資料來源：http://www.cnpaf.net/Class/Ethernet/200408/403.html，中國協(xié)議分析網(wǎng)
一、什么是網(wǎng)橋？


網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，將兩個LAN連起來，根據(jù)MAC地址來轉(zhuǎn)發(fā)幀，可以看作一個“低層的路由器”（路由器工作在網(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，在長距離上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凡是處理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。

由于路由器處理網(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。象IP等協(xié)議有復(fù)雜的路由協(xié)議，使網(wǎng)管易于管理路由；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：

首先，許多大學(xué)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）之間早晚需相互交往，因而需要網(wǎng)橋。

其次，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)橋和紅外鏈路連接起來，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)，減輕了主干網(wǎng)的負擔(dān)。

第 4，在有些情況下，從載荷上看單個局域網(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，但由于來回時延過長，網(wǎng)絡(luò)仍將不能正常工作。唯一的辦法是將局域網(wǎng)分段，在各段之間放置網(wǎng)橋。通過使用網(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)點不斷地輸出無用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)的放火門一樣，防止因單個節(jié)點失常而破壞整個系統(tǒng)。

第6，網(wǎng)橋有助于安全保密。大多數(shù)LAN接口都有一種混雜工作方式(promiscuousmode)，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?zé)o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局域網(wǎng)到另一個802局域網(wǎng)的網(wǎng)橋非常簡單，但實際上并非如此。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(fù)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(dāng)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幀進入的速度慢。網(wǎng)橋必須用緩沖區(qū)存儲來不及處理的幀，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)送一段很長的報文(幀序列)。在發(fā)出最后一幀之后，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)，那么在最后一幀被轉(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)送整個報文。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已經(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802LAN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)最大有效載荷為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10ms，則最大幀長度為5000字節(jié)。一個顯而易見的問題出現(xiàn)了：當(dāng)必須把一個長幀轉(zhuǎn)發(fā)給不能接收長幀的局域網(wǎng)時，將會怎么樣？在本層中不考慮把幀分成小段。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。這并不是說不能設(shè)計這樣的協(xié)議，可以設(shè)計并已有這種協(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802LAN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：

　　目的LAN
　　802.3(CSMA/CD)802.4(令牌總線)802.5(令牌環(huán))
源LAN802.3　1,41,2,4,8
802.41,5,8,9,1091,2,3,8,9,10
802.51,2,5,6,7,101,2,3,6,76,7

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(fù)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(dān)心擁塞（快速LAN至慢速LAN）。
9、擔(dān)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(dāng) 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網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋 (transparentbridge)或生成樹網(wǎng)橋(spanningtreebridge)。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，只需把連接插頭插入網(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)。總之什么也不干，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(dāng)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。該表可列出每個可能的目的地，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(floodingalgorithm)：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)橋?qū)⒘私饷總€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(dāng)?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(xí)法(backwardlearning)。網(wǎng)橋按混雜的方式工作，故它能看見所連接的任一LAN上傳送的幀。查看源地址即可知道在哪個LAN上可訪問哪臺機器，于是在散列表中添上一項。

當(dāng)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(dāng)增加散列表項時，均在該項中注明幀的到達時間。每當(dāng)目的地已在表中的幀到達時，將以當(dāng)前時間更新該項。這樣，從表中每項的時間即可知道該機器最后幀到來的時間。網(wǎng)橋中有一個進程定期地掃描散列表，清除時間早于當(dāng)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(yù)。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。

到達幀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)。其解決方法就是下面要講的生成樹(spanningtree)算法。

生成樹網(wǎng)橋

解決上面所說的無限循環(huán)問題的方法是讓網(wǎng)橋相互通信，并用一棵到達每個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。由于從每個源到每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BPDU(BridgeProtocolDataUnit)互相通信，在網(wǎng)橋做出配置自己的決定前，每個網(wǎng)橋和每個端口需要下列配置數(shù)據(jù)：

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
具有最小網(wǎng)橋ID的網(wǎng)橋被選作根網(wǎng)橋。網(wǎng)橋ID應(yīng)為唯一的，但若兩個網(wǎng)橋具有相同的最小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(如果這樣的端口多于一個，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(dāng)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(ConfigurationBridgeProtocolDataUnit)，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，如果該幀從根端口(上傳)到達，則向所有指定端口(下傳)分發(fā)。當(dāng)一個網(wǎng)橋收到一個根網(wǎng)橋ID大于其所知ID的CBPDU，該信息被丟棄，如果該幀從指定端口到達，則回送一個幀告知真實根網(wǎng)橋的較低ID。

當(dāng)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(fù)，產(chǎn)生一個新的生成樹。

2、源路由選擇網(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(dǎo)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由選擇(sourcerouting)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幀的發(fā)送者都知道接收者是否在同一LAN上。當(dāng)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(dāng)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。這一算法有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 VLSI芯片，該芯片分擔(dān)了網(wǎng)橋的許多工作，因此，網(wǎng)橋可以采用速度較慢的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)?discoveryframe)，這樣該幀就可到達互聯(lián)網(wǎng)中的每一個LAN。當(dāng)答復(fù)回來時，途經(jīng)的網(wǎng)橋?qū)⑺鼈冏约旱臉俗R記錄在答復(fù)幀中，于是，廣播幀的發(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），但同時也面臨著幀爆炸的問題。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)，而不象源路由選擇是指數(shù)函數(shù)。一旦主機找到至某目的地的一條路由，它就將其存入到高速緩沖器之中，無需再作查找。雖然這種方法大大遏制了幀爆炸，但它給所有的主機增加了事務(wù)性負擔(dān)，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)就像一個大型的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幀送到正確的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驗和，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測到。