网桥协议的体系结构
2007-07-28   清华大学出版社

5.2 局域网的互连

局域网用网桥互连。IEEE 802标准中有两种关于网桥的规范：一种是透明网桥，另一种是源路由网桥。本节首先介绍网桥协议的体系结构，然后分别介绍两种IEEE 802网桥的原理。

5.2.1 网桥协议的体系结构

在IEEE 802体系结构中，站地址是由MAC子层协议说明的，网桥在MAC子层起中继作用。图5-6表示了由一个网桥连接两个LAN的情况，这两个LAN运行相同的MAC和LLC协议。当MAC帧的目标地址和源地址属于不同的LAN时，该帧被网桥捕获、暂时缓冲，然后传送到另一个LAN。当两个站之间有通信时，两个站中的对等LLC实体之间就有对话，但是网桥不需要知道LLC地址，网桥只是传输MAC帧。

图5-6（b）表示网桥传输的数据帧。数据由LLC用户提供，LLC实体对用户数据附加上帧头后传送给本地的MAC实体，MAC实体再在LLC帧上加上MAC帧头和帧尾，从而形成MAC帧。由于MAC帧头中包含了目标站地址，所以网桥可以识别MAC帧的传输方向。网桥并不剥掉MAC帧头和帧尾，它只是把MAC帧完整地传送到目标LAN。当MAC帧到达目标LAN后才可能被目标站捕获。

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图5-6 用网桥连接两个LAN

MAC中继桥的概念并不限于用一个网桥连接两个邻近的LAN。如果两个LAN相距较远，可以用两个网桥分别连接一个LAN，两个网桥之间再用通信线路相连。图5-7表示两个网桥之间用点对点链路连接的情况，当一个网桥捕获了目标地址为远端LAN的帧时，就在此帧上加上链路层（例如，HDLC）的帧头和帧尾，并把它发送到远端的另一个网桥，目标网桥剥掉链路层字段使其恢复为原来的MAC帧，这样，MAC帧可最后到达目标站。

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图5-7 远程网桥通过点对点线路相连

两个远程网桥之间的通信设施也可以是其他网络（例如广域分组交换网），如图5-8所示。在这种情况下网桥仍然是起MAC帧中继的作用，但它的结构更复杂。假定两个网桥之间是通过X.25虚电路连接，并且两个端系统之间建立了直接的逻辑关系，没有其他LLC实体，这样，X.25分组层工作于802 LLC层之下。为了使MAC帧能完整地在两个端系统之间传送，源端网桥接收到MAC帧后，要给它附加上X.25分组头和X.25数据链路层的帧头和帧尾，然后发送给直接相连的DCE。这种X.25数据链路帧在广域网中传播，到达目标网桥并剥掉X.25字段，恢复为原来的MAC帧，然后发送给目标站。

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图5-8 两个网桥通过X.25网络相连

在简单情况下（例如，一个网桥连接两个LAN），网桥的工作只是根据MAC地址决定是否转发帧，但是在更复杂的情况下，网桥必须具有路由选择的功能。例如在图5-9中，假定站1给站6发送一个帧，这个帧同时被网桥101和102捕获，而这两个网桥直接相连的LAN都不含目标站。这时网桥必须做出决定是否转发这个帧，使其最后能到达站6。显然网桥 102应该做这个工作，把收到的帧转发到LANC；然后再经网桥104转发到目标站。可见网桥要有做出路由决策的能力，特别是当一个网桥连接两个以上的网络时（例如图5-9中的网桥103），不但要决定是否转发，还要决定转发到哪个LAN上去。

网桥的路由选择算法可能更复杂。在图5-10中，网桥 105直接连接LAN A和 LAN E，从而构成了从LAN A到LAN E之间的冗余通路。如果站1向站5发送一个帧，该帧既可以经网桥101和网桥103到达站5，也可以只经过网桥105直接到达站5。在实际通信过程中，可以根据网络的交通情况决定传输路线；另外，当网络配置改变时（例如网桥105失效），网桥的路由选择算法也要随机应变。考虑了这些因素后，网桥的路由选择功能就与网络层的路由选择功能类似了。在最复杂的情况下，所有网络层的路由技术在网桥中都能用得上。当然，一般由网桥互连局域网的情况，远没有广域网中的网络层复杂，所以有必要研究更适合于网桥的路由技术。

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为了对网桥的路由选择提供支持，MAC层地址最好是分为两部分：网络地址部分（标识互联网中惟一的 LAN）和站地址部分（标识某 LAN中唯一的工作站）。IEEE 802.5标准建议：16位的MAC地址应分成7位的LAN编号和8位的工作站编号，48位的MAC地址应分成14位的LAN编号和32位的工作站编号，其余的1位或2位用于区分组地址/单地址，以及局部地址/全局地址。

在网桥中使用的路由选择技术可以是固定路由技术。像网络层使用的那样，每个网桥中存储一张固定路由表，网桥根据目标站地址，查表选取转发的方向，选取的原则可以是某种既定的最短通路算法。当然，在网络配置改变时路由表要重新计算，具体实现方法可参见第5章。

固定式路由策略适合小型和配置稳定的互联网络。除此之外，IEEE 802委员会开发了两种路由策略规范：IEEE 802.1发布的标准是基于生成树算法，可实现透明网桥；伴随IEEE 802.5标准的是源路由网桥规范。下面分别介绍这两种网桥标准。