Verkkosilta (tietoliikenne) – määritelmä, toiminta ja ero kytkimeen

Verkkosilta on laite, joka yhdistää kaksi verkon osaa toisiinsa tiedonsiirtokerroksella (OSI-mallin 2. kerros). Silta käsittelee Ethernet-kehyksiä (MAC-osoitteisiin perustuen) ja voi suodattaa, välittää tai kopioida kehyksiä porttien välillä sen perusteella, mihin kohdeosoite sijaitsee.

Toimintaperiaate

Verkkosilta toimii yleensä seuraavalla tavalla:

• Se oppii lähiverkon (LAN) laitteiden MAC-osoitteita liitetyiltä porteilta rakentamalla sisäisen MAC-osoitustaulun (learning/tables). Tauluun tallennetaan osoitteen ja portin välinen yhteys sekä osoitteiden vanhenemisaika (aging).
• Kun kehys saapuu, silta tarkistaa kohde-MAC-osoitteen. Jos kohdeosoite löytyy taulusta ja se on toisella puolella, kehys välitetään vain sille portille (forwarding).
• Jos kohdeosoitetta ei löydy, kehys lähetetään edelleen kaikille muille porteille (flooding), jolloin se tavoittaa myös laitteet, jotka eivät vielä ole opittuna.
• Sillat voivat myös suodattaa kehyksiä — esimerkiksi estää sisäisen liikenteen kulkemisen, jos kohde on saman portin takana.

Ominaisuudet ja lisätoiminnot

• MAC-oppiminen ja -taulukot: Silta rakentaa ja ylläpitää MAC-osoitetaulua, jonka avulla päätetään kehysten reititys.
• Törmäys- ja lähetysalueet: Jokainen siltaportti muodostaa oman törmäysalueensa (collision domain). Silta ei yleensä eristä broadcast-domainia — lähetetyt broadcast- ja multicast-kehykset kulkevat usein siltojen läpi.
• Luuppien estäminen: Kun verkossa on useita polkuja, siltojen välillä voi syntyä silmukoita. Tätä varten käytetään esimerkiksi Spanning Tree Protocolia (STP), joka estää looppien muodostumisen ja varmistaa yhden toimivan polun.
• Ohjelmisto- vs. laitteistasilta: Historisesti sillat olivat usein ohjelmistopohjaisia (monimutkaisuus ja prosessointi tapahtui CPU:ssa), kun taas modernit kytkimet käyttävät laitteistopohjaisia ASIC-piirejä nopeuttaakseen pakettikäsittelyä.
• Virtuaaliset sillat: Nykyjärjestelmissä (esim. Linuxin bridge) käytetään ohjelmistosillauksia virtualisoinnissa ja konttiympäristöissä yhdistämään virtuaaliset verkot fyysiseen verkkoon.
• Langaton siltaus: Joissain tilanteissa langaton tukiasema voi toimia siltana yhdistäen langattoman ja langallisen segmentin.

Miten verkkosilta eroaa kytkimestä?

Verkkokytkimet ja sillat toimivat molemmat OSI-viitemallin datalinkkikerroksella (Layer 2) ja jakavat monia perustoimintoja (MAC-oppiminen, kehysten välitys ja suodatus). Kytkimiä pidetään kuitenkin yleisesti edistyneempinä ja suorituskykyisempiä laitteina. Tärkeimmät erot ovat:

• - Pakettien välitys silloissa tapahtuu usein ohjelmiston avulla, kun taas kytkimissä välitys tehdään usein erikoistuneilla ASIC-piireillä (Application Specific Integrated Circuits), mikä nopeuttaa käsittelyä.
• - Kytkimet toimivat yleensä nopeammin ja pienemmillä latensseilla kuin perinteiset sillat.
• - Sillan kytkentämenetelmä on tyypillisesti store-and-forward (kehys vastaanotetaan kokonaan, tarkistetaan ja sen jälkeen lähetetään). Kytkimissä on usein useita kytkentätiloja: store-and-forward, cut-through (lähetys alkaa heti kun kohdeosoite on luettu) ja fragment-free (odottaa pienen osan kehyksestä virheiden ehkäisemiseksi).
• - Tavallisesti kytkimissä on enemmän portteja ja paremmat laajennusmahdollisuudet kuin perinteisissä silloissa.
• - Sillat ovat perinteisesti voineet tukea vain puolikudellista (half-duplex) tilaa, kun taas modernit kytkimet tukevat sekä puolikudellista että täysduplex-tilaa.
• - Molemmilla on yksi törmäysalue porttia kohti, mutta kytkimissä voi olla yksi lähetysalue (broadcast domain) VLANia kohti — eli VLANit erottavat lähetysalueita kytkimessä.
• - Kytkimet tukevat tehokkaasti LANin täysduplex-viestintää ja useilla kehittyneillä kytkimillä on lisäksi tuki VLANeille, QoS:lle, link aggregationille ja muille hallintatoiminnoille.

Käyttökohteet ja rajoitukset

Sillat ovat olleet historiallisesti hyödyllisiä pienten verkkojen segmentoinnissa ja erilaisten teknologioiden yhdistämisessä. Nykyään fyysiset laitteistasilta-funktiot on kuitenkin lähes kokonaan korvattu kytkimillä ja reitittimillä. Siltoja käytetään yhä:

• virtuaalisissa ympäristöissä (ohjelmistosillaukset virtualisoinnissa),
• yhdistettäessä erilaisia väyliä tai teknologioita,
• langattoman ja langallisen verkon liittämiseen tietyissä topologioissa.

Rajoituksina ovat suorituskyky (erityisesti ohjelmistopohjaisissa silloissa), ominaisuuksien puute verrattuna moderneihin hallittaviin kytkimiin sekä tarve huolehtia silmukoista STP:n avulla.

Yhteenveto

Verkkosilta on Layer 2 -laite, joka välittää ja suodattaa Ethernet-kehyksiä MAC-osoitteiden perusteella. Se auttaa jakamaan verkkoa törmäysalueisiin ja vähentämään tarpeetonta liikennettä, mutta modernissa verkkoarkkitehtuurissa useimmat sillan tehtävät hoitaa nykyään kytkin, joka tarjoaa paremman suorituskyvyn ja lisäominaisuuksia (VLAN, QoS, nopeampi kytkentä). Ohjelmistosillat kuitenkin säilyttävät merkityksensä virtualisoinnissa ja erikoistapauksissa.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on verkkosilta?

K: Miten verkkosilta toimii?

Kysymys: Onko verkkosillasta myös jokin muu nimi?

K: Miten niitä verrataan keskittimiin ja toistimiin?

K: Millä OSI-mallin kerroksella verkkosilta toimii?

K: Millaista liikennettä silta lähettää?

K: Onko siltojen ja kytkimien välillä eroa siinä, miten ne hallitsevat liikennettä?

Hae kirjaimella