弱电安防--数据链路层设备——网桥.docx

从零开始学布线：数据链路层设备一网桥网桥(bridge)也称为桥接器，是连接两个局域网的 存储转发设备，用它可以完成具有相同或相似体系结构 网络系统的连接。一般情况下，被连接的网络系统都具 有相同的逻辑链路控制规程(LLC),但媒体访问控制协 议(MAC)可以不同。网桥是数据链路层的连接设备，准确地说它工作在 MAC子层上。网桥在两个局域网的数据链路层(DDL)间 按帧传送信息。网桥在0SI/RM中的位置如图所示。网桥在OSI/RM中的位置网桥是为各种局域网间存储转发数据而设计的，它 对末端节点用户是透明的，末端节点在其报文通过网桥 时，并不知道网桥的存在。网桥可以将相同或不相同的局域网连在一起，组成 一个扩展的局域网络。网桥的优点：口过滤通信量。使局域网内一个网段上各工作站之 间的信息量局限在本网段的范围内。口扩大了物理范围，增加整个局域网上的工作站的 数目。口可使用不同的物理层，可互连不同的局域网。口提高了可靠性。如果把较大的局域网分割成若干 较小的局域网。网桥的缺点：口由于网桥对接收的帧要先存储和查找站表，然后 转发，这就增加了时延。口在MAC子层并没有流量控制功能。当网络上负荷 很重时，可能因网桥缓冲区的存储空间不够而发生溢 出，以致产生帧丢失的现象。口具有不同MAC子层的网段桥接在一起时，网桥在 转发一个帧之前，必须修改帧的某些字段的内容，以适 合另一个MAC子层的要求，增加时延o 口网桥只适合于用户数不太多和信息量不太大的 局域网，否则有时会产生较大的广播风暴。1.网桥的工作原理为了说明网桥的工作原理，以FDDI为背景来叙 述。FDDI是一个开放式它允许各种网络设备相互交换 数据，网桥连接的两个局域网可以基于同一种标准，也 可以基于两种不同类型的标准。当网桥收到一个数据帧 后，首先将它传送到数据链路层进行差错校验，然后再 送至物理层，通过物理层传输机制再传送到另一个网 上，在转发帧之前，网桥对帧的格式和内容不作或只作 很少的修改。网桥一般都设有足够的缓冲区，有些网桥 还具有一定的路由选择功能，通过筛选网络中一些不必 要的传输来减少网上的信息流量。例如，当FDDI站点有一个报文要传到以太网 IEEE802. 3CSMA/CD网上时，需要完成下面一系列工 作。口站点首先将报文传到LLC层，并加上LLC报头。口将报文传送到MAC层，再加上FDDI报头。FDDI 报文最大长度为450 0字节，大于此值的报文可分组传 送。再将报文交给PHY和PMD,经传输媒体送到 FDDI-IEEE802. 3 以太网桥。口网桥上的MAC层去掉FDDI报头，然后送交LLC 层处理。口经过重新组帧并计算校验值，但与IEEE802. 3 以太网传输速率(10Mbps)不匹配，因此，在网桥上就存 在拥挤和超时问题，也就有重发的可能。如果多次重发 均告失败，那么将放弃发送，并通知目的站点网络可能 有故障。2,网桥的功能一个FDDI网桥应包括F列基本功能：1) 源地址跟踪。网桥具有一定的路径选择功能，它在任何时候收到 一个帧以后，都要确定其正确的传输路径，将帧送到相 应的目的站点。网桥将帧中的源地址记录到它的转发数 据库（或者地址查找表）中，该转发库就存放在网桥的内 存中，其中包括了网桥所能见到的所有连接站点的地 址。这个地址数据库是互联网所独有的，它指出了被接 收帧的方向，或者仅说明网桥的哪一边接收到了帧。能 够自动建立这种数据库的网桥称为自适应网桥。在一个扩展网络中，所有网桥均应采用自适应方 法，以便获得与它有关的所有站点的地址。网桥在工作 中不断更新其转发数据库，使其渐趋完备，有些厂商提 供的网桥允许用户编辑地址查找表，这样有助于网络的 管理。2）帧的转发和过滤。在相互连接的两个局域网之间，网桥起到了转发帧 的作用，它允许每个LAN上的站点与其他站点进行通 信，看起来就像在一个扩展网络上一样。为了有效地转发数据帧，网桥提供了存储和转发功 能，它自动存储接收进来的帧，通过地址查找表完成寻 址；然后把它转发到源地址另一边的目的站点上，而源 地址同一边的帧就被从存储区中删除。过滤（filter）是阻止帧通过网桥的处理过程，有3 种基本类型：目的地址过滤。当网桥从网络上接收到一个帧 后，首先确定其源地址和目的地址，如果源地址和目的 地址处于同一局域网中，就简单地将其丢弃，否则就转 发到另一局域网上，这就是所谓的目的地址过滤。口源地址过滤。所谓源地址过滤，就是根据需要， 拒绝某一特定地址帧的转发，这个特定的地址是无法从 地址查找表中取得的，但是可以由网络管理模块提供。 事实上，并非所有网桥都进行源地址的过滤。口协议过滤。目前，有些网桥还能提供协议过滤功 能，它类似于源地址过滤，由网络管理指示网桥过滤指 定的协议帧。在这种情况下，网桥根据帧的协议信息来 决定是转发还是过滤该帧，这样的过滤通常只用于控制 流量、隔离系统和为网络系统提供安全保护。3) 生成树的演绎。生成树(spanningtree)是基于 IEEE802. Id 的一 种工业标准工业算法，利用它可以防止网上产生回路， 因为回路会使网络发生故障。生成树有两个主要功能：口在任何两个局域网之间仅有一条逻辑路径。口在两个以上的网桥之间用不重复路径把所有网络 连接到单一的扩展局域网上。扩展局域网的逻辑拓扑结构必须是无回路的，所有 连接站点之间都有一个唯一的通路。在扩展网络系统 中，网桥通过名为问候帧的特殊帧来交换信息，利用这 些信息来决定谁转发、谁空闲。确定了要进行转发工作 的网桥还要负责帧的转发，而空闲的网桥可用作备份。4) 协议转换。早的FDDI网桥结构通常是专用的封装结构，这是 由于早的FDDI仅与IEEE802或IEEE802. 5子网相 连，不需要和其他局域网中的节点通信。但是，在一个 大型的扩展局域网中，有很多系统在一起操作，这种专 用的封装式网桥就无法提供相互操作的能力。为此，采 用了新的转换技术，依照与其他网络的桥接标准，形成 了转换式网桥，建立可适应局域网互连的标准帧。封装网桥：封装式网桥(encapsulationbridge) 采用一些专用设备和技术，将FDDI作为一种传输管道 来使用，它要求网上使用同一型号的网桥，这无疑影响 了网络的互操作性能。以FDDI-Ethemet网桥为例， FDDI封装式网桥使用专用协议技术，用FDDI报头和报 尾来封装一个以太帧，然后把这个帧转发到FDDI网络 上，目的地址也隐含在封装过的帧中。封装式网桥把这 个FDDI帧发送到另一个封装式网桥上，由该封装式网 桥使用与封装技术相对应的拆封技术将封装拆除。由于 目的地址被封装过，因此只能采用广播帧的形式发送 帧，这无疑会降低网络带宽的使用率。如果互联网的规 模很大，包含的网桥和局域网很多，那么广播帧的数目 也将增加，这样势必会造成不必要的拥挤。封装式网桥不能通过转换网桥发送数据，只有同一 供货商提供的同一种封装式网桥才能一起工作，也不能 通过其他供货商提供的封装式网桥传输数据，除非其他 供货商提供的封装式网桥也同样使用这种专用协议。口转换式网桥：转换式网桥(translatingbridge) 克服了封装式网桥的弊病，将需要传输的帧转换成目的 网络的帧格式，然后再上网传输。还是以FDDI- Ethernet网桥为例，以太网工作站要使用连在FDDI + 的高性能服务器，必须先将Ethernet帧格式转换成 FDDI格式帧，然后通过FDDI上传输至目的服务器，此 时服务器接收到的是FDDI格式的帧，故不需做任何改 变就可使用。可见转换式网桥是通用的。任何转换式网 桥都能与其他网桥互相通信。5）分帧和重组。网际互连的复杂程度取决于互连网络的报文、帧格 式及其协议的差异程度。不同类型的网络有着不同的参 数，其差错校验的算法、最大报文分组、生成周也不尽 相同。例如，FDDI网络中允许的最大帧长度为4500字 节，而在IEEE802. 3以太网中最大帧长度为1518字 节。这样网桥在FDDI向Ethernet转发数据帧时，就 必须将FDDI长达4500字节的帧分割成几个1518字节 长度的IEEE802. 3协议以太网帧，然后再转发到以太 网上去，这就是分帧技术。一些通用的通信协议都定义 了类似的控制帧大小差异的方法（称为包分割方法）。反 之，在Etherne t向FDDI转发数据帧时，必须将只有 1518字节的以太帧组合成FDDI格式的帧，并以FDDI 的格式传输，这就是帧的重组。对于使用较长报文格式的协议和应用，帧的分割和 重组是非常重要的。如果FDDI网桥中没有分帧和重组 功能，那么通过网桥互连就无法实现。但是，在协议转 换过程中，分帧和重组工作必须快速完成，否则会降低 网桥的性能。6）网桥的管理功能。网桥的另一项重要功能是对扩展网络的状态进行监 督，其目的就是为了更好地调整拓扑逻辑结构，有些网 桥还可对转发和丢失的帧进行统计，以便进行系统维 护。网桥管理还可以间接地监视和修改转发地址数据 库，允许网络管理模块确定网络用户站点的位置，以此 来管理更大的扩展网络。另外，通过调整生成树演绎参 数能不定地协调网络拓扑结构的演绎过程3.网桥的种类1）内桥。内桥是通过文件服务器中的不同网卡连接起来的局 域网。2）外桥。外桥不同于内桥，外桥安装在工作站上，它实现连 接两个相似的局域网络。外桥可以是专用的，也可以是 非专用的。专用外桥不能做工作站使用，它只能用来建 立两个网络之间的连接，管理网络之间的通信。非专用 外桥既起网桥的作用，又能作为工作站使用。3）远程桥。远程桥是实现远程网之间连接的设备，通常远程桥 使用调制解调器与传输介质（如电话线）实现两个局域网 的连接。扫码