網橋也叫橋接器,是連接兩個局域網的一種存儲/轉發設備,它能將一個大的LAN分割為多個網段,或將兩個以上的LAN互聯為一個邏輯LAN,使LAN上的所有用戶都可訪問服務器。那么,網橋具體是怎么分類的,有哪些類別呢?接下來我們就跟隨
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一、透明網橋
第一種802網橋是透明網橋(transparent bridge)或生成樹網橋(spanning tree bridge)。支持這種設計的人首要關心的是完全透明。按照他們的觀點,裝有多個LAN的單位在買回IEEE標準網橋之后,只需把連接插頭插入網橋,就萬事大吉。不需要改動硬件和軟件,無需設置地址開關,無需裝入路由表或參數。總之什么也不干,只須插入電纜就完事,現有LAN的運行完全不受網橋的任何影響。這真是不可思議,他們最終成功了。
透明網橋以混雜方式工作,它接收與之連接的所有LAN傳送的每一幀。當一幀到達時,網橋必須決定將其丟棄還是轉發。如果要轉發,則必須決定發往哪個LAN。這需要通過查詢網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)。在插入網橋之初,所有的散列表均為空。由于網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橋的所有LAN中(除了發送該幀的LAN)。隨著時間的推移,網橋將了解每個目的地的位置。一旦知道了目的地位置,發往該處的幀就只放到適當的LAN上,而不再散發。
透明網橋采用的算法是逆向學習法(backwardlearning)。網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。
當計算機和網橋加電、斷電或遷移時,網絡的拓撲結構會隨之改變。為了處理動態拓撲問題,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最后幀到來的時間。網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,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無動作,那么發給它的幀將不得不散發,一直到它自己發送出一幀為止。
到達幀的路由選擇過程取決于發送的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,則轉發該幀。
(3)如果目的LAN未知,則進行擴散。
為了提高可靠性,有人在LAN之間設置了并行的兩個或多個網橋,但是,這種配置引起了另外一些問題,因為在拓撲結構中產生了回路,可能引發無限循環。其解決方法就是下面要講的生成樹(spanningtree)算法。
解決上面所說的無限循環問題的方法是讓網橋相互通信,并用一棵到達每個LAN的生成樹覆蓋實際的拓撲結構。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。
為了建造生成樹,首先必須選出一個網橋作為生成樹的根。實現的方法是每個網橋廣播其序列號(該序列號由廠家設置并保證全球唯一),選序列號最小的網橋作為根。接著,按根到每個網橋的最短路徑來構造生成樹。如果某個網橋或LAN故障,則重新計算。
網橋通過BPDU(BridgeProtocolDataUnit)互相通信,在網橋做出配置自己的決定前,每個網橋和每個端口需要下列配置數據:
網橋:網橋ID(唯一的標識)
端口:端口ID(唯一的標識)
端口相對優先權
各端口的花費(高帶寬=低花費)
配置好各個網橋后,網橋將根據配置參數自動確定生成樹,這一過程有三個階段:
(1)選擇根網橋
具有最小網橋ID的網橋被選作根網橋。網橋ID應為唯一的,但若兩個網橋具有相同的最小ID,則MAC地址小的網橋被選作根。
(2)在其它所有網橋上選擇根端口
除根網橋外的各個網橋需要選一個根端口,這應該是最適合與根網橋通信的端口。通過計算各個端口到根網橋的花費,取最小者作為根端口。
(3)選擇每個LAN的“指定(designated)網橋”和“指定端口”
如果只有一個網橋連到某LAN,它必然是該LAN的指定網橋,如果多于一個,則到根網橋花費最小的被選為該LAN的指定網橋。指定端口連接指定網橋和相應的LAN(如果這樣的端口多于一個,則低優先權的被選)。
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
當一個網橋加電后,它假定自己是根網橋,發送出一個CBPDU(Configuration Bridge Protocol Data Unit),告知它認為的根網橋ID。一個網橋收到一個根網橋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。當一個網橋收到一個根網橋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橋的較低ID。
當有意地或由于線路故障引起網絡重新配置,上述過程將重復,產生一個新的生成樹。
二、源路由網橋
透明網橋的優點是易于安裝,只需插進電纜即大功告成。但是從另一方面來說,這種網橋并沒有最佳地利用帶寬,因為它們僅僅用到了拓撲結構的一個子集(生成樹)。這兩個(或其他)因素的相對重要性導致了802委員會內部的分裂。支持CSMA/CD和令牌總線的人選擇了透明網橋,而令牌環的支持者則偏愛一種稱為源路由選擇(source routing)的網橋(受到IBM的鼓勵)。
源路由選擇的核心思想是假定每個幀的發送者都知道接收者是否在同一LAN上。當發送一幀到另外的LAN時,源機器將目的地址的高位設置成1作為標記。另外,它還在幀頭加進此幀應走的實際路徑。
源路由選擇網橋只關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,尋找發來此幀的那個LAN的編號。如果發來此幀的那個LAN編號后跟的是本網橋的編號,則將此幀轉發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橋,則不轉發此幀。這一算法有3種可能的具體實現:軟件、硬件、混合。這三種具體實現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。最后一種實現需要特殊的VLSI芯片,該芯片分擔了網橋的許多工作,因此,網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網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,源機器就發布一廣播幀,詢問它在哪里。每個網橋都轉發該查找幀(discovery frame),這樣該幀就可到達互聯網中的每一個LAN。當答復回來時,途經的網橋將它們自己的標識記錄在答復幀中,于是,廣播幀的發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。透明網橋也會發生有點類似的狀況,但是沒有這么嚴重。其擴散是按生成樹進行,所以傳送的總幀數是網絡大小的線性函數,而不象源路由選擇是指數函數。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性負擔,而且整個算法肯定是不透明的。
總結:透明網橋一般用于連接以太網段,而源路由選擇網橋則一般用于連接令牌環網段。
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