计算机网络基础：网桥的网络结构及工作原理简介

用中继器或集线器扩展的局域网是同一个“冲突域”。在同一“冲突域”中，所有的主机共用同一条信道。这样，局域网的作用范围，特别是主机数量将受到很大的限制，否则将造成网络性能的严重下降。同时，一个主机发送的信息在冲突域中的所有主机都可以监听到，也不利于网络的安全。要解决这个问题，需要另外一种设备——网桥。

1.网桥的工作原理

网桥（Bridge）又称桥接器，它是一种存储转发设备，常用于互联局域网。网桥的网络结构如图6.4所示。

图6.4　网桥的网络结构

网桥工作在OSI 参考模型的第二层，它在数据链路层对数据帧进行存储转发，实现网络互联。

网桥能够连接的局域网可以是同类网络（使用相同的MAC 协议的局域网，如IEEE 802.3以太网），也可以是不同的网络（使用不同的MAC 协议和相同的LLC 协议的网络，如IEEE 802.3 以太网、IEEE 802.5 令牌环网和FDDI），而且这些网络可以是不同的传输介质系统（如粗、细同轴电缆以太网系统和光纤以太网系统）。

网桥不是一个复杂的设备，它的工作原理是接收一个完整的帧，然后分析进入的帧，并基于包含在帧中的信息，根据帧的目的地址（MAC 地址）段，来决定是丢弃这个帧，还是转发这个帧。如果目的站点和发送站点在同一个局域网，换句话说，就是源局域网和目的局域网是同一个物理网络，即在网桥的同一边，网桥将帧丢弃，不进行转发；如果目的局域网和源局域网不在同一个网络时，网桥则进行路径选择，并按着指定的路径将帧转发给目的局域网。网桥的路径选择方法有两种，不同类型的网桥所采用的路径选择方法不同。透明桥通过向后自学习的方法，建立一个MAC 地址与网桥的端口对应表，通过查表获得路径信息，以此实现路径选择的功能；源路由网桥的路径选择是根据每一个帧所包含的路由信息段的内容而定。

网桥的主要作用是将两个以上的局域网互联为一个逻辑网，以减少局域网上的通信量，提高整个网络系统的性能。网桥的另一个作用是扩大网络的物理范围。另外，由于网桥能隔离一个物理网段的故障，所以网桥能够提高网络的可靠性。

网桥与中继器相比有更多的优势，能在更大的地理范围内实现局域网互联。网桥不像中继器，只是简单地放大再生物理信号，没有任何过滤作用。网桥在转发数据帧的同时，能够根据MAC 地址对数据帧进行过滤，而且网桥可以连接不同类型的网络。

2.网桥与广播风暴

从网络体系结构看，网络系统的最低层是物理层，第二层是数据链路层，第三层是网络层。在介绍网桥的工作原理时已经指出，网桥工作在第二层（数据链路层）。网桥以接收数据帧、进行地址过滤、存储与转发数据帧的方式，来实现多个局域网的互联。(www.xing528.com)

网桥根据局域网中数据帧的源地址与目的地址来决定是否接收和转发数据帧。根据网桥的工作原理，网桥对同一个子网中传输的数据帧不转发，因此可以达到隔离互联子网通信量的目的。因为网桥要确定传输到某个目的节点的数据帧要通过哪个端口转发，就必须在网桥中保存一张“端口节点地址表”。但是，随着网络规模的扩大与用户节点数的增加，会不断出现“端口节点地址表”中没有的节点地址信息，当带有这一类目的地址的数据帧出现时，网桥将无法决定应该从哪个端口转发。网桥与广播风暴的形成过程如图6.5所示。

图6.5　网桥与广播风暴的形成

图6.5中有4 个局域网（局域网1、局域网2、局域网3 与局域网4）分别通过端口号为N.1、N.2、N.3 与N.4 的端口与网桥相连，通过网桥实现了局域网之间的互联。网桥为了确定接收数据帧的转发路由，需要建立“端口节点地址表”。如果局域网4 中结点号为504的计算机刚接入，那么“端口节点地址表”的记录中，N.l 对应结点101，N.2 对应结点803，N.3 对应结点205，N.4 对应结点504。在这种情况下，如果局域网1 中节点号为101 的计算机希望给结点号为205 的计算机发送数据帧，网桥可以通过“端口节点地址表”中保存的信息，很容易确定通过N.3 端口线路转发到局域网3，节点号为205 的计算机一定能接收到该数据帧。

如果“端口节点地址表”里没有节点号为504 的计算机的记录，那么网桥采取的方法是将该数据帧从网桥除输入端口之外的其他端口广播出去，这样，在与网桥连接的 N.2，N.3与N.4 端口，网桥都转发了同一个数据帧。这种盲目发送数据帧的做法，势必大大增加网络的通信量，这样就会发生常说的“广播风暴”。

由于实际网桥的“端口节点地址表”的存储能力是有限的，而网络节点又不断增加，从而使网络互联结构始终处于变化状态，因此网桥工作中通过“广播”方式来解决节点位置不明确而引起的数据帧传输“风暴”问题，必然造成网络中重复、无目的的数据帧传输急剧增加，给网络带来很大的通信负荷。这个问题已经引起了人们的高度重视。

3.网桥带来的一些问题

（1）增加时延。

（2）网桥的处理速度是有限的，在网络负载加大时会造成网络阻塞。

（3）在网桥的转发表中查找不到目的MAC 对应的端口的帧会被复制到所有端口，容易产生“网络风暴”。

所以，网桥适用于网络中用户不太多，特别是网段之间的流量不太大的场合。