一、什么是網(wǎng)橋?

    網(wǎng)橋工作在數(shù)擬鏈路層.將兩個LAN連起來，根據(jù)MAC地址來轉(zhuǎn)發(fā)幀可以石作一個“低層的路由煞”(路111器工作在網(wǎng)絡(luò)層，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址如IP地址進行轉(zhuǎn)發(fā)).

    遠程網(wǎng)橋通過一個通常較慢的鏈路(如電話線)連接兩個遠程LAN,對本地網(wǎng)橋而言，性能比較重要.而對遠程網(wǎng)橋而言，在長距離L可正常運行是更重要的.

網(wǎng)橋與路由器的比較

    網(wǎng)橋并不了解其轉(zhuǎn)發(fā)幀中高層協(xié)議的信息.這使它可以同時以同種方式處理IP、IPX等協(xié)議,它還提供了將無路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)(如NetBEUI)分段的功能。

    由于路山a處理網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù).因此它們更容易互連不同的數(shù)據(jù)鏈路層.如令牌環(huán)網(wǎng)段和以太網(wǎng)段。網(wǎng)橋通常比路由器難控制。像IP等協(xié)議有交雜的路山協(xié)議，使網(wǎng)竹易于竹理路山;IP等協(xié)議還提供了較多的網(wǎng)絡(luò)如何分段的信息(即使其地址也提供了此類信息)。而網(wǎng)橋則只用MAC地址和物理拓撲進行工作。因此網(wǎng)橋一般適于小型較簡單的網(wǎng)絡(luò)。

二、使用原因
    許多單位都有多個局域網(wǎng)，并且希望能夠?qū)⑺鼈冞B接起來。之所以一個單位有多個局域網(wǎng)，有以下6個原因:

    第1，許多大學的系或公司的部門都有各自的局域網(wǎng).主要用于連接他們自己的個人計算機、工作站以及服務(wù)器。由于各系(或部門)的工作性質(zhì)不同，因此選用了不同的局域網(wǎng).這些系(或部門)之間旱晚需相互交往，因而需要網(wǎng)橋。

    第2，一個單位在地理位置上較分散，并且相距較遠與其安裝一個遍布所有地點的同軸電纜網(wǎng).不如在各個地點建立一個局域網(wǎng).并用網(wǎng)橋連接起來.這樣費用可能會低一些。

    第3，可能有必要將一個邏輯上單一的LAN分成多個局域網(wǎng).以調(diào)節(jié)載荷。例如采用由網(wǎng)橋連接的多個局域網(wǎng).每個局域網(wǎng)有一組工作站.并且有自己的文件服務(wù)器.因此大部分通信限于單個局域網(wǎng)內(nèi)。減輕了主千網(wǎng)的負擔。

    第4，在有些情況下，從載荷上著單個局域網(wǎng)是毫無問題的，但是相距最遠的機器之間的物理距離太遠(比如超過802.3所規(guī)定的2.5km)。即使電纜鋪設(shè)不成問題，們由于來回時延過長，網(wǎng)絡(luò)仍將不能正常工作。唯一的辦法越將局域網(wǎng)分段，在各段之間放置網(wǎng)橋。通過使川網(wǎng)橋，可以增加工作的總物理距離。

    第5.可靠性問題。在一個單獨的局域網(wǎng)中，一個有缺陷的節(jié)點不斷地輸出無)日的信息流會嚴重地破壞局域網(wǎng)的運行。網(wǎng)橋可以設(shè)置在局域網(wǎng)中的關(guān)鍵部位.就像建筑物內(nèi)的防火門一樣，防止因單個竹點失常而破壞整個系統(tǒng)。

    第6.網(wǎng)橋有助于安全保密。人多數(shù)LAN接口都有一種規(guī)雜工作方式(promiscuous mode).在這種方式下.計算機接收所有的幀，包括那些并不是編址發(fā)送給它的幀。如果網(wǎng)中多處設(shè)置網(wǎng)橋并謹慎地攔截無須轉(zhuǎn)發(fā)的重要信息.那么就可以把網(wǎng)絡(luò)分隔以防止信息被竊。

三、兼容性問題

    有人可能會天真地認為從一個802局城網(wǎng)到另一個802局域網(wǎng)的網(wǎng)僑非常簡單.似實際上并非如此.在802.x到802.y的九種組合中，每一種都有它自己的特殊問題要解決。在討論這些特殊問題之前，先來看一看這些網(wǎng)橋共同面臨的一般性問題。

    首先，各種局域網(wǎng)采用了不同的幀格式。這種不兼容性并不是由技術(shù)上的原因造成的.而僅僅是由于支持三種標準的公司(Xerox, GM和IBM).沒有一家愿意改變自己所支持的標準。其結(jié)果是:在不同的局域網(wǎng)間復制幀要重排格式，這需要占用CPU時間，重新計算校驗和.而且還有可能產(chǎn)生因網(wǎng)橋存儲錯誤而造成的無法檢測的錯誤。

    第二個問題是互聯(lián)的局域網(wǎng)并非必須按相同的數(shù)據(jù)傳輸速率運行。當快速的局域網(wǎng)向慢速的局域網(wǎng)發(fā)送一長串連續(xù)幀時，網(wǎng)橋處理幀的速度要比頓進入的速度慢。網(wǎng)橋必須用緩沖區(qū)存儲來不及處理的頓，同時還得提防耗盡存儲器。即使是10Mb/s的802.4到10Mb/s的802.3的網(wǎng)橋，在某種程度上也存在這樣的問題。因為802.3的部分帶寬耗費于沖突。802.3實際上并不是真的10Mb/s,而802.4 （幾乎)確實為10Mb/s。

    與網(wǎng)橋瓶頸問題相關(guān)的一個細微而重要的問題是其上各層的計時器值。假如802.4局域網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)層想發(fā)送一段很一長的報文(幀序列)。在發(fā)出最后一帕之后，它開啟一個計時器，等待確認。如果此報文必須通過網(wǎng)橋轉(zhuǎn)到慢速的802.5網(wǎng)絡(luò).那么在最后一頓被轉(zhuǎn)發(fā)到低速局域網(wǎng)之前，計時器就有可能時間到。網(wǎng)絡(luò)層可能會以為幀丟失而重新發(fā)送招個報文。幾次傳送失敗后，網(wǎng)絡(luò)層就會放棄傳輸并告訴傳輸層目的站點己經(jīng)關(guān)機。

    第三，在所有的問題中，可能最為嚴重的問題是三種802 LAN有不同的最大幀長度。對于802.3.最大幀長度取決于配置參數(shù)，但對標準的10M/bs系統(tǒng)城大有效載荷為1500字節(jié)。802.4的最大幀長度固定為8191字節(jié)。802.5沒有上限，只要站點的傳輸時間不超過令牌持有時間。如果令牌時間缺省為1Oms.則最人幀一長度為5000字一協(xié)。一個顯而易見的問題出現(xiàn)了:當必須把一個長頓轉(zhuǎn)發(fā)給不能接收長幀的局域網(wǎng)時.將會怎么樣?在本層中不考慮把頓分成小段。所有的協(xié)議都假定幀要么到達要么沒有到達，沒有條款規(guī)定把更小的單位重組成幀。這井不是說不能設(shè)計這樣的協(xié)議.可以設(shè)計并己有這種協(xié)議，只是802不提供這種功能。這個問題基本上無法解決.必須丟棄因太長而無法轉(zhuǎn)發(fā)的幀。其透明程度也就這樣了。

    由于各種802 LAN的特殊性，如:802.4幀帶有優(yōu)先權(quán)位、802.5幀字節(jié)中有A和C位等，九種網(wǎng)橋都有其特殊的問題.見下表:

    1、重新格式化幀，并計算新的校驗和。
    2、反轉(zhuǎn)比特順序。
    3、復制優(yōu)先權(quán)值，不管有無意義。
    4、產(chǎn)生一個假想的優(yōu)先權(quán)。
    5、丟棄優(yōu)先權(quán)。
    6、流向環(huán)(某種程度上)。
    7、設(shè)置A位和C位。
    8、擔心擁塞(快速LAN至慢速LAN)。
    9、擔心令牌因為交換ACK延遲或不可能而脫手。
    10、如果幀對目的LAN太長，則將其丟棄。

設(shè)定的參數(shù):
    802.3: 1500字節(jié)幀10Mb/s減去碰撞次數(shù))
    802.4: 8191字節(jié)幀10Mb/s
    802.5: 5000字節(jié)幀4Mb/s

    當IEEE802委員會開始制訂LAN標準時，未能商定一個統(tǒng)一的標準.卻產(chǎn)生了3個互不兼容的標準，這一失策已受到了嚴厲的抨擊。后來，在制定互聯(lián)這3種LAN的網(wǎng)橋的標準時，該委員會決心干得好一些。這一次確實較為成功，他們提出了2種互不兼容的網(wǎng)橋方案。直到目前為止，還無人要求該委員會制訂連接它的2個不兼容網(wǎng)橋的網(wǎng)關(guān)標準。

四、兩種網(wǎng)橋
1、透明網(wǎng)橋
    第一種802無線網(wǎng)僑是透明網(wǎng)橋(transparent bridge)或生成樹網(wǎng)橋(spanning tree bridge)。支持這種設(shè)計的人首要關(guān)心的是完全透明。按照他們的觀點.裝有多個LAN的單位在買回IEEE標準網(wǎng)橋之后.只需把連接抽頭捅入網(wǎng)橋，就萬事大吉。不需要改動硬件和軟件.無需設(shè)置地址開關(guān)。無需裝入路由表或參數(shù)?？傊裁匆膊桓?。只須插入電纜就完事，現(xiàn)有LAN的運行完全不受網(wǎng)橋的任何影響。這真是不可思議，他們最終成功了。

    透明網(wǎng)橋以混雜方式工作.它接收與之連接的所有LAN傳送的每一幀。當一幀到達時.網(wǎng)橋必須決定將其丟棄還是轉(zhuǎn)發(fā)。如果要轉(zhuǎn)發(fā).則必須決定發(fā)往哪個LAN。這需要通過查詢網(wǎng)橋中一張大型散列表里的目的地址而作出決定。該表可列出沒個可能的目的地.以及它屬于哪一條輸出線路(LAN)。在插入網(wǎng)橋之初，所有的散列表均為空。由于網(wǎng)橋不知道任何目的地的位置。因而采用擴散算法(flooding algorithm):把每個到來的、目的地不明的幀輸出到連在此網(wǎng)橋的所有LAN中(除了發(fā)送該幀的LAN)。隨著時間的推移.網(wǎng)僑將了解每個目的地的位置。一旦知道了目的地位置,發(fā)往該處的幀就只放到適當?shù)腖AN上，而不再散發(fā)。

    透明網(wǎng)橋采用的算法是逆向?qū)W習法(backward learning)。網(wǎng)橋按混雜的方式工作.故它能看見所連接的任一LAN上傳送的頓。查看源地地即可知道在哪個LAN上可訪問哪臺機器.于是在散列表中添上一項。

    當計算機和網(wǎng)橋加電、斷電或遷移時，網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)會隨之改變。為了處理動態(tài)拓撲問題，每當增加散列表項時.均在該項中注明幀的到達時間。每當目的地已在表中的幀到達時，將以當前時間更新該項。這樣.從表中每項的時間即可知道該機器址后幀到來的時間。網(wǎng)橋中有一個進程定期地掃描散列表，清除時間早于當前時間若干分鐘的全部表項。于是，如果從LAN上取下一臺計算機，并在別處重新連到LAN上的話.那么在幾分鐘內(nèi).它即可重新開始正常工作而無須人工干預。這個算法同時也意味著.如果機器在幾分鐘內(nèi)無動作，那么發(fā)給它的幀將不得不散發(fā).一直到它自己發(fā)送出一幀為止。

    到達頓的路由選擇過程取決于發(fā)送的LAN（源LAN)和目的地所在的LAN (目的LAN).如下所示:

    1、如果源LAN和目的LAN相同，則丟棄該幀。
    2、如果源LAN和目的LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)該幀.
    3、如果目的LAN未知，則進行擴散。

    為了提高可靠性，有人在LAN之間設(shè)置了并行的兩個或多個網(wǎng)橋，但是，這種配置引起了另外一些問題，因為在拓撲結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了回路，可能引發(fā)無限循環(huán)。其解決方法就是下而要講的生成樹(spanning tree)算法。

    例如.有一個目的地不明的幀F(xiàn).每個網(wǎng)橋按照處理目的地不明幀的規(guī)則進行擴散，假設(shè)在此例中的網(wǎng)橋1看見目的地不明的F，將其復制后產(chǎn)生F1緊接著，網(wǎng)橋2看見目的地不明的F1，將其復制后產(chǎn)生F2;類似的，網(wǎng)橋1又產(chǎn)生F3等形成循環(huán)。

生成樹網(wǎng)橋

    解決上而所說的無限循環(huán)問題的方法是讓網(wǎng)橋扣互通信，并用一棵到達句個LAN的生成樹覆蓋實際的拓撲結(jié)構(gòu)。使用生成樹，可以確保任兩個LAN之間只有唯一一條路徑。一旦網(wǎng)橋商定好生成樹，LAN間的所有傳送都遵從此生成樹。由于從行個源到句個目的地只有唯一的路徑，故不可能再有循環(huán)。

    為了建造生成樹，首先必須選出一個網(wǎng)橋作為生成樹的根。實現(xiàn)的方法是每個網(wǎng)橋廣播其序列號(該序列號由廠家設(shè)置并保證全球唯一).選序列號最小的網(wǎng)橋作為根。接著，按根到每個網(wǎng)橋的最短路徑來構(gòu)造生成樹。如果某個網(wǎng)橋或LAN故障.則重新計算。網(wǎng)橋通過BIPDU(Dridge Protocol Data Unit)互相通信，在網(wǎng)橋做出配置自己的決定前.每個網(wǎng)橋和氣個端口需要下列配置數(shù)據(jù):

     網(wǎng)橋:網(wǎng)橋ID(唯一的標識）

    端口:端口ID(唯一的標識，端口相對優(yōu)先權(quán)各端口的花費(高帶寬=低花費)

    配置好各個網(wǎng)橋后，網(wǎng)橋?qū)⒏鶕?jù)配置參數(shù)自動確定生成樹，這一過程有三個階段:

1、選擇根網(wǎng)橋

    具有址小網(wǎng)橋ID的網(wǎng)橋被選作根網(wǎng)橋。網(wǎng)橋ID應(yīng)為唯一的，們?nèi)魞蓚€網(wǎng)橋具有相同的址小ID，則MAC地址小的網(wǎng)橋被選作根。

2.在其它所有網(wǎng)橋上選擇根端口

    除根網(wǎng)橋外的各個網(wǎng)橋需要選一個根端口.這應(yīng)該是最適合與根網(wǎng)橋通信的端口。通過計算各個端口到根網(wǎng)橋的花費，取最小者作為根端口。

3、選擇每個LAN的“指定(designated)網(wǎng)橋”和“指定端口”

    如果只有一個網(wǎng)橋連到某LAN.它必然是該LAN的指定網(wǎng)橋，如果多于一個.則到根網(wǎng)橋花費最小的被選為該LAN的指定網(wǎng)橋。指定端口連接指定網(wǎng)橋和相應(yīng)的LAN(如果這樣的端目多于一個。則低優(yōu)先權(quán)的被選)。

一個端口必須為下列之一:

    1、根端口
    2、某LAN的指定端口
    3、阻塞端口

    當一個網(wǎng)橋加電后，它假定自己是根網(wǎng)橋，發(fā)送出一個CBPDU（Configuration BridgeProtocol Data Unit)，告知它認為的根網(wǎng)橋ID。一個網(wǎng)橋收到一個根網(wǎng)橋ID小于其所知ID的CBPDU，它將更新自己的表.如果該頓從根端口(上傳)到達.則向所有指定端口(下傳）分發(fā)。當一個網(wǎng)橋收到一個根網(wǎng)橋ID大于其所知ID的CBPDC.該信息被丟棄.如果該頓從指定端口到達.則回送一個幀告知真實根網(wǎng)橋的較低ID.

    當有意地或由于線路故障引起網(wǎng)絡(luò)重新配置，上述過程將重復。產(chǎn)生一個新的生成樹。

2、源路山選擇網(wǎng)橋

    透明網(wǎng)橋的優(yōu)點是易于安裝，只需插進電纜即大功告成。但是從另一方面來說，這種網(wǎng)橋并沒有最佳地利用帶寬，因為它們僅僅用到了拓撲結(jié)構(gòu)的一個子集(生成樹)。這兩個(或其他) 因素的相對重要性導致了802委員會內(nèi)部的分裂。支持CSMA/CD和令牌總線的人選擇了透明網(wǎng)橋，而令牌環(huán)的支持者則偏愛一種稱為源路山選擇(source routing)的網(wǎng)橋(受到IBM的鼓勵)。

    源路由選擇的核心思想是假定每個頓的發(fā)送者都知道接收者是否在同一LAN上。當發(fā)送一幀到另外的LAN時，源機器將目的地址的高位設(shè)置成1作為標記。另外，它還在幀頭加進此幀應(yīng)走的實際路徑。

    源路由選擇網(wǎng)橋只關(guān)心那些目的地址高位為1的幀，當見到這樣的幀時，它掃描幀頭中的路由，尋找發(fā)來此幀的那個LAN的編號。如果發(fā)來此幀的那個LAN編號后跟的是本網(wǎng)橋的編號，則將此幀轉(zhuǎn)發(fā)到路由表中自己后面的那個LAN。如果該LAN編號后跟的不是本網(wǎng)橋，則不轉(zhuǎn)發(fā)此幀。這一法有3種可能的具體實現(xiàn):軟件、硬件、混合。這三種具體實現(xiàn)的價格和性能各不相同。第一種沒有接口硬件開銷，但需要速度很快的CPU處理所有到來的幀。最后一種實現(xiàn)需要特殊的VISI芯片，該芯片分擔了網(wǎng)橋的許多工作，因此，網(wǎng)橋可以采用速度較饅的CPU.或者可以連接更多的LAN.

    源路由選擇的前提是互聯(lián)網(wǎng)中的每臺機器都知道所有其他機器的最佳路徑。如何得到這些路由是源路由選擇算法的重要部分。獲取路由算法的基本思想是:如果不知道目的地地址的位置。源機器就發(fā)布一廣播幀，詢問它在哪里。每個網(wǎng)橋都轉(zhuǎn)發(fā)該查找?guī)?discovery frame)，這樣該頓就可到達互聯(lián)網(wǎng)的每一個LAN.當答復回來時，途經(jīng)的網(wǎng)橋?qū)⑺鼈冏约旱臉俗R記錄在答復幀中，于是，廣一播幀的發(fā)送者就可以得到確切的路由，并可從中選取最佳路由。

    雖然此算法可以找到最佳路由(它找到了所有的路由》.但同時也而臨著幀爆炸的問題。透明網(wǎng)橋也會發(fā)生有點類似的狀況，但是沒有這么嚴重。其擴散是按生成樹進行.所以傳送的總幀數(shù)是網(wǎng)絡(luò)大小的線性函數(shù)，而不象源路山選擇是指數(shù)函數(shù)。一旦主機找到至某日的地的一條路由，它就將其存入到高速緩沖器之中，無需再作查找。雖然這種方法人大遏制了幀爆炸，但它給所有的主機增加了事務(wù)性負擔，而且整個算法肯定是不透明的。

3、兩種網(wǎng)橋的比較

    透明網(wǎng)橋一般用于連接以太網(wǎng)段，而源路由選擇網(wǎng)橋則一般用于連接令牌環(huán)網(wǎng)段。

五、遠程網(wǎng)橋

    網(wǎng)橋有時也被用來連接兩個或多個相距較遠的LAN.比如.某個公司分布在多個城市中.該公司在每個城市中均有一個本地的LAN,最理想的情況就是所有的LAN均連接起來，整個系統(tǒng)就像一個人型的LAN一樣。

    該目標可通過下述方法實現(xiàn):每個LAN中均設(shè)置一個網(wǎng)橋.并且用點到點的連接(比如租用電話公司的電話線)將它們兩個兩個地連接起來。點到點連線可采用各種不同的協(xié)議。辦法之一就是選用某種標準的點到點數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，將完整的MAC幀加到有效載荷中。如果所有的LAN均相同，這種辦法的效果最好，它的唯一問題就是必須將頓送到正確的LAN中。另一種辦法是在源網(wǎng)橋中去掉MAC的頭部和尾部，并把剩下的部分加到點到點協(xié)議的有效載荷中，然后在目的網(wǎng)橋中產(chǎn)生新的頭部和尾部。它的缺點是到達目的主機的校驗和并非是源主機所計算的校駿和，因此網(wǎng)橋存儲器中某位損壞所產(chǎn)生的錯誤可能不會被檢側(cè)到。

總結(jié):
    網(wǎng)橋:轉(zhuǎn)換網(wǎng)橋(透明網(wǎng)橋(生成樹網(wǎng)橋)、源路由選擇網(wǎng)橋).遠程網(wǎng)橋。
    網(wǎng)橋用來連接兩個或多個相同或不同的LAN,
    網(wǎng)橋是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。
    網(wǎng)橋的工作原理是，收到一個幀后，查看其目的MAC地址和源MAC地址:
    1、如果源LAN和目的LAN相同，則丟棄該幀。
    2、如果源LAN和目的LAN不同，則查找地址表，轉(zhuǎn)發(fā)該幀。
    3、如果目的LAN未知，則進行擴散。
    網(wǎng)橋的地址表是通過“逆向?qū)W習法”學習到的。
    在轉(zhuǎn)發(fā)時，若兩個LAN不同，則要進行幀格式的轉(zhuǎn)換，若速率不同，則要進行緩存。
    為避免數(shù)據(jù)幀在有回路的網(wǎng)絡(luò)中無限循環(huán)，網(wǎng)橋采用了生成樹協(xié)議。