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5.2.2 生成樹網橋

生成樹（SpanningTree）網橋是一種完全透明的網橋，這種網橋插入電纜后就可以自動完成路由選擇功能，無需由用戶配置路由表或設置參數，網橋的功能是自己學習獲得的。下面從幀轉發、地址學習和環路分解三個方面介紹這種網橋的工作原理。

1.幀轉發

網橋為了能夠決定是否轉發一個傾，必須為每個轉發端口保存一個轉發數據庫，該數據庫中保存著必須通過該端口轉發的左右站的地址。下面通過圖5-14說明這種轉發機制。圖5-14中的網橋102把所有互聯網中的站分為兩類，分別對應它的兩個端口：在LANA,B,D和E上的站在網橋102的LANA端口一邊，這些站的地址列在一個數據庫中；在LANC和F中的站在網橋102的LANC端口一邊，這些站的地址列在另一個數據庫中。當網橋收到一個幀時就可以根據目標地址和這兩個數據庫的內容決定是否把它從一個端口轉發到另一個端口。作為一般情況，假設網橋從端口X收到一個MAC幀，則它按以下步驟進行路由決策（見圖5-15）。

查找除X端口之外的其他轉發數據庫。

如果沒有發現目標地址，則丟棄幀；如果在某個端口Y的轉發數據庫中發現目標站地址，并且Y端口沒有阻塞，則把收到的MAC幀從Y端口發送出去；若Y端口阻塞，則丟棄該幀。

2.地址學習

以上轉發方案假設網橋已經安裝入了轉發數據庫。如果采用靜態路由策略，轉發信息可以預先裝入網橋。還有一種更有效的自動學習機制，可以使網橋自己學習并建立合適的轉發數據庫。獲取轉發信息的一種簡單方案利用了MAC幀中源地址字段，下面介紹這種學習機制。

如果一個MAC幀從某個端口到達網橋，顯然它的源工作站處于網橋的入口LAN-邊，從幀的源地址字段可以知道該站的地址，于是網橋就據此更氣相應端口的轉發數據庫。為了應付網絡拓撲結構的改變，轉發數據庫的每一數據項（站地址）都配備一個定時器，當一個新的數據加入數據庫時，定時器復位；如果定時器超時，則該數據項被刪除，從而相應傳輸方向的信息失效。每當接收到一個MAC幀時，網橋就取出源地址字段并査看該地址是否在以上假定在數據庫中直接存儲站地址。如果采用兩級地址結構，則數據庫只需存儲LAN地址部分就可以了，這樣可以節省網橋中的存儲空間。

3.環路分解—生成樹算法

以上介紹的學習算法適用于互聯網為樹型拓撲結構的情況，即網絡中沒有環路，任意兩個站點之間只有通路。當互聯網中出現環路時，這種方法就失效了。下面通過圖5-16說明問題是怎樣產生的，假定在時刻t0,站丨向站2發送了一個幀，兩個網橋都捕獲了這個幀并在各自的數據庫中把站1地址記錄在LANA一邊，隨之把該幀發往LANB.在稍后的某個時刻tl或t2網橋101和102又收到源地址為站1、目的地址為站2的MAC幀，但這一次是從LANB的方向傳來的，這時兩個網橋又要更新各自的轉發數據庫，把站A的地址記在LANB的一邊。

由此可見，由環路引起的循環轉發破壞了網橋的數據庫，使得網橋無法獲得正確的轉發信息，克服這個問題的思路就是要設法消除環路，從而避免出現相互轉發的情況，但圖論中有一種提取連通圖生成樹的簡單算法，可以用于互連網絡消除其中的環路。在互連網絡中，每一個LAN對應于連通圖中的一個頂點，而每一個網橋則對應于連通圖的一個邊，圖5-16有環路的局域網互連刪去連通圖的一邊等價于移去一個網橋，凡是構成回路的網橋都可以逐個移去，最后得到的生成樹不含回路，又不改變圖的連通性。

這里需要一種算法，使得各個網橋之間通過交換信息自動阻塞一些傳輸端口，從而破壞所有的環路并導出互連網絡的生成樹。這種算法應該是動態的，即當網絡拓撲結構改變時。

網橋能察覺到這種變化，并能導出新的生成樹。這里假定：

每一個網橋有MAC地址和優先級，地址和優先級構成網橋的標識符：

有一個特殊的地址用于標識所有網橋；

網橋的每一個端口有標識符，該標識符只在網橋內部有效。

另外，還要建立以下概念。

根橋：作為生成樹樹根的網橋，例如，可選擇地址值最小的網橋作為根橋。

通路費用：為網橋的每一個端口指定一個通路費用，該費用表示通過該端口向其連接的LAN傳送一個幀的代價。兩個站之間的通路可能要經過多個網橋，這些網橋的有關費用相加就構成了兩站之間的通路費用。例如，假定沿路每個網橋端口的費用為1,則兩個站之間通路費用就是經過的網橋數。也可以把網橋端口的通路費用與有關LAN的通信速率聯系起來。根通路：每一個網橋通句根橋的費用最小的通路。

根端口：每一個網橋與根通路相連接的端口。

指定橋：每一個LAN有一個指定橋，這是在該LAN上提供最小費用根通路的網橋。

指定端口：每一個LAN的指定橋連接該LAN的端口為指定端口，對于直接連接根橋的LAN,根橋就是指定橋，連接根橋的端口即為指定端口。

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