四、局域网互连
局域网通过网桥互连。IEEE 802标准中有两种关于网桥的规范:一种是802.1d 定义的透明网桥，另一种是 802.5标准中定义的源路由网桥。
1.网桥协议的体系结构
在IEEE 802 体系结构中，站地址是由MAC子层协议说明的，网桥在MAC子层起中继作用。下图表示了由一个网桥连接两个LAN的情况，这两个LAN运行相同的MAC和LLC协议。当MAC帧的目标地址和源地址属于不同的LAN时，该帧被网桥捕获、暂时缓冲，然后传送到另一个 LAN。当两个站之间有通信时，两个站中的对等LLC实体之间就有对话，但是网桥不需要知道LLC地址，只是传输MAC帧。
图(b)表示网桥传输的数据帧。数据由LLC用户提供，LLC实体对用户数据附加上帧头后传送给本地的 MAC实体，MAC实体再加上 MAC帧头和帧尾，从而形成MAC帧。由于 MAC帧头中包含了目标站地址,所以网桥可以识别MAC帧的传输方向。网桥并不剥掉 MAC帧头和帧尾，它只是把 MAC 帧完整地传送到目标 LAN。当 MAC 帧到达目标 LAN 后才可能被目标站捕获。
MAC中继桥的概念并不限于用一个网桥连接两个邻近的LAN。如果两个LAN相距较远，可以用两个网桥分别连接一个LAN，两个网桥之间再用通信线路相连。下图表示两个网桥之间用点对点链路连接的情况，当一个网桥捕获了目标地址为远端LAN的帧时，就加上链路层(例如 HDLC)的帧头和帧尾，并把它发送到远端的另一个网桥，目标网桥剥掉链路层字段使其恢复为原来的MAC帧，这样，MAC帧可最后到达目标站。
两个远程网桥之间的通信设施也可以是其他网络，例如广域分组交换网，如下图所示。
在这种情况下，网桥仍然是起到MAC帧中继的作用，但它的结构更复杂。假定两个网桥之间是通过X.25虚电路连接，并且两个端系统之间建立了直接的逻辑关系，没有其他 LLC 实体，这样，X.25 分组层工作于802LLC层之下。为了使MAC帧能完整地在两个端系统之间传送，源端网桥接收到 MAC 帧后，要给它附加上 X.25 分组头和 X.25 数据链路层的帧头和帧尾，然后发送给直接相连的DCE。这种 X.25 数据链路帧在广域网中传播，到达目标网桥并剥掉 X.25字段，恢复为原来的 MAC 帧，然后发送给目标站。
为了对网桥的路由选择提供支持，MAC层地址最好是分为两部分:网络地址部分(标识因特网中唯一的 LAN)和站地址部分(标识某 LAN 中唯一的工作站)。IEEE802.5 标准建议:16 位的 MAC地址应分成7位的LAN编号和8位的工作站编号，而48 位的 MAC地址应分成14位的 LAN 编号和 32 位的工作站编号，其余位用于区分组地址/单地址以及局部地址/全局地址。
在网桥中使用的路由选择技术可以是固定路由技术。像网络层使用的那样，每个网桥中存储一张固定路由表，网桥根据目标站地址查表选取转发的方向，选取的原则可以是某种既定的最短通路算法。当然，在网络配置改变时，路由表要重新计算。
固定式路由策略适合小型和配置稳定的互连网络。除此之外，EEE802委员会开发了两种路由策略规范：（1）IEEE 802.1d标准是基于生成树算法的，可实现透明网桥；（2）伴随EEE 802.5标准的是源路由网桥规范。下面分别介绍这两种网桥标准。
2.生成树网桥
生成树(Spanning Tree)网桥是一种完全透明的网桥，这种网桥插入电缆后就可以自动完成路由选择的功能，无须由用户装入路由表或设置参数，网桥的功能是自己学习获得的。以下从帧转发、地址学习和环路分解3个方面讲述这种网桥的工作原理。
（1）帧转发
（2）地址学习
（3）环路分解
3.源路由网桥
生成树网桥的优点是易于安装，无须人工输入路由信息，但是这种网桥只利用了网络拓扑结构的一个子集，没有最好地利用带宽。所以，802.5标准中给出了另一种网桥路由策略-源路由网桥。源路由网桥的核心思想是由帧的发送者显式地指明路由信息。路由信息由网桥地址和 LAN 标识符的序列组成，包含在帧头中。每个收到的网桥根据帧头中的地址信息可以知道自己是否在转发路径中，并可以确定转发的方向。
（1）路由指示
按照 802.5 的方案，帧头中必须有一个指示器表明路由选择的方式。路由指示有以下4种。
- 空路由指示。不指示路由选择方式，所有网桥不转发这种帧，故只能在同一个LAN中传送。
- 非广播指示。这种帧中包含了LAN 标识符和网桥地址的序列。帧只能沿着预定路径到达目标站，目标站只收到该帧的一个副本，这种帧只能在已知路由情况下发送。
- 全路广播指示。这种帧通过所有可能的路径到达所有的LAN，在有些LAN上可能多次出现。所有网桥都向远离源端的方向转发这种帧，目标站会收到来自不同路径的多个副本。
- 单路径广播指示。这种帧沿着以源节点为根的生成树向叶子节点传播，在所有 LAN上出现一次并且只出现一次，目标站只收到一个副本。
（2）寻址模式
路由指示和 MAC 寻址模式有一定的关系。寻址模式有以下3种。
- 单播地址:指明唯一的目标地址。
- 组播地址:指明一组工作站的地址。
- 广播地址:表示所有站。
不同寻址模式和路由指示组合的接收效果
从表看出，如果不说明路由信息，则帧只能在源站所在的LAN 内传播:如果说明了路由信息，则帧可沿预定路径到达沿路各站。在两种广播方式中，因特网中的任何站都会收到帧。但若是用于探询到达目标站的路径，则只有目标给予响应。全路广播方式可能产生大量的重复帧，从而引起所谓的“帧爆炸”问题。单路径广播产生的重复帧少很多，但需要生成树的支持。
五、城域网
1.城域以太网
应用于更大范围的城域网时存在下面一些局限性。
(1)传输效率不高。
(2)局域网应付通信故障的机制不完善，没有故障隔离和自愈能力。
(3)局域网不能提供服务质量保证。
(4)局域网的管理机制不完善。
城域以太网论坛(MEF)是由网络设备制造商和网络运营商组成的非盈利组织，专门从事城域以太网的标准化工作。MEF的承载以太网技术规范提出了以下几种业务类型。
(1)以太网专用线(EPL)。在一对用户以太网之间建立固定速率的点对点专线连接。
(2)以太网虚拟专线(EVPL)。在一对用户以太网之间通过第三层技术提供点对点的虚拟以太网连接，支持承诺的信息速率(CIR)、峰值信息速率(PIR)和突发式通信。
(3)以太局域网服务(E-LANServices)。由运营商建立一个城域以太网，在用户以太网之间提供多点对多点的第二层连接，任意两个用户以太网之间都可以通过城域以太网通信。
2.弹性分组环
弹性分组环(RPR)是一种采用环型拓扑的城域网技术。2004年公布的 IEEE 802.17 标准定义了 RPR 的介质访问控制方法、物理层接口以及层管理参数，并提出了用于环路检测和配置、失效恢复以及带宽管理的一系列协议。802.17标准也定义了环网与各种物理层的接口和系统管理信息库。RPR支持的数据速率可达10Gbps。
（1）体系结构
RPR 的体系结构如下图所示。MAC 服务接口提供上层协议的服务原语：MAC控制子层控制 MAC 数据通路，维护 MAC 状态，并协调各种MAC功能的相互作用；MAC数据通路子层提供数据传输功能；MAC 子层通过 PHY服务接口发送/接收分组。
RPR采用了双环结构，由内层的环1(ringlet1)和外层的环0(ringlet0)组成，每个环都是单方向传送。
RPR支持多达 255 个工作站，最大环周长为2000km。
（2）数据传送
工作站之间的数据传送有单播、单向泛洪、双向泛洪和组播等几种方式。发送站可以利用环1或环0向它的下游站发送分组，数据帧到达目标站时被复制并从环上剥离(stip)。
（3）基本帧格式
PRP 中传送的分组有数据帧、控制帧、公平帧和闲置帧等多种格式。
（4）RPR 的关键技术
(1)业务类型。RPR支持3种业务。A类业务提供保证的带宽，提供与传输距离无关的很小的延迟抖动，适合语音、视频等电路仿真应用;B类业务提供保证的带宽，提供与传输距离相关的有限的延迟抖动，可以超信息速率(EIR)传输，适合企业数据传输方面的应用:C类业务提供尽力而为的服务，适合用户的因特网接入。
(2)空间复用。RPR的空间复用协议(SRP)提供了寻址、读取分组、管理带宽和传播控制信息等功能。在 RPR环上，数据帧被目标站从环上剥离，而不是像其他环网那样返回源节点后被剥离。这样就使得多个节点分成多段线路同时传输数据，充分利用了整个环路的带宽。例如，环上依次有A、B、C、D这4个节点，分组经过A节点到达B节点被剥离，另外的分组可以从B节点插入，并经C传送到D节点，从而有效地利用了环上A到 D 之间的带宽。
(3)拓扑发现。RPR拓扑发现是一种周期性活动，也可以由某个需要知道拓扑结构的节点发起。在拓扑发现过程中，拓扑发现分组经过的节点把自己的标识符加入到分组中的标识符队列，产生一个新的拓扑发现分组，这样就形成了拓扑识别的累积效应。通过拓扑发现，节点可以选择最佳的插入点，使得源节点到达目的节点的跳步数最小。
(4)公平算法。公平算法是一种保证环上所有站点公平地分配带宽的机制。如果一个节点发生阻塞，它就会在相反的环上向上游节点发送一个公平帧。上游站点收到这个公平帧时就调整自己的发送速率使其不超过公平速率。一般来说，接收到公平帧的站点会根据具体情况做出两种反应:若当前节点阻塞，它就在自己的当前速率和收到的公平速率之间选择一个最小值，并发布给上游节点:若当前节点不阻塞，就不采取任何行动。
(5)环自愈保护。当 RPR 环中出现严重故障或者发生光纤中断后，中断处的两个站点就会发出控制帧，沿光纤方向通知各个节点。正要发送数据的站点接收到这个消息后，立即把要发送的数据倒换到另一个方向的光纤上。一般来说，在环保护切换时，要按照业务流的不同服务等级、根据相同目标一起倒换原则依次向反向光纤倒换业务。RPR和SDH一样，能保证业务的倒换时间少于 50ms。
