本章将会了解网桥设备 (bridge device) 是什么、如何使用，以及它存在哪些限制。重点介绍透明网桥(transparent bridging)、地址学习，以及所谓转发表（forwarding database） 的使用。

本章最后，会解释为什么环路拓扑中不能使用网桥，并引出下一章的内容 —— 生成树协议（STP） 是如何解决这一限制的。

14.1. 中继器、网桥与路由器

中继器 (repeater)

  • 一种通常配备两个端口的设备，它只是将从一个端口接收到的内容复制到另一个端口，反之亦然。
  • 它逐比特复制数据，不具备任何协议认知，因此无法区分不同的帧或数据包。
  • 如今中继器已很少使用，因为网桥的价格已十分亲民，其提供的更强能力足以弥补价格差异。
  • 多端口中继器被称为集线器(Hub)。

网桥 (bridge)

  • 能够理解链路层协议，因此它是按帧复制数据，而不是按比特复制。
  • 这意味着网桥必须在每个端口上至少能够缓冲一帧数据。
  • 大多数局域网(LAN)都使用网桥（通常更常被称为交换机(switches)，参见「网桥与交换机」一节）来实现。

路由器 (router)

  • 一种能够理解 IP 等三层（L3）网络协议，并根据路由表转发入站数据包的设备。
  • 在路由器这一术语出现之前就已存在的 ** 网关（gateway）** 一词，现在也通常用来指代同类设备。

图 14‑1 (b) 展示了所谓的存储转发网桥（store‑and‑forward bridge），这也是 Linux 所采用的机制：以太网帧只有在完整接收完毕后，才会从对应端口转发出去。

网桥会为它的每个接口分配一个链路层地址，并转发所有经过它、但目的地不是它自身的报文。（路由器会在三层（L3）层面执行类似的行为，我们将在第七部分看到。）

网桥确实会在以下两种情况下接收并处理部分入站帧：

  1. 将其传递给上层（即三层 L3）
  • 只有当网桥同时实现了三层功能（也就是说，它除了是网桥之外，还是路由器或主机），并且入站帧的目的地是接收接口上配置的二层地址时，才能执行上述操作。
  1. 将其传递给协议处理器
  • 我们将在第 15 章介绍生成树协议 (Spanning Tree Protocol) 时看到这种情况。

14.2 网桥(bridge) vs 交换机(switch)

bridge（网桥）和switch（交换机） 这两个术语可以用来指代同一种设备。

不过如今，bridge 一词主要用于文档中，用来描述网桥的行为以及生成树协议（STP，我们将在下一章介绍）的工作原理。

相比之下，指代实际硬件设备时，通常使用 switch 一词。

14.3 主机 hosts

在本章及后续讲解网桥的章节中，任何工作在高于网桥所在网络层（即链路层 / L2） 的设备，都被视为主机（包括路由器在内）。

一台主机（例如 Linux 系统）如果配置得当，既可以作为网桥，也可以作为供用户使用的标准工作站。

但在本章及后续章节中，我们不考虑这种情况；我们假设主机不运行任何网桥相关代码。因此，所有图中的个人计算机（PC）都不会运行网桥代码，除非文中另有说明。

14.4 用网桥合并 LAN

假设两个 LAN 里的主机都属于同一个 IP 子网，在 LAN 中的任何主机发出的任何帧都会被其它主机接收。

当主机 A 发出一个帧时，LAN1 的其它主机和网桥都会接收到帧，网桥将入口帧复制到其它所有端口上，最后 LAN1 和 LAN2 上的所有主机都会接收到主机 A 所产生的帧的副本。

如果把两个 LAN 的主机设置成两个不同的 IP 子网，使用路由器代替网桥，路由器不会把要传给 LAN1 中的主机的数据包转发至 LAN2。

14.5 桥接不同技术的 LAN

Linux 网桥只在以太网端口之间进行桥接

14.6 地址学习 (Address Learning)

网桥实际上能够学习主机的位置（更准确地说，是学习主机的二层地址），并利用这些信息将入站帧有选择地仅复制到正确的端口。这个过程被称为被动学习(passive learning)，因为它完全由网桥自主完成，无需用户配置，也不需要协议的协助。

图中使用 Host N 表示 L2 地址。

网桥在不知道该通过哪个接口去往某个二层地址时，会将帧从除接收接口之外的所有接口转发出去，这种行为称为泛洪（flooding）。

14.6.1 广播 (Broadcast) 和多播 (Multicast) 地址

当网桥收到目的地址为链路层广播地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF）或二层组播地址的帧时，会将其从除接收端口外的所有端口转发出去。

组播地址和广播地址不能作为帧中的源地址使用，因此网桥不会学习这些地址，也不会将它们与任何特定端口关联（否则会出错）。

14.6.2 老化 Aging

为了让网桥的认知适配网络拓扑变化，网桥学习到的地址会在一段可配置的时间后超时失效。

这种老化机制通常由一个简单的定时器实现：地址首次被学习时启动定时器；每当再次监听到该主机时，定时器就会重启（重置），以确认或更新其地址。该过程如图 14‑5 所示。

默认老化时间为 5 分钟。我们将在第 15 章看到，在特定条件下生成树协议（STP） 如何缩短老化时间；并在第 17 章介绍系统管理员如何修改默认的老化时间。

14.7 多台网桥 (Multiple Bridges)

从网桥 1 的角度看，主机 A, B, C, D 都位于 LAN2 中，都可通过网桥 1 在 LAN2 的接口访问。

同一个 LAN 中有多台网桥，可以提高不同 LAN 之间的连通能力，但存在问题。

14.7.1 网桥环路 (Bridging Loops)

  • 透明网桥不能用在环路拓扑上

14.7.2 无环路拓扑

网桥和 LAN 的连接都是双向的链路：

要让图 14-10 的图形无环路，所需要做的就是关闭一个网桥端口，并删除一条连接线路。

14.7.3 定义无环路拓扑

STP

RSTP(Papid Spanning Tree Protocol, 快速生成树协议)

MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol, 多重生成树协议)

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