什么是网桥
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发布时间：2022-04-20 09:41
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时间：2023-01-24 06:47
工作在数据链路层的一种网络互连设备，它在互连的LAN之间实现帧的存储和转发。可以连接不同类型的局域网。根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口
网段A和网段B如果是同构网是可以直接用电缆相连，但是如果是不同种类的网络，比如以太网和令牌环网不能直接用介质相连，这时候需要中转设备（网桥）进行相连
网桥只有若干个端口，因此一般直接相连的是网段，而不是主机
网桥的优点：
• 过滤通信量
• 扩大了物理范围（为了解决由于媒体访问控制导致的距离不能过长的问题。假如网段连接两段，这两段就相当于两个媒体访问控制。每一段有一个媒体访问控制的最大距离，两个距离加起来远远大于一个媒体访问控制的最大距离。而中继器解决的是由于距离过长而导致的信号衰减的问题，中继器所连接的各个网段最终还是单一的一个CSMA/CD碰撞域（冲突域），中继器只能在一个碰撞域内部延伸距离，每一个碰撞域是有一个最大距离*的，中继器不可能延伸碰撞域本身所固定的最大距离。如果用网桥，有两个端口，可以连接两个碰撞域，这样范围就增大了）
• 提高了可靠性（各个碰撞域可以工作，一个碰撞域出问题不会影响其他碰撞域）
• 可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网（一个以太网里能连接的用户数量是有限的，当超过这个限度的时候要接两个网，这两个网也要互相连接起来，这时的两个网是没有差异的，只是因为用户数量过多而分出两个网，这时就是同构网络连接。而由于技术不同，两个网对于传输可靠性的要求不一样，速率不一样等时，这就是异构网络连接）
网桥的缺点：
• 存储转发增加了时延
• 在MAC子层并没有流量控制功能（使用中继器互连的各个节点之间的收发速率没有不一样的，也就不存在流量控制问题。但是网桥是可以连接异构网络，这样两个网络的速率可能是不一样的，就出现了流量失配的问题。当高速网络向低速网络发送数据的时候就会出现问题）
• 具有不同MAC子层的网段连接在一起时时延更大（异构网络之间传输存在一个MAC协议的转换）
网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所说的广播风暴。当用户数量庞大，通信量很大的情况之下就用路由器来进行主网规划。局域网不用路由器，因为局域网中只存在物理层和数据链路层，没有网络层，而路由器是应用在网络层的，因此局域网不用路由器。概念已而现在的局域网的经在扩大，不再只是用中继器和网桥连接网络，也会用路由器
网桥与集线器的区别
• 集线器在转发帧时，不对传播媒体进行检测
• 网桥在转发前必须执行CSMA/CD算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避（数据会在缓存里面储存，发送一次不成功就会一直发送，知道到16次还没发送成功才会停止）；在这一点上网桥的接口就像一个网卡（网卡有MAC地址，但是网桥没有），但网桥却没有网卡。由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址（只是进行信息传输，并不会改变数据帧的内容以及源地址）
网桥工作在混杂方式；
（比如网卡，在正常方式下，网卡如果接收地址为当前网卡MAC地址，这时相当于单播通信，网卡就会把内容提交给上层。但是如果在广播信道里，即使不是数据的接收方也可以看到发送方发送的数据，这样网卡就会把所有它接收到的数据，不管是不是它这个节点应该接受的数据都会提交给上层）
网桥接收到一定帧后，通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发；
网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用洪泛方法转发帧（使用网桥时不需要对网桥进行配置，只需要物理上连接就可以。洪泛方法：采取广播的方式给所有节点发送）；
在转发过程中采用逆向学习算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系，并写入地址/端口对应表（因为在刚开始表为空的的时候，是通过广播方式给所有节点转发数据的，所以是没法了解想要传送的节点的MAC目的地址的，因此用源MAC地址）；
网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，删除在一定时间内没有更新的地址/端口项；
透明网桥的帧转发
帧的转发过程：目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧；目的LAN源LAN不同，则转发帧；目的LAN未知，则洪泛帧；均执行逆向学习
透明桥工作流程
网桥回路问题
↑图
假设A发出了一个帧，假设不认识目标方，这时网桥会按照广播方式处理。正常来讲，F1和F2的时序不会完全一样。因为网桥的端口在发送数据之前需要进行媒介的载波倾听。它们会进行信道使用的竞争，因此存在一定的先后顺序。假设F1先发送，发给网桥2，F2发给网桥1，这样数据帧就会一直在信道里不停地传输；如果目标地址明确的话就不会出现这样的问题
解决多个网桥产生回路的问题：
让网桥之间互相通信，用一棵连接每个LAN的生成树覆盖实际的拓扑结构（任意两个节点之间只有唯一一条想通的连接，使备份的网桥处于休眠状态，只接受数据而不转发数据。会监控主要网桥的作用，一旦主要网桥失控就会重新构建生成树来保障中断网络的连通性，这时备用的网桥就变成了主要网桥）
※构造生成树：
每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生成树的根；每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，使得每个LAN和桥到根的路径最短；当某个LAN或网桥发生故障时，要重新计算生成树；生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结构变化，重新生成树
源路由网桥
透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。源路由网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，按照客户的要求，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由之后发送帧。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。
以太网交换机
通常都有多个端口，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥
特点：
以太网交换机的每个端口都直接与主机（同构主机）相连（网桥的端口连接的是网段，可以连异构网段），并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时联通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞的传输数据。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。物理端口类型相同
