在LAN中搭起的網橋

2019-11-05 03:18:39

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供稿：網友

網橋（Bridge）也稱橋接器，是連接兩個局域網的存儲轉發設備，用它可以完成具有相同或相似體系結構網絡系統的連接。一般情況下，被連接的網絡系統都具有相同的邏輯鏈路控制規程（LLC），但媒體訪問控制協議（MAC）可以不同。

　　網橋是數據鏈路層的連接設備，準確他說它工作在MAC子層上。網橋在兩個局域網的數據鏈路層（DDL）間接幀傳送信息，在OSI／RM中的位置。

　　網橋是為各種局域網存儲轉發數據而設計的，它對末端節點用戶是透明的，末端節點在其報文通過網橋時，并不知道網橋的存在。

　　網橋可以將相同或不相同的局域網連在一起，組成一個擴展的局域網絡。

一、網橋的工作原理

　　為了說明網橋的工作原理，我們以FDDI為背景敘述之。

　　FDDI是一個開放式網絡，它答應各種網絡設備相互交換數據，網橋連接的兩個局域網可以基于同一種標準，也可以基于兩種不同類型的標準。當網橋收到一個數據幀后，首先將它傳送到數據鏈路層進行差錯校驗，然后再送至物理層，通過物理層傳輸機制再傳送到另一個子網上，在轉發幀之前，網橋對幀的格式和內容不作或只作很少的修改。網橋一般都設有足夠的緩沖區，有些網橋還具有一定的路由選擇功能，通過篩選網絡中一些不必要的傳輸來減少網上的信息流量。

　　例如，當FDDI站點有一個報文要傳到以大網IEEE 802.3 CSMA／CD網上時，需要完成下面一系列工作：

　　　　·站點首先將報文傳至LLC層，并加上LLC報頭。

　　　　·將報文傳送到MAC層，再加上FDDI報頭。FDDI報文最大長度為4500字節，大于此值的報文可分組傳送。

　　　　·FDDI報文最大長度為4500字節，大于此值的到FDDI-IEEE 802.3以太網橋。

　　　　·網橋上的MAC層去掉FDDI報頭，然后送交LLC層處理。

　　　　·經過重新組幀并計算校驗值，形成IEEE802.3數據幀格式，并在前面加上IEEE 802.3報頭。

　　　　·經傳輸媒體將幀傳至IEEE 802.3以太網站點。

　　由于FDDI傳輸速率（100Mbps）與IEEE802.3以太網傳輸速率（10Mbps）不匹配，因此，在網橋上就存在擁擠和超時問題，也就有重發的可能。假如多次重發均告失敗，那么將放棄發送，并通知目的站點網絡可能有故障。

二、網橋的功能

　　一個FDDI網橋，應包括下列基本功能：

　　1．源地址跟蹤

　　網橋具有一定的路徑選擇功能，它在任何時候收到一個幀以后，都要確定其正確的傳輸路徑，將幀送到相應的目的站點。網橋將幀中的源地址記錄到它的轉發數據庫（或者地址查找表）中，該轉發庫就存放在網橋的內存中，其中包括了網橋所能見到的所有連接站點的地址。這個地址數據庫是互聯網所獨有的，它指出了被接收幀的方向，或者僅說明網橋的哪一邊接收到了幀。能夠自動建立這種數據庫的網橋稱為自適應網橋。

　　在一個擴展網絡中，所有網橋均應采用自適應方法，以便獲得與它有關的所有站點的地址。網橋在工作中不斷更新其轉發數據庫，使其漸趨完備，有些廠商提供的網橋答應用戶編輯地址查找表，這樣有助于網絡的治理。

　　2．幀的轉發和過濾

　　在相互連接的兩個局域網之間，網橋起到了轉發幀的作用，它答應每個LAN上的站點與其他站點進行通信，看起來就像在一個擴展網絡上一樣。

　　為了有效地轉發數據幀，網橋提供了存儲和轉發功能，他自動存儲接收進來的幀，通過地址查詢表完成尋址；然后把它轉發到源地址另一邊的目的站點上，而源地址同一邊的幀就被從存儲區中刪除。

　　過濾（Filter）是阻止幀通過網橋的處理過程，有三種基本類型：

　　（1）目的地址過濾當網橋從網絡上接收到一個幀后，首先確定其源地址和目的地址，假如源地址和目的地址處于同一局域網中，就簡單地將其丟棄，否則就轉發到另一局域網上，這就是所謂的目的地址過濾。

　　（2）源地址過濾所謂源地址過濾，就是根據需要，拒絕某一特定地址幀的轉發，這個特定的地址是無法從地址查找表中取得的，但是可以由網絡治理模塊提供。事實上，并非所有網橋都進行源地址的過濾。

　　（3）協議過濾目前，有些網橋還能提供協議過濾功能，它類似于源地址過濾，由網絡治理指示網橋過濾指定的協議幀。在這種情況下，網橋根據幀的協議信息來決定是轉發還是過濾該幀，這樣的過濾通常只用于控制流量、隔離系統和為網絡系統提供安全保護。

　　3．生成樹的演繹

　　生成樹（Spanning Tree）是基于IEEE 802.1d的一種工業標準算法，利用它可以防止網上產生回路，因為回路會使網絡發生故障。生成樹有兩個主要功能：

　　·在任何兩個局域網之間僅有一條邏輯路徑；

　　·在兩個以上的網橋之間用不重復路徑把所有網絡連接到單一的擴展局域網上。

　　擴展局域網的邏輯拓撲結構必須是無回路的，所有連接站點之間都有一個唯一的通路。在擴展網絡系統中，網橋通過名為問候幀的非凡幀來交換信息，利用這些信息來決定誰轉發、誰空閑。確定了要進行轉發工作的網橋還要負責幀的轉發，而空閑的網橋可用作備份。

　　4．協議轉換

　　早期的FDDI網橋結構通常是專用的封裝結構，這是由于早期的FDDI僅與IEEE802.3或IEEE802.5子網相連，不需要和其他局域網中的節點通信。但是，在一個大型的擴展局域網中，有很多系統在一起操作，這種專用的封裝式網橋就無法提供相互操作的能力。為此，采用了新的轉換技術，依照與其他網絡的橋接標準，形成了轉換式網橋，建立可適應局域網互聯的標準幀。

　　（1）封裝式網橋（Encapsulation Bridge）

　　采用一些專用設備和技術，將FDDI作為一種傳輸管道來使用，它要求網上使用同一型號的網橋，這無疑影響了網絡的互操作性能。

　　以FDDI·Ethernet網橋為例，FDDI封裝式網橋使用專用協議技術，用FDDI報頭和報尾來封裝一個以太幀，然后把這個幀轉發到FDDI網絡上，目的地址也隱含在封裝過的幀中。封裝式網橋把這個FDDI幀發送到另一個封裝式網橋上，由該封裝式網橋使用與封裝技術相對應的拆封技術將封裝拆除。由于目的地址被封裝過，因此只能采用廣播幀的形式發送幀，這無疑會降低網絡帶寬的使用率。假如互聯網的規模很大，包含的網橋和局域網很多，那么廣播幀的數目也將增加，這樣勢必會造成不必要的擁擠。

　　封裝式網橋不能通過轉換網橋發送數據，只有同一供貨商提供的同一種封裝式網橋才能一起工作，也不能通過其他供貨商提供的封裝式網橋傳輸數據，除非其他供貨商提供的封裝式網橋也同樣使用這種專用協議。

　　（2）轉換式網橋轉換式網橋（Translating Bridge）克服了封裝式網橋的弊病，將需要傳輸的幀轉換成目的網絡的幀格式，然后再上網傳輸。

　　還是以FDDI·Ethernet網橋為例，以大網工作站要使用連在FDDI上的高性能服務器，必須先將Ethernet幀格式轉換成FDDI格式幀，然后通過FDDI上傳輸至目的服務器，此時服務器接收到的是FDDI格式的幀，故不需做任何改變就可使用。可見轉換式網橋是通用的。任何轉換式網橋都能與其他網橋互相通信。

　　5．分幀和重組

　　網際互聯的復雜程度取決于互聯網絡的報文、幀格式及其協議的差異程度。不同類型的網絡有著不同的參數，其差錯校驗的算法、最大報文分組；生存周期也不盡相同。例如，FDDI網絡中答應的最大幀長度為4500字節，而在IEEE 802.3以大網中最大幀長度為1518字節。這樣網橋在FDDI向Ethernet轉發數據幀時，就必須將FDDI長達4500字節的幀分割成幾個1518字節長度的IEEE 802.3協議以太網幀，然后再轉發到以大網上去，這就是分幀技術。一些通用的通信協議都定義了類似的控制幀大小差異的方法（稱為包分割方法）。反之，在Ethernet向FDDI轉發數據幀時，必須將只有1518字節的以太幀組合成FDDI格式的幀，并以FDDI的格式傳輸，這就是幀的重組。

　　對于使用較長報文格式的協議和應用，幀的分割和重組是非常重要的。假如FDDI網橋中沒有分幀和重組功能，那么通過網橋互聯就無法實現。但是，在協議轉換過程中，分幀和重組工作必須快速完成，否則會降低網橋的性能。

　　6．網橋的治理功能

　　網橋的另一項重要功能是對擴展網絡的狀態進行監督，其目的就是為了更好地調整拓樸邏輯結構，有些網橋還可對轉發和丟失的幀進行統計，以便進行系統維護。網橋治理還可以間接地監視和修改轉發地址數據庫，答應網絡治理模塊確定網絡用戶站點的位置，以此來治理更大的擴展網絡。另外，通過調整生成樹演繹參數還能很好地協調網絡拓樸結構的演繹過程。

三、網橋的種類

　　1．內橋

　　內橋是通過文件服務器中的不同網卡連接起來的局域網。

　　2．外橋

　　外橋不同于內橋，外橋安裝在工作站上，它實現連接兩個相似的局域網絡。外橋可以是專用的，也可以是非專用的。專用外橋不能做工作站使用，它只能用來建立兩個網絡之間的連接，治理網絡之間的通信。非專用外橋既起網橋的作用，又能作為工作站使用。

　　3．遠程橋

　　遠程橋是實現遠程網之間連接的設備，通常遠程橋使用調制解調器與傳輸介質，如用電話線實現兩個局域網的連接。

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