网桥

：Bridge ，又称为桥接器。

• OSI 层级：工作在数据链路层的 MAC 子层。

• 用途：将多个局域网连通，合并成一个局域网。

• 原理：

  • 网桥具有至少两个端口，每个端口可以连接到一个网络或主机。
  • 网桥从一个端口收到数据帧时，会暂存在内存中，进行解读。然后生成一个新的数据帧，转发到另一个端口。
    • 由于网桥能解读、生成数据帧，因此能将两个数据链路层协议不同（比如以太网与 WLAN ）的网络，在 MAC 子层连通。
  • 转发到哪个端口？取决于数据帧的目标 Mac 地址是什么。
    • 如果目标 Mac 地址，在表中记录了对应端口，则转发到该端口。此时不会转发到所有端口，因此每个端口是一个独立的冲突域。
    • 如果目标 Mac 地址，在表中记录了对于端口，但与源端口相同。则丢弃该数据帧，不转发。该操作称为过滤（filter）。
    • 如果目标 Mac 地址，在表中没有记录，则向除了源端口以外的所有端口，转发数据帧。该操作称为泛洪（flood）。
      • 然后，当前局域网的所有主机都会收到数据帧，只有目标主机会做出回复。当回复的数据帧经过网桥时，网桥就知道目标主机接入了哪个端口。
      • 因此，网桥刚启动时，Mac 地址表为空，会以 flood 方式转发数据帧，相当于集线器。
    • 如果目标 Mac 地址，属于广播地址，则会被转发到所有端口。
      • 因此网桥不能隔离广播风暴。
      • 广播风暴是指，某个主机发送大量广播帧，占用大量带宽，导致网络拥塞，甚至瘫痪。
  • 网桥会自动地建立和维护一个 Mac 地址表，表中记录了各个目标 Mac 地址与端口的对应关系。
    • 假设 Mac 地址为 Axxx 的一个主机，接入网桥的 1 号端口，发送一个数据帧。
      • 网桥会解读该数据帧，发现其源 Mac 地址为 Axxx ，于是增加一条记录：源 Mac 地址为 Axxx 的主机，接入了 1 号端口。
      • 该操作称为自动学习。
    • 当网桥收到一个目标 Mac 地址为 Axxx 的数据帧时，就会根据 Mac 地址表，将数据帧转发到 1 号端口。
    • Mac 地址表中，每条记录包含一个时间戳，表示最后一次使用该记录的时间。如果一条记录长时间未被使用，则会被自动删除。

• 透明网桥是最常见的一种网桥。

  • 透明是指网桥对局域网没有影响，不可见，相当于透明。

• 几个网络互联时，可能产生回路，即出现环型拓扑结构。为了避免回路中网桥重复转发同一数据帧，通常采用生成树协议（Spanning Tree Protocol ，STP）。

  • 生成树算法会选择网络中的一个网桥作为根，其它网桥各自选出自己到根网桥最近的一个端口作为转发端口，并暂时阻塞其它端口，从而构成一个树型拓扑结构的网络。
  • 这样既能消除回路，又能保留备用路径，即冗余。

• 对比集线器与网桥：

  • 中继器、集线器都属于传输线路的配件，只影响信号的传输过程。它们通常是简单的小型硬件电路，没有软件。而网桥运行了软件。
  • 中继器、集线器工作在物理层，负责传输电信号，即使这些电信号不是有意义的数据。而网桥工作在数据链路层，负责传输数据帧。
  • 如果多个主机，通过集线器连接在一起，则属于同一个冲突域。
  • 如果多个主机，通过网桥连接在一起，则属于同一个局域网，但不是同一个冲突域。
  • 共享式局域网
    • ：所有主机连接到一个集线器，只能半双工通信。
    • 集线器的多个端口处于同一个冲突域，采用 CSMA/CD 技术来避免冲突。
    • 集线器的多个端口，共享集线器的带宽。如果接入了较多主机，则每个主机分到的带宽较少。此时，建议用网桥或交换机，分割成多个冲突域。
  • 交换式局域网
    • ：所有主机连接到一个网桥或交换机，支持全双工通信。
    • 每个端口属于独立的冲突域，独享带宽。