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Chapter11 Wide Area Networking Protocols



Introduction to Wide Area Networks

WAN 是覆盖地理范围相对较为广阔的数据通信网络,它一般是利用公共载体(比如电信公司)
提供的设备进行传输.WAN 技术运行在 OSI 的最下 3 层

广域网(Wide Area Network,WAN)的一些术语
1.客户前端设备(customer premises equipment,CPE):位于用户(subscriber)前端,用户所拥有的
设备
2.分界点(demarcation point):服务提供商(service provider,SP)和 CPE 的分隔点,一般位于电信
(telecommunication)机房,由电信公司所拥有.用户这边连接到 CSU/DSU 或者 ISDN 接口来扩
展延伸分界点
3.本地回路(local loop):把分界点连接到 1 个叫做 central office(CO)的交换机房
4.CO:连接用户到服务商交换环境网络的点,有时候 CO 也叫做 point of presence(POP)
5.toll network:Internet service provider(ISP)拥有,各种网络设备资源集合的网络

WAN Connection Types

WAN 连接的一些类型,如下图:

如图:
1 为租用线路,有时候也叫专线或点对点连接.预先布置好的通信路径,该路径从客户端通过电
信公司的网络连接到远程网络.因为这样的通信线路通常是通过从电信公司租用而来,所以就
叫做租用线路.这样线路方式一般由带宽和距离来定价,价格相对其他技术比如帧中继(Frame
Relay)更为昂贵.速度可以达到 45Mbps,一般使用 HDLC 和 PPP 的封装格式

2 为电路交换型,这样的方式是连接只在有数据需要传输的时候才进行连接,通信完成后终止
连接.这个和日常中打电话的过程很相似.一般用于对带宽要求过低的数据传输.例子有综合

业务数字网络(Integrated Service Digital Network,ISDN).router 向远程站点发送数据时,交换线
路用远程网络的线路号进行启动.对于 ISDN,实际情况为拨远程 ISDN 线路的电话号码.当 2
个网络连接并验证以后,就开始传输数据,数据传输完成,连接终止,如下图:


3 为包交换(或者翻译为分组交换),用户共享电信公司资源,成本较低.在这样的网络中,网络连
接电信公司网络,许多客户共享电信公司网络.然后电信公司在客户站点之间建立虚拟线路,
数据包通过网络进行传输.这类例子有帧中继,ATM,X.25 等.速度可以从 56Kpbs 达到 T3 的
45Mbps,如下图:


WAN Support

WAN 的一些技术:
1.帧中继(Frame Relay):一种包交换的技术,高性能,运行在 OSI 的最下 2 层即物理层和数据链
路层.它其实是 X.25 技术的简化版本,省略了 X.25 技术的一些功能比如窗口技术和数据重发
功能,这是因为帧中继工作在性能更好的WAN 设备上;而且它比X.25 有更好的传输效率,速度
可以从 64Kbps 达到 T3 的 45Mbps.它还提供带宽的动态分配和拥塞控制功能
2.ISDN:ISDN 是 1 种在已有的电话线路上传输语音和数据等数字服务.如果你对那种传统的
拨号(dial-up)上网的速度感到不满的时候，你可以使用 ISDN 的方式.ISDN 也可作为比如帧
中继或者 T1 连接的备份连接
3.平衡链路访问过程(Link Access Procedure,Balanced,LAPB):工作在OSI 参考模型的数据链路
层,是 1 种面向连接的协议,一般和 X.25 技术一起进行数据传输.因为它有严格的窗口和超时
功能,所以使得代价很高
4.高级数据链路控制(High-Level Data-Link Control,HDLC):这个是由 IBM 创建的同步数据链
路控制(Synchronous Data Link Control,SDLC)衍生而来的.工作在 OSI 参考模型的数据链路层.
相比 LAPB,HDLC 成本较低.HDLC 不会把多种网络层的协议封装在同 1 个连接上.各个厂商
的 HDLC 都有他自己鉴定网络层协议的方式,所以各个厂商的 HDLC 是不同的,私有化的
5.点对点协议(Point-to-Point Protocol,PPP):1 种工业标准(industry-standard)协议.因为各个厂商
的 HDLC 私有,所以 PPP 可以用在不同厂商的设备之间的连接.PPP 使用网络控制协议

(Network Control Protocol,NCP)来验证上层的 OSI 参考模型的网络层协议
6.异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM):国际电信联盟电信标准委员会(ITU-T)制
定的信元(cell)中继续标准.ATM 使用固定长度的 53 字节长的信元方式进行传输,ATM 网络的
面向连接的

Cabling the Wide Area Network

Cisco 的串行连接支持几乎所有类型的 WAN 服务.HDLC,PPP 和帧中继使用相同的物理层定
义的接口,但是和 ISDN 的不一样.我们先来回顾下 router 的接口类型:

1.局域网接口
常见的以太网接口主要有 AUI,BNC 和 RJ-45 接口,还有 FDDI,ATM,千兆以太网等都有相应的
网络接口,下面分别介绍主要的几种局域网接口

(1).AUI 接口
AUI 接口它就是用来与粗同轴电缆连接的接口,它是一种 D 型 15 针接口,这在令牌环网或总
线型网络中是一种比较常见的接口之一.router 可通过粗同轴电缆收发器实现与 10Base-5 网
络的连接.
但更多的则是借助于外接的收发转发器(AUI-to-RJ-45),实现与 10Base-T 以太网络
的连接.当然,也可借助于其他类型的收发转发器实现与细同轴电缆(10Base-2) 或光缆
(10Base-F)的连接.AUI 接口示意图如图所示


(2).RJ-45 接口
RJ-45 接口是我们最常见的接口了,它是我们常见的双绞线以太网接口.因为在快速以太网中
也主要采用双绞线作为传输介质,所以根据接口的通信速率不同 RJ-45 接口又可分为
10Base-T 网 RJ-45 接口和 100Base-TX 网 RJ-45 接口两类.其中,10Base-T 网的 RJ-45 接口在
router 中通常是标识为 ETH,而 100Base-TX 网的 RJ-45 接口则通常标识为 10/100bTX.如下图
所示为 10Base-T 网 RJ-45 接口:

而下图所示的为 10/100Base-TX 网 RJ-45 接口.其实这两种 RJ-45 接口仅就接口本身而言是完
全一样的,但接口中对应的网络电路结构是不同的,所以也不能随便接:


(3).SC 接口
SC 接口也就是我们常说的光纤接口,它是用于与光纤的连接.光纤接口通常是不直接用光纤
连接至工作站,而是通过光纤连接到快速以太网或千兆以太网等具有光纤接口的 switch.这种
接口一般在高档 router 才具有,如图所示:


2.广域网接口
在上面就讲过,router 不仅能实现局域网之间连接,更重要的应用还是在于局域网与广域网、
广域网与广域网之间的连接.但是因为广域网规模大,网络环境复杂,所以也就决定了 router 用
于连接广域网的接口的速率要求非常高,在以太网中一般都要求在100Mbps 快速以太网以上.
下面介绍几种常见的广域网接口

(1.)RJ-45 接口
利用 RJ-45 接口也可以建立广域网与局域网 VLAN 之间,以及与远程网络或 Internet 的连接.
如果使用 router 为不同 VLAN 提供路由时,可以直接利用双绞线连接至不同的 VLAN 接口.
但要注意这里的 RJ-45 接口所连接的网络一般就不太可有是 10Base-T 这种了,一般都是
100Mbps 快速以太网以上.如果必须通过光纤连接至远程网络,或连接的是其他类型的接口时,
则需要借助于收发转发器才能实现彼此之间的连接.如图所示:


2.AUI 接口
AUI 接口我们在局域网中也讲过,它是用于与粗同轴电缆连接的网络接口,其实 AUI 接口也被
常用于与广域网的连接,但是这种接口类型在广域网应用得比较少.在 Cisco 2600 系列 router
上,提供了 AUI 与 RJ-45 两个广域网连接接口,如图:

(3).高速同步串口
在 router 的广域网连接中,应用最多的接口还要算高速同步串口(Serial)了.如图:

这种接口主要是用于连接目前应用非常广泛的 DDN,帧中继,X.25,PSTN 等网络连接模式.在
企业网之间有时也通过 DDN 或 X.25 等广域网连接技术进行专线连接.这种同步接口一般要
求速率非常高,因为一般来说通过这种接口所连接的网络的两端都要求实时同步

(4)异步串口
异步串口主要是应用于 Modem 或 Modem 池的连接,如图 8 所示.它主要用于实现远程计算机
通过公用电话网拨入网络.这种异步接口相对于上面介绍的同步接口来说在速率上要求就松
许多,因为它并不要求网络的两端保持实时同步,只要求能连续即可,主要是因为这种接口所
连接的通信方式速率较低.如图:


(5).ISDN BRI 接口
因ISDN 这种互联网接入方式连接速度上有它独特的一面,所以在当时 ISDN 刚兴起时在互联
网的连接方式上还得到了充分的应用.ISDN BRI 接口用于 ISDN 线路通过 router 实现与
Internet 或其他远程网络的连接,可实现 128Kbps 的通信速率.ISDN 有两种速率连接接口,一种
是 ISDN BRI(基本速率接口);另一种是 ISDN PRI(基群速率接口).ISDN BRI 接口是采用 RJ-45
标准,与 ISDN NT1 的连接使用 RJ-45-to-RJ-45 直通线.如图所示的 BRI 为 ISDN BRI 接口:


Serial Transmission and Parallel Transmission

串行传输(serial transmission):1 次 1 位,WAN 普遍使用这种方式传输
并行传输(parallel transmission):1 次 8 位

Cisco 使用私有的 60 针脚的串行连接器.连接器的另外 1 端的类型可以有以下几种:
1.EIA/TIA-232
2.EIA/TIA-449

3.V.35(与 CSU/DSU 连接)
4.X.21(X.25 中使用)
5.EIA-530

Data Terminal Equipment(DTE) and Data Communication Equipment(DCE)

Router 的接口默认是 DTE,它们和 DCE 比如 CSU/DSU 相连,DCE 的主要作用就是提供始终
频率

High-Level Data-Link Control(HDLC) Protocol

HDLC 是 1 种 ISO 标准,面向比特(bit-oriented)的数据链路层协议.它定义了在同步串行连接的
封装方法.HDLC 是种在租用线路上使用的点对点协议.HDLC 不使用验证(authentication)

在面向字节(byte-oriented)的协议中,控制信息使用整个字节进行编码;但是在面向比特的协议
中,使用单独的 1 个比特(bit)来代表控制信息.面向比特的协议包括 SDLC,LLC,HDLC,TCP,IP
等

HDLC 是 Cisco 同步串行连接中默认的封装格式.当然,Cisco 的 HDLC 是私有的,即不能和其
他厂商的 HDLC 相互通信.而且各个厂商的 HDLC 均是私有的
.来看看 Cisco 的 HDLC 和
HDLC 的帧的格式,如图:

假如你有 2 个不同厂商的设备,就不能使用 HDLC,就要使用 PPP

Point-to-Point Protocol(PPP)

PPP 是 OSI 参考模型层 2 协议,可以使用在异步串行连接比如拨号(dial-up)或者同步串行连接
比如ISDN 上.它使用链路控制协议(Link Control Protocol,LCP)来建立和保持连接.PPP 的主要
目的是通过数据链路层点对点的传输 OSI 参考模型层 3 数据包.来看下 PPP 的协议栈,如图:

PPP 的 4 个组件如上图.注意 PPP 的协议栈只定义在 OSI 参考模型的层 1 和层 2.NCP 用于建
立和配置多种网络层协议.PPP 允许采用多种网络层协议.PPP 可以工作在任何 DCE/DTE 接
口比如 EIA/TIA-323-C(以前为 RS-232-C),ITU-T(原 CCITT)V.35 等.唯一要求是必须提供全双
工线路

Link Control Protocol(LCP) Configuration Options

LCP 提供不同的 PPP 封装选项包括:
1.验证:用于验证呼叫方身份,包括 PAP 和 CHAP2 种方法