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網橋協議的體系結構
2007-07-28   清華大學出版社

5.2 局域網的互連

局域網用網橋互連。IEEE 802標準中有兩種關于網橋的規范:一種是透明網橋,另一種是源路由網橋。本節首先介紹網橋協議的體系結構,然后分別介紹兩種IEEE 802網橋的原理。

5.2.1 網橋協議的體系結構

在IEEE 802體系結構中,站地址是由MAC子層協議說明的,網橋在MAC子層起中繼作用。圖5-6表示了由一個網橋連接兩個LAN的情況,這兩個LAN運行相同的MAC和LLC協議。當MAC幀的目標地址和源地址屬于不同的LAN時,該幀被網橋捕獲、暫時緩沖,然后傳送到另一個LAN。當兩個站之間有通信時,兩個站中的對等LLC實體之間就有對話,但是網橋不需要知道LLC地址,網橋只是傳輸MAC幀。

圖5-6(b)表示網橋傳輸的數據幀。數據由LLC用戶提供,LLC實體對用戶數據附加上幀頭后傳送給本地的MAC實體,MAC實體再在LLC幀上加上MAC幀頭和幀尾,從而形成MAC幀。由于MAC幀頭中包含了目標站地址,所以網橋可以識別MAC幀的傳輸方向。網橋并不剝掉MAC幀頭和幀尾,它只是把MAC幀完整地傳送到目標LAN。當MAC幀到達目標LAN后才可能被目標站捕獲。

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圖5-6 用網橋連接兩個LAN
MAC中繼橋的概念并不限于用一個網橋連接兩個鄰近的LAN。如果兩個LAN相距較遠,可以用兩個網橋分別連接一個LAN,兩個網橋之間再用通信線路相連。圖5-7表示兩個網橋之間用點對點鏈路連接的情況,當一個網橋捕獲了目標地址為遠端LAN的幀時,就在此幀上加上鏈路層(例如,HDLC)的幀頭和幀尾,并把它發送到遠端的另一個網橋,目標網橋剝掉鏈路層字段使其恢復為原來的MAC幀,這樣,MAC幀可最后到達目標站。
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圖5-7 遠程網橋通過點對點線路相連
兩個遠程網橋之間的通信設施也可以是其他網絡(例如廣域分組交換網),如圖5-8所示。在這種情況下網橋仍然是起MAC幀中繼的作用,但它的結構更復雜。假定兩個網橋之間是通過X.25虛電路連接,并且兩個端系統之間建立了直接的邏輯關系,沒有其他LLC實體,這樣,X.25分組層工作于802 LLC層之下。為了使MAC幀能完整地在兩個端系統之間傳送,源端網橋接收到MAC幀后,要給它附加上X.25分組頭和X.25數據鏈路層的幀頭和幀尾,然后發送給直接相連的DCE。這種X.25數據鏈路幀在廣域網中傳播,到達目標網橋并剝掉X.25字段,恢復為原來的MAC幀,然后發送給目標站。
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圖5-8 兩個網橋通過X.25網絡相連
在簡單情況下(例如,一個網橋連接兩個LAN),網橋的工作只是根據MAC地址決定是否轉發幀,但是在更復雜的情況下,網橋必須具有路由選擇的功能。例如在圖5-9中,假定站1給站6發送一個幀,這個幀同時被網橋101和102捕獲,而這兩個網橋直接相連的LAN都不含目標站。這時網橋必須做出決定是否轉發這個幀,使其最后能到達站6。顯然網橋 102應該做這個工作,把收到的幀轉發到LANC;然后再經網橋104轉發到目標站。可見網橋要有做出路由決策的能力,特別是當一個網橋連接兩個以上的網絡時(例如圖5-9中的網橋103),不但要決定是否轉發,還要決定轉發到哪個LAN上去。

網橋的路由選擇算法可能更復雜。在圖5-10中,網橋 105直接連接LAN A和 LAN E,從而構成了從LAN A到LAN E之間的冗余通路。如果站1向站5發送一個幀,該幀既可以經網橋101和網橋103到達站5,也可以只經過網橋105直接到達站5。在實際通信過程中,可以根據網絡的交通情況決定傳輸路線;另外,當網絡配置改變時(例如網橋105失效),網橋的路由選擇算法也要隨機應變。考慮了這些因素后,網橋的路由選擇功能就與網絡層的路由選擇功能類似了。在最復雜的情況下,所有網絡層的路由技術在網橋中都能用得上。當然,一般由網橋互連局域網的情況,遠沒有廣域網中的網絡層復雜,所以有必要研究更適合于網橋的路由技術。

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為了對網橋的路由選擇提供支持,MAC層地址最好是分為兩部分:網絡地址部分(標識互聯網中惟一的 LAN)和站地址部分(標識某 LAN中唯一的工作站)。IEEE 802.5標準建議:16位的MAC地址應分成7位的LAN編號和8位的工作站編號,48位的MAC地址應分成14位的LAN編號和32位的工作站編號,其余的1位或2位用于區分組地址/單地址,以及局部地址/全局地址。

在網橋中使用的路由選擇技術可以是固定路由技術。像網絡層使用的那樣,每個網橋中存儲一張固定路由表,網橋根據目標站地址,查表選取轉發的方向,選取的原則可以是某種既定的最短通路算法。當然,在網絡配置改變時路由表要重新計算,具體實現方法可參見第5章。

固定式路由策略適合小型和配置穩定的互聯網絡。除此之外,IEEE 802委員會開發了兩種路由策略規范:IEEE 802.1發布的標準是基于生成樹算法,可實現透明網橋;伴隨IEEE 802.5標準的是源路由網橋規范。下面分別介紹這兩種網橋標準。

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