[转自网络,原作者不详,已略做修改] 网桥工作在数据链路层,将两个LAN连起来,根据MAC地址来转发帧,可以看作一个“低层的路由器”(路由器工作在网络层,根据网络地址如IP地址进行转发)。远程网桥通过一个通常较慢的链路(如电话线)连接两个远程LAN,对本地网桥而言,性能比较重要,而对远程网桥而言,在长距离上可正常运行是更重要的。
网桥与路由器的比较
网桥并不了解其转发帧中高层协议的信息,这使它可以同时以同种凡是处理IP、IPX等协议,它还提供了将无路由协议的网络(如NetBEUI)分段的功能。
由于路由器处理网络层的数据,因此它们更容易互连不同的数据链路层,如令牌环网段和以太网段。网桥通常比路由器难控制。象IP等协议有复杂的路由协议,使网管易于管理路由;IP等协议还提供了较多的网络如何分段的信息(即使其地址也提供了此类信息)。而网桥则只用MAC地址和物理拓扑进行工作。因此网桥一般适于小型较简单的网络。
网桥的使用原因
许多单位都有多个局域网,并且希望能够将它们连接起来。之所以一个单位有多个局域网,有以下6个原因:
首先,许多大学的系或公司的部门都有各自的局域网,主要用于连接他们自己的个人计算机、工作站以及服务器。由于各系(或部门)的工作性质不同,因此选用了不同的局域网,这些系(或部门)之间早晚需相互交往,因而需要网桥。
其次,一个单位在地理位置上较分散,并且相距较远,与其安装一个遍布所有地点的同轴电缆网,不如在各个地点建立一个局域网,并用网桥和红外链路连接起来,这样费用可能会低一些。
第三,可能有必要将一个逻辑上单一的LAN分成多个局域网,以调节载荷。例如采用由网桥连接的多个局域网,每个局域网有一组工作站,并且有自己的文件服务器,因此大部分通信限于单个局域网内,减轻了主干网的负担。
第四,在有些情况下,从载荷上看单个局域网是毫无问题的,但是相距最远的机器之间的物理距离太远(比如超过802.3所规定的2.5km)。即使电缆铺设不成问题,但由于来回时延过长,网络仍将不能正常工作。唯一的办法是将局域网分段,在各段之间放置网桥。通过使用网桥,可以增加工作的总物理距离。
第五,可靠性问题。在一个单独的局域网中,一个有缺陷的节点不断地输出无用的信息流会严重地破坏局域网的运行。网桥可以设置在局域网中的关键部位,就像建筑物内的放火门一样,防止因单个节点失常而破坏整个系统。
第六,网桥有助于安全保密。大多数LAN接口都有一种混杂工作方式(promiscuousmode),在这种方式下,计算机接收所有的帧,包括那些并不是编址发送给它的帧。如果网中多处设置网桥并谨慎地拦截无须转发的重要信息,那么就可以把网络分隔以防止信息被窃。
两种网桥的实现
1、透明网桥
第一种802网桥是透明网桥(Transparent bridge)或生成树网桥(Spanning tree bridge)。支持这种设计的人首要关心的是完全透明。按照他们的观点,装有多个LAN的单位在买回IEEE标准网桥之后,只需把连接插头插入网桥,就万事大吉。不需要改动硬件和软件,无需设置地址开关,无需装入路由表或参数,现有LAN的运行完全不受网桥的任何影响。不可思议的是他们成功了。
透明网桥以混杂方式工作,它接收与之连接的所有LAN传送的每一帧。当一帧到达时,网桥必须决定将其丢弃还是转发。如果要转发,则必须决定发往哪个LAN。这需要通过查询网桥中一张大型散列表里的目的地址而作出决定。该表可列出每个可能的目的地,以及它属于哪一条输出线路(LAN)。在插入网桥之初,所有的散列表均为空。由于网桥不知道任何目的地的位置,因而采用扩散算法(Flooding algorithm):把每个到来的、目的地不明的帧输出到连在此网桥的所有LAN中(除了发送该帧的LAN)。随着时间的推移,网桥将了解每个目的地的位置。一旦知道了目的地位置,发往该处的帧就只放到适当的LAN上,而不再散发。
2、源路由选择网桥
透明网桥的优点是易于安装,只需插进电缆即大功告成。但是从另一方面来说,这种网桥并没有最佳地利用带宽,因为它们仅仅用到了拓扑结构的一个子集(生成树)。这两个(或其他)因素的相对重要性导致了802委员会内部的分裂。支持CSMA/CD和令牌总线的人选择了透明网桥,而令牌环的支持者则偏爱一种称为源路由选择(sourcerouting)的网桥(受到IBM的鼓励)。
源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者都知道接收者是否在同一LAN上。当发送一帧到另外的LAN时,源机器将目的地址的高位设置成1作为标记。另外,它还在帧头加进此帧应走的实际路径。
源路由选择网桥只关心那些目的地址高位为1的帧,当见到这样的帧时,它扫描帧头中的路由,寻找发来此帧的那个LAN的编号。如果发来此帧的那个LAN编号后跟的是本网桥的编号,则将此帧转发到路由表中自己后面的那个LAN。如果该LAN编号后跟的不是本网桥,则不转发此帧。这一算法有3种可能的具体实现:软件、硬件、混合。这三种具体实现的价格和性能各不相同。第一种没有接口硬件开销,但需要速度很快的CPU处理所有到来的帧。最后一种实现需要特殊的 VLSI芯片,该芯片分担了网桥的许多工作,因此,网桥可以采用速度较慢的CPU,或者可以连接更多的LAN。
透明网桥一般用于连接以太网段,而源路由选择网桥则一般用于连接令牌环网段。
远程网桥
网桥有时也被用来连接两个或多个相距较远的LAN。比如,某个公司分布在多个城市中,该公司在每个城市中均有一个本地的LAN,最理想的情况就是所有的LAN均连接起来,整个系统就像一个大型的LAN一样。
该目标可通过下述方法实现:每个LAN中均设置一个网桥,并且用点到点的连接(比如租用电话公司的电话线)将它们两个两个地连接起来。点到点连线可采用各种不同的协议。办法之一就是选用某种标准的点到点数据链路协议,将完整的MAC帧加到有效载荷中。如果所有的LAN均相同,这种办法的效果最好,它的唯一问题就是必须将帧送到正确的LAN中。另一种办法是在源网桥中去掉MAC的头部和尾部,并把剩下的部分加到点到点协议的有效载荷中,然后在目的网桥中产生新的头部和尾部。它的缺点是到达目的主机的校验和并非是源主机所计算的校验和,因此网桥存储器中某位损坏所产生的错误可能不会被检测到。