrata una línea en exclusiva y se utiliza el protocolo PPP, los bridges se encargarían de añadir el campo de PPP delante del de Ethernet y las dos sedes tendrían conexión a nivel 2.
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