Bridging

　　橋接 Bridging
　　橋接器是用于在兩個或多個網段或子網間提供通信路徑的互聯設備。這些網段或子網具有相同的地址及網絡拓撲結構。圖-11說明服務器如何在兩個網絡適配器之間進行橋接。某網絡上的工作站可以利用橋接器向其它網上的工作站廣播消息，所以橋接器是連接網絡段的兩端口(或多端口)設備。另外，橋接器還可以將業(yè)務忙的網絡分為兩段，減少每段上的通信量以提高性能。它還能過濾網絡廣播信息，只允許必要的通信信息通過橋接器到達另外的網絡。本書中討論的其它互聯設備有中繼器、路由器和網關。
　　安裝橋接器的原因如下：
　　擴展整個網絡的距離和節(jié)點數目。
　　減少連接節(jié)點過多引起的通信瓶頸。
　　鏈接不同網絡，如以太網、令牌環(huán)網。并且在它們之間傳送分組。前提是假設它們采用相同的網絡協議。
　　橋接器可以是一個獨立的設備，或者通過安裝一個或多個網卡在服務器中建立，前提是服務器操作系統(tǒng)支持橋接。通過橋接器相連的每個LAN網段都有一個特定的網絡號碼。打個比方，網絡號類似于街道名，工作站號類似于房間號。橋接器在相聯網段間傳送數據分組。Novell NetWare、Banyan VINES及Microsoft公司的網絡具有服務器橋接功能。如果橋接功能使服務器陷入癱瘓，就需要外部橋接器，外部橋接器由Cisoc、3COM、Cabletron等供應商制造。
　　橋接器具有過濾功能，該功能的實現是通過讀取以太網或令牌環(huán)幀中的地址來確定數據分組屬于哪一個LAN網段。但是，橋接器不能訪問網絡層協議信息，所以它不能提供最優(yōu)路徑選擇。路由器可以通過編程(或學習)在專門路徑中為分組選擇路由以減少費用或者避免通信擁塞。而且多協議路由器能夠用于處理具有多通信協議的網絡通信。
　　隨著網絡的增長，橋接的數目也隨之增大，可能會出現循環(huán)回路或者無效路徑。在橋接網絡中避免循環(huán)回路將在以后討論。橋接器缺少擁塞管理，無法確定最優(yōu)數據路徑。當許多工作站都需要發(fā)送時就會引起擁塞。在橋接的網絡中，流控制由端系統(tǒng)完成。橋接器在為彌補擁塞問題而傳送額外的分組時，實際上可能反而使問題擴大了。這些問題將在本節(jié)“生成樹算法”中討論。
　　Types of Bridges 橋接器類型
　　橋接器類型總的說來有兩種：本地與遠程橋接器。本地橋接器為LAN提供連接點，用于在同一建筑物或區(qū)域內互連LAN網段。如圖B-12下端所示。遠程橋接器具有連接遠地網絡模擬或數字通信鏈路端口，如圖B-12上端所示。遠程橋接器之間的連接采用的是使用調制解調器的模擬線路，或者采用吞吐量為1．544Mbps的T1等數字專用線路。
　　模擬線路基本上是聲音級撥號電話線，提供橋接器連接的線路可以是臨時的(參見本書的“電路交換服務”)，也可以是長期的(參見“專用線路”)。由于電話公司能夠對連接負責，所以專用線比撥號連接的速度快、質量好，但是，租費可能與網絡的使用需要不相符。撥號線適于偶爾的使用，如文件傳輸或公司場地間的電子函件的批量傳輸。而租用線路是連續(xù)使用的最佳選擇。
　　Bridge Functionality 橋接器功能
　　橋接器可以連接兩個相似或不相似的LAN網段，可以將橋接器看作郵件分類裝置，查看數據分組的地址并且送到合適的網段。橋接發(fā)生在相當于開放系統(tǒng)互連(OSI)協議模型的數據鏈路層。遵循IEEE 802標準的介質訪問控制(MAC)規(guī)程的設備能夠通過橋接器相連。以太網、令牌環(huán)、光纖分布式數據接口(FDDI)都是遵循IEEE 802標準進行MAC級橋接的例子。正因為如此，將以太網或令牌環(huán)網連到FDDI主干網的橋接設備使用較普遍，參見“主干網”中的討論。
　　數據鏈路層又可以分為上部的邏輯鏈路控制(LLC)子層與下部的MAC子層。支持IEEE 802標準的設備有一個模塊化MAC子層，可以適用于許多網絡類型，如以太網、令牌環(huán)，見圖B-13所示。上部的LLC子層用作“交換板”，在MAC子層中的網絡模塊之間轉移數據分組。在上文的例子中，將以太網的幀解包，采用令牌環(huán)的幀格式重新包裝。這種額外的處理帶來了一些延遲，所以橋接器的速率由它每秒能夠處理的分組而定。
　　橋接器具有如下功能：
　　幀傳送 幀傳送是一種形式的過濾，如果數據分組的地址與段地址相匹配，那么橋接器將數據分組傳送到LAN網段上，這可以防止在本段編址的數據分組通過橋接器。如果沒有過濾作用，那么數據分組被傳送到網上的每個位置。當數據分組到達橋接器時，橋接器讀出其目的地址，并且決定它是否應該能夠通過橋接器朝前傳送。
　　循環(huán)回路解決方案 大量橋接的LAN可能存在循環(huán)回路，從而引起數據分組連續(xù)不停地傳送，一些橋接器會檢測出這些循環(huán)的數據分組并且加以攔截。
　　學習技能 橋接器建立了描述路由的地址表。方法是通過檢查分組流動或者從旅行中學得網絡拓撲的“偵探分組”中獲得信息。第一種方法叫做透明式橋接，第二種方法叫做源路由選擇，這些學習技能將在以下的部分中討論。
　　早期的橋接器要求網絡管理員手工輸入地址表，這是一項非常乏味的工作。如果某工作站的用戶轉移到其它位置，那么該表必須定期更新。現在的先進橋接器能夠采用這里談到的技術獲得網絡上其它工作站的地址。注意，透明橋接器常常稱為自學習橋接器，采用的是IEEE 802．1標準的生成樹算法。以太網環(huán)境中采用的是透明式橋接，令牌環(huán)環(huán)境中采用的是源路由選擇技術。
　　Transparent Bridging 透明式橋接
　　透明式橋接器在安裝通電后能夠自動獲悉網絡環(huán)境的拓撲結構。當數據分組傳送到橋接器的端口，透明式橋接器查看其源地址，并且在橋接表中增添表項。這些表項建立了源地址與分組經過網絡的地址的聯系。具有兩個LAN網段(123網段和456網段)的典型表格如圖B-14所示，橋接表經常隨著新源地址的增加或者網絡的改變而更新。
　　到達的數據分組根據橋接表信息繼續(xù)向前發(fā)送，如果目的網絡類型發(fā)生了改變則必須被重新包裝。如果一個地址在表中沒有找到，那么一個發(fā)現過程將被重新啟動。將一幀發(fā)送到不包括發(fā)出其幀的所有LAN網段，如果目的點以網絡地址作為響應返回，那么橋接器在橋接表中可以新增一條表目，如果有足夠的時間后，橋接器可以得到網絡上所有節(jié)點的地址。
　　互聯網段的數目是學習過程中必須了解的問題，如果一個橋接器只與兩個網段相連，那么橋接表的創(chuàng)建就相對簡單。哪些工作站在橋接器這一邊，哪些在另一邊就可確定下來。但是橋接器必須首先通過將數據分組從橋接器的一邊傳送到另一邊，并且等待目的站點的應答才知道每個連接的網絡的地址。
　　如何將多個LAN網段互連起來呢？圖B-15上面的網必須將左邊網段的數據分組經過中間網段傳送到右邊網段。這將在中間部分引起性能問題。但是，僅僅需要兩個橋接器。一種替換的方法是在每一個LAN網段上連接一個橋接器，這些橋接器又全部接到象FDDI環(huán)那樣的主干網上。如圖B-15下面所示。
　　在大型互聯網中，多條橋接路徑可能會形成閉合回路，使數據分組無休止地循環(huán)，從而導致性能降低或者整個網絡陷入癱瘓。最糟的是，為解決這個問題無休止產生的那些新分組導致“傳播風暴”．但是多條路徑對容錯又是必要的，如圖B-16所示。如果LANA與LANB之間的鏈路斷開了，間接通過LANC的替換鏈路可以保持傳輸的正常進行。生成樹算法(STA)可以建立多條路徑而不引起循環(huán)回路，但是它采用的方法是封鎖一條路徑，直到需要時才允許使用。被封鎖的路徑應該是僅在需要時才工作的模擬或數字鏈路。另外一種被稱作負載分擔的策略也能在一定程度上解決該問題。
　　生成樹算法
　　生成樹橋接器通過禁止以太網中的某些鏈路來檢測和中止循環(huán)傳送。IEEE801．2-D生成樹協議(STP)由維持輔助橋接器作為備份來抑制冗余橋接器中的循環(huán)回路。如果主橋接器不工作了，輔助 橋接器將代替 它繼續(xù)工作。
　　該算法為每一個橋接器分配一個唯一的標識，該標識通常是橋接器的MAC地址。
　　每個橋接器分配一個優(yōu)先級值。
　　為每個橋接器的每個端口分配一個唯一的標識。
　　每個橋接器端口被賦予一個路費權值。網絡管理員可以人工改變路費權值，為特殊端口設立優(yōu)先權。
　　該算法從橋接器中選定一個作為根橋接器，具有最小標識的橋接器被選作根。一旦選定了根橋接器其它橋接器就能夠確定通過哪個端口訪問根橋接器的路費權值最小，該端口稱作該橋接器的根端口。如果幾個端口的路費權值一樣，那么就選擇橋接器間網段數最少的端口。最后一步是根據最少路費原則確定由哪個橋接器的哪個端口提供路徑通過網絡達到其根。
　　該過程允許使用一部分端口以到達某些橋接器，另一部分端口封閉以防止循環(huán)回路。封閉端口連到一撥就通的調制解調器或者某些橋接器，這些橋接器僅僅在需要路徑或線路在引起回路的情況下仍能安全使用時才建立與交換通信鏈路的連接。
　　負載分擔橋接器
　　當橋接器使用專線跨越較大區(qū)域時，絕大多數網絡管理員都認為阻塞線路和將其僅用于備份不是經濟可行的。一些橋接器生產廠家推出了負載分擔橋接器，它使用備份鏈路來分擔網絡負載而不會引起回路。這是最有效的橋接器型式，它采用生成樹算法和使用雙鏈路來傳送數據分組，改進了互聯網的性能。
　　Source Route Bridge 源路由橋接
　　IBM的令牌環(huán)網采用了一種特殊的源路由選擇方法，不僅告訴橋接器數據分組的目的地，而且告訴它如何到達。在源路選擇器中，數據分組本身具有繼續(xù)傳送的信息，由于分組中有路徑信息，所以能夠自己找到路徑從而在網絡中繼續(xù)傳送。
　　通過“發(fā)現”方法來實現源路由選擇的橋接器，首先確定一個分組走向目的站應該選擇的路由。注意，雖然這聽起來象路由選擇，其實源路由選擇橋接器只是確知其余橋接器地址的傳送設備。數據分組中具有有利于廣域網的最優(yōu)路由選擇信息。在透明式橋接中，有必要將某些鏈路封鎖起來防止環(huán)路的出現。而在源路由選擇橋接中，避免了循環(huán)回路，所以可以方便、安全地在廣域鏈路中建立平行冗余路徑。
　　“偵探分組”被源橋接器發(fā)出以發(fā)現一條通過網絡的路徑。網絡中有多個橋接器就有多個偵探分組從中間橋接器到達目的地，目的節(jié)點便向源節(jié)點發(fā)送回響應信息。然后根據象橋接器之間網段數等因素確定最優(yōu)路徑。該路徑被存入橋接器中，并加在發(fā)送到目的地的所有的后繼數據分組中。
　　路徑發(fā)現處理最初需要完成一些工作，但最后橋接器知道了最常用的路徑。如果令牌環(huán)網絡較大，那么有可能出現建立偵探分組的“風暴”，使網絡陷入癱瘓。令牌環(huán)的硬件限制橋間網段數為7，有助于減少“風暴”的出現，但是同時也限制了網絡的大小。
　　Bridging Enthernet and Token Ring 橋接以太網與令牌環(huán)
　　我們一直假設在全以太網或者全令牌環(huán)環(huán)境之中裝置橋接器，但是這樣的情況很少。組織往往需要橋接部門LAN，形成混合的拓撲結構。其中遇到的問題有：
　　以太網使用生成樹算法的自學習橋接器，令牌環(huán)網采用源路由選擇技術；以太網橋接器保持地址表而令牌環(huán)網保持路徑信息。
　　以太網與令牌環(huán)網的幀狀態(tài)和錯誤信息編碼不同。
　　兩種網絡類型間有些幀信息沒有相應成分。例如令牌環(huán)采用了優(yōu)先機制，表明某些幀較其它幀更重要，而以太網沒有這種特性。
　　以太網
　　1500字節(jié)分組和令牌環(huán)4，000~17，800字節(jié)的分組在分組結構上不同。
　　這些問題需要轉換橋接器解決，轉換橋接器IBM 8209具有一個以太網端口和一個令牌環(huán)端口，它提供轉換服務使兩個網絡能夠互相交換分組。它通過強制令牌環(huán)網使用1，500字節(jié)幀來解決幀的問題。對令牌環(huán)節(jié)點，橋接器作為源路由選擇橋接器出現；對以太網節(jié)點，它作為生成樹橋接器出現。
　　FDDI Backbone BridgesFDDI主干網橋接器
　　光纖分布式數據接口(FDDI)標準是一種適用于大樓或校園環(huán)境中的主干網介質。具有FDDI接口的橋接器能夠將LAN網段鏈接到FDDI主干網。當將以太網橋接到FDDI主干網時，以太網的幀要在網絡中傳輸必須重新打包。
　　方法有以下兩種：
　　封裝 該方法僅僅在以太網的幀上再加一層FDDI封裝，將其作為分組在主干網中傳輸。當它被送到目的網絡的橋接器時，被解封并且傳送到目的點。封裝的方法被大部分的以太網-FDDI網橋接器所采用，它假定除橋接器外以太網上的節(jié)點不需要與直接連接到FDDI局域網的節(jié)點通信。封裝使幀信息只有他們在接收網橋接器中被解封后才能使用。
　　轉換 轉換橋接器可以將以太網分組轉換為FDDI分組，大多數有關問題及某些解決措施將在最后討論。轉換雖然不如封裝有效，但是它允許以太網上的節(jié)點與FDDI網上的節(jié)點通信，在FDDI僅僅用作主干道網的情況下，封裝比轉換好。
　　Remate Bridging Technigues 遠程橋接技術
　　遠程橋接器有多種連接方法，本書后面的條目“數據傳輸率”介紹了常見網絡應用的傳輸速率和能夠幫助確定滿足傳輸需求的活動。
　　異步橋接器 撥號調制解調器和異步鏈路對偶爾的低容量的互聯網通信已經足夠了。大容量的通信需要專用模擬線路或下面將討論的數字線路。異步橋接設備有連接高速調制解調器的RS-232和V．35端口。V．32bis調制解調器能夠工作于14．4Kbps的速率，正在出現的標準使用壓縮方法能提供更高的速率。見本書后面“調制解調器”。
　　專用或交換數字線路 數字線路的速率可為64Kbps或更高，上至T1速率為1．544Mbps，T3速率為45Mbps。T1中有24條能處理聲音或數據通信的信道，信道服務單元/數據服務單元(CSU/DSU)將橋接器與數字線路相連，如圖B-17所示。如果打算混合傳送聲音與數據，那么需要一個多路復用器。請參見“多路復用”、“T1/T3服務”和“廣域網”的有關內容。
　　分組交換服務 分組交換服務能夠提供任意點到任意點的連接，相對于專線點對點的連接。橋接器能夠在分組交換網中建立與多個遠距離節(jié)點的鏈路。由于鏈路是交換的，連接時間可以較短，所以客戶只需按使用付費。一些分組交換服務列舉如下：
　　X．25分組交換傳輸速度為56Kbps。
　　幀中繼是一種速率為1．544Mpbs或更高的流水線幀傳送服務。它假定現代傳輸工具是可靠的，相對而言沒有錯誤，因而取消了額外的錯誤檢測。
　　交換式多兆位數據服務(SMDS)是在光纖環(huán)網絡上運行的城域網服務。
　　Bridging Versus Routing橋接方式與路由選擇方式的比較
　　路由器往往比橋接器好，因為它們能夠在復雜網絡中提供更好的通信管理。路由器可以通過與另一個路由器共享網絡狀態(tài)信息繞過擁塞或失效的連接。相當于OSI協議棧中的網絡層協議能夠采用這個網絡狀態(tài)信息，但橋接器卻看不到。由于路由器工作在網絡層，他們能夠在數據分組中得到更多的信息，并且能夠利用它們改進分組的傳送。
　　相關條目：Compus Network 校園網；Carrier Services 電信服務；Circuit-Switching Services 電路交換服務；Digital Circuits and Services數字電路［線路］與服務；Enterprise Networks 企業(yè)網；Metropolitan Area Networks城域網；Routers路由器；Wide Area Networks廣域網。

• 通信詞典解釋