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广域网技术

广域网技术. 学习目标. 学习完本课，您应该能够： 了解广域网基本概念与基础知识 掌握广域网的类型，掌握广域网接口类型 了解广域网协议和原理，掌握 HDLC 、 PPP 、帧中继等常用协议配置. 章节主要内容. 第五章 广域网技术 5.1 广域网概述 5.2 高级数据链路控制协议 HDLC 5.3 点对点协议 PPP 5.4 帧中继协议 Frame Relay 章节小结. 5.1 广域网概述. 1. 项目背景.

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  1. 广域网技术

  2. 学习目标 学习完本课，您应该能够： 了解广域网基本概念与基础知识 掌握广域网的类型，掌握广域网接口类型 了解广域网协议和原理，掌握HDLC、PPP、帧中继等常用协议配置

  3. 章节主要内容 第五章 广域网技术 • 5.1广域网概述 • 5.2 高级数据链路控制协议HDLC • 5.3 点对点协议PPP • 5.4 帧中继协议Frame Relay • 章节小结

  4. 5.1 广域网概述 1.项目背景 • 某公司总部在北京，因为业务发展壮大，在上海建立了一家分公司，为了便于管理及日常工作顺利开展，总部决定和分公司之间采用广域网线路连接。

  5. 项目拓扑 FR RG-S6808×2 RG-S3550 RG-S3550 RG-S3550 RG-S4909 RG-S3550 R3640 公司总部 分公司 RG-R6806E RG-S2126S RG-S2126S

  6. 5.1 广域网概述 • 引入 • 局域网主要完成工作站、终端、服务器等在较小物理范围内的互联，只能解决局部的资源共享 • 广域网可以使相距遥远的局域网互相连接起来，远距离传输数据、语音、视频等，实现大范围的资源共享

  7. 局域网的不足 • 以太网等局域网技术无法支持远程传输 • 企图通过大量设备级连将局域网扩展到超远距离是不现实的 • 即使可以扩展局域网的范围，但普通组织没有专用的长距离线路 LAN WAN 北京 西安 1000km

  8. 2.广域网的概念 服务供应商 5.1 广域网概述 • 广域网（Wide Area Networks，WAN） • 距离远、带宽小、延时大

  9. 局域网 局域网 • 由局域网和广域网组成互联网 互联网 结点交换机 广域网 路由器

  10. 广域网的作用 • 基于电信运营商的通信网络设施建立远程连接 • 在相距遥远的局域网之间建立连接性 北京 西安 运营商通信网 WAN 1000km

  11. 广域网与OSI参考模型 OSI参考模型 广域网

  12. 广域网连接方式 专线方式 异步/同步专线 PSTN/ISDN 电路交换方式 分组交换方式 X.25/帧中继/ATM

  13. 5.1 广域网概述 3.数据报和虚电路 • 网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类： • 无连接的网络服务（数据报服务） • 面向连接的网络服务（虚电路服务）

  14. 提供数据报服务的特点 网络随时接受主机发送的分组（即数据报） 网络为每个分组独立地选择路由。 H4 H2 H2向H6发送分组 D H1向H5发送分组 B 路径可能变化 H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  15. 提供数据报服务的特点 网络尽最大努力地将分组交付给目的主机， 但网络对源主机没有任何承诺。 H4 H2 D B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  16. 提供数据报服务的特点 网络不保证所传送的分组不丢失 也不保证按源主机发送分组的先后顺序 以及在时限内必须将分组交付给目的主机 H4 H2 D B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  17. 提供数据报服务的特点 当网络发生拥塞时 网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃 H4 H2 D B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  18. 数据报提供的服务是不可靠的， 它不能保证服务质量。 实际上“尽最大努力交付”的服务 就是没有质量保证的服务。 提供数据报服务的特点 H4 H2 D B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  19. 提供虚电路服务的特点 H1向H5发送的 所有分组都沿此 虚电路传送。 虚电路 主机H1先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组， 要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机 H5 同意 通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。 H4 H2 D H1要和H5通信 B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  20. 提供虚电路服务的特点 同理，主机H2和主机 H6 通信之前，也要建立虚电路。 H4 H2 D B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  21. 提供虚电路服务的特点 在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在 两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。 所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照 先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。 H4 H2 D B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  22. 提供虚电路服务的特点 到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致， 因此网络提供虚电路服务对通信的 服务质量QoS (Quality of Service)有较好的保证。 H4 H2 D B H6 E H1 A H5 C H3 分组交换网

  23. 两种思路: 5.1 广域网概述 • 虚电路服务的思路来源于传统的电信网,电信网将其用户终端(电话机)做得非常简单，而电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的节点交换机复杂而昂贵。 • 数据报服务力求使网络在恶劣的环境下仍可工作，并使对网络的控制功能分散，因而只能要求提供尽最大努力的服务，这种网络要求使用较复杂且有相当智力的计算机作为用户终端，可靠通信由用户终端中的软件(即TCP)来保证。

  24. 虚电路服务与数据报服务的主要区别。 对比的方面 虚电路服务 数据报服务 思路 可靠通信应当由网络来保证 可靠通信应当由用户主机来保证 连接的建立 必须有 不要 仅在连接建立阶段使用，每 目的站地址 每个分组都有目的站的全地址 个分组使用短的虚电路号 在虚电路建立时进行，所有 路由选择 每个分组独立选择路由 分组均按同一路由 所有通过出故障的结点的虚 出故障的结点可能会丢失分组， 当结点出故障时 电路均不能工作 一些路由可能会发生变化 分组的顺序 总是按发送顺序到达目的站 到达目的站时不一定按发送顺序 端到端的差错处 由分组交换网负责 由用户主机负责 理和流量控制

  25. 5.1 广域网概述 运营商通信网 用户路由器 用户路由器 DTE DCE DCE DTE 运营商 传输设备 运营商 传输设备 本地线缆 接入线路 远程线路 接入线路 本地线缆 4.点到点广域网技术 • 专线连接模型 • 点到点永久性独占线路，固定带宽 • 典型技术：异步模拟专线、同步数字专线 • 链路层常使用SDLC、HDLC、PPP等

  26. 电路交换连接模型 5.1 广域网概述 运营商通信网 用户路由器 用户路由器 DTE DCE DCE DTE 广域网 交换机 广域网 交换机 本地线缆 接入线路 远程交换电路 接入线路 本地线缆 • 按需拨号建立连接，独占线路，带宽固定 • 典型技术：PSTN、ISDN • 链路层通常采用PPP

  27. 常用接口和线缆 5.1 广域网概述 运营商通信网 串口 接入线缆 用户路由器 运营商 设备 串口线缆 • 接口和线缆 • V.24、V.35、X.21、RS-232、RS-449、RS-530、RJ-11、RJ-45、双绞线等 • 设备 • 调制解调器、同步CSU/DSU等

  28. V.24接口线缆 波特率（bps） 最大传输距离（米） 2400 60 4800 60 9600 30 19200 30 38400 20 64000 20 115200 10 • 支持同步和异步两种方式 • 异步方式下最高速率为115200bps • 同步方式下最高速率为64000bps V.24 DTE电缆

  29. V.35接口线缆 波特率（bps） 最大传输距离（m） 2400 1250 4800 625 9600 312 19200 156 38400 78 56000 60 64000 50 2048000 30 • 只能工作在同步方式下 • 同步方式下最大速率2Mbps V.35 DTE电缆

  30. 其他常见接口线缆 X.21 DTE电缆 RS-449 DTE电缆 RS-530 DTE电缆

  31. 链路层协议 运营商通信网 • 在点到点连接中，链路层协议通常运行于端系统之间 • 常用链路层协议包括HDLC、PPP、SLIP、SDLC等 用户路由器 用户路由器 DTE DCE DCE DTE 运营商 传输设备 运营商 传输设备 链路层协议

  32. 5.1 广域网概述 5.分组交换广域网技术 • 分组交换连接模型 运营商分组交换网 用户路由器 用户路由器 分组交换机 分组交换机 接入链路 虚电路 接入链路 • 一个端系统设备可以通过虚电路连接到多个通信对端 • 典型技术：X.25、帧中继、ATM

  33. 5.2 高级数据链路控制协议HDLC 1. HDLC概念 • 高级数据链路控制（High-Level Data Link Control，HDLC），是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO)根据IBM公司的SDLC(Synchronous Data Link Control)协议扩展开发而成的。 • HDLC是一个点对点的数据传输协议，其帧的结构有两种类型，一种是ISO HDLC帧结构，一种是Cisco HDLC帧结构。ISO HDLC采用SDLC的帧格式，支持同步，全双工操作，分为物理层及LLC两个子层，其帧结构如图7-5所示，整个HDLC的帧由标志字段、地址字段、控制字段、数据字段、帧校验序列字段等组成。由于HDLC是点到点串行线路上的帧封装格式，所以其帧格式和以前介绍的以太网帧格式有很大差别，HDLC没有源MAC地址和目的MAC地址。所谓点到点线路是指该线路只有两个主机存在，那么从线路一端进入的数据一定是到达对端的，所以理论上可以不需要第二层地址。

  34. 帧标志序列(F) 帧标志序列(F) 地址(A) 地址(A) 控制(C) 控制(C) 专有位(P) 数据(D) 数据(D) 校验和(FCS) 校验和(FCS) 帧标志序列(F) 帧标志序列(F) 5.2 高级数据链路控制协议HDLC 2.两种帧格式 图 ：ISO HDLC帧格式 图： Cisco HDLC帧格式

  35. 5.2 高级数据链路控制协议HDLC 3.HDLC配置 • 设置HDLC封装 Cisco路由器的串口在默认时使用Cisco HDLC协议封装的，所以不需要配置。如果串口的封装不是HDLC，则需使用encapsulation命令进行配置。命令格式如下： • Router(config-if)# encapsulation hdlc • 设置DCE端线路速率 Cisco路由器接DDN专线时，同步串口需要通过V.35或V.24DTE线缆连接CSU/DSU,这时Cisco路由器为DTE，CSU/DSU为DCE，由CSU/DSU提供时钟。如两台路由器直接通过DTE/DCE线缆连接，一台路由器作为DTE，另一台路由器作为DCE，就必须由作为DCE的路由器提供。因此，必须设置时钟频率。命令格式如下： • Router(config-if)# clock rate speed

  36. 5.2 高级数据链路控制协议HDLC 202.168.10.0/24 .1 .2 s0/0/0 (DTE) s0/0/0 (DCE) RouterB RouterA 图 HDLC封装配置拓扑图 4.配置实例 • 如图所示：RouterA的IP地址为202.168.10.1，RouterB的IP地址是202.200.10.2，都使用s0/0/0口进行连接。

  37. 5.2 高级数据链路控制协议HDLC • 对RouterA HDLC的配置： RouterA# configure terminal RouterA(config)# interface s0/0/0 #进入端口配置状态 RouterA(config-if)# ip address 202.168.10.1 255.255.0.0 #配置IP地址及掩码 RouterA(config-if)# encapsulation hdlc #封装HDLC RouterA(config-if)# clock rate 64000 #设置DCE时钟 RouterA(config-if)# no shutdown #启用端口

  38. 5.2 高级数据链路控制协议HDLC • RouterB HDLC的配置： RouterB# configure terminal RouterB(config)# interface s0/0/0 RouterB(config-if)# ip address 202.168.10.2 255.255.0.0 RouterB (config-if)# encapsulation hdlc RouterB(config-if)# no shutdown

  39. 5.2 高级数据链路控制协议HDLC • 查看端口的封装类型 RouterA# show interface s0/0/0 Serial 0/0/0 is up, line protocol is up Hardware is MCI Serial Internet address is 192.200.10.1, subnet mask is 255.255.255.0 MTU 1500 bytes, BW 1544 Kbit, DLY 20000 usec, rely 255/255, load 1/255 Encapsulation HDLC, loopback not set, keepalive set (10 sec) ......

  40. 5.3 点对点协议PPP 专线方式 异步/同步专线 PSTN/ISDN 电路交换方式 分组交换方式 X.25/帧中继/ATM 1. PPP概述 • 课程引入 WAN链路类型

  41. 5.3 点对点协议PPP • 点对点协议（PPP）为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。 • PPP是SLIP（Serial Line Interface protocol）的继承者。通过同步和异步电路实现路由器到路由器和主机到网络（Host-to-Network）的连接。 • PPP能支持差错检测，支持各种协议，在连接时IP地址可复制，具有身份验证功能，可以以各种方式压缩数据、支持动态地址协商、支持多链路捆绑。PPP协议是目前使用最广泛的广域网协议

  42. PPP的组成 PPP 用NCP 提供对多种网络协议的支持 TCP/IP NOVELL IPX LCP用于创建和维护链路 PPP • PPP协议主要由链路控制协议（LCP）、网络控制协议族（NCPs）和用于网络安全方面的验证协议族（PAP和CHAP）组成。

  43. PPP帧格式和HDLC帧格式相似，主要区别：PPP是面向字符的，而HDLC是面向位的。PPP帧格式和HDLC帧格式相似，主要区别：PPP是面向字符的，而HDLC是面向位的。 帧标志序列(F) 地址(A) 控制(C) 数据(D) 校验和(FCS) 帧标志序列(F) 5.3 点对点协议PPP 2. PPP帧结构

  44. 5.3 点对点协议PPP 在点对点链路的配置、维护和终止过程中，PPP需经历以下几个阶段： 链路不可用阶段 链路建立阶段 验证阶段 网络层协议阶段 网络终止阶段 3. PPP工作过程 底层 up LCP up Authenticate 阶段 Dead 阶段 Establish 阶段 验证通过 或无验证 验证失败 失败 down Terminate 阶段 Network 阶段 关闭

  45. 5.3 点对点协议PPP PPP支持两种授权协议：PAP和CHAP 密码验证协议（PAP，Password Authentication Protocol）通过两握手机制，为建立远程节点的验证提供了一个简单的方法。 挑战握后验证协议（CHAP，Challenge Hand Authentication Protocol）使用三次握手机制来启动一条链路和周期性的验证远程节点。 4. PPP验证

  46. PAP认证 PAP认证是两次握手 PAP是一种明文方式验证

  47. CHAP认证 CHAP为三次握手协议 它只在网络上传送用户名而不传送口令 安全性要比PAP高，但认证报文耗费带宽

  48. PPP验证过程 CHAP身份验证呼叫阶段 CAHP身份验证挑战阶段

  49. PPP验证过程 CHAP身份验证回应阶段

  50. PPP验证过程 CHAP身份验证回应阶段

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