中小企业网络管理：广域网技术图文讲解

本文主要是介绍广域网的相关内容，那么到底什么是广域网呢？我们任何一个人学习网络基础的时候都学习网络按照所覆盖的范围分为LAN，MAN以及WAN，从这里就可以看出来广域网所覆盖的范围肯定是最广，最大的。所以广域网是提供一种远距离数据传输的网络，它一般需要使用运营商所提供的服务来实现。例如，需要使用到电信，移动，联通等这些运营商所提供的设备和服务来搭建我们的广域网环境。

广域网的分类

如果按照数据交换方式，广域网可以分为电路交换和包交换网络

如果按照线路是公用还是私用可以分为专线和公共网络。

下数据交换方式：

电路交换：电路交换又称为线路交换，最典型的就是电话网络，也就是说你与对方打电话时，一旦连接成功，则使用的是一条专用的物理线路，此时这条线路，只有你和对方可以使用，别人无法使用，所以线路的利用率很低，那么在计算机网络中指的是利用ISP网络为每一次会话过程建立一条专用的物理电路，因此从源到目标只能使用这一条线路，不能说自己选择路径!常用的连接方式有：ISDN、ADSL

包交换：有的资料中也把包交换称为分组交换，其实我个人认为包交换和分组还是有区别的，见下面的注意。包交换与电路交换最大的区别就在于，电路交换是使用一条物理的线路，所以路径是固定的，而包交换使用的不一定是同一个路径，也就是说这个包可以自由选择一个适合自己的线路来进行传输，包交换常用的连接方式：X.25和FR，它的优点是，可以实现共享物理线路，因为是共享物理线路，所以价格要便宜很多，因此来说它的性价比较高，一般可用于长时间连接;长距离的连接，对于最终用户来说，只是在两个连接之间建立了一条虚电路。

注意：这里还有一种网络叫分组交换网络：我们也叫信元交换，什么是“信元”?把已经数字化的语音、数据和图像等信息分割成许多固定长度的分组，这个分组就叫信元。每个信元的固定长度是53个字节，分成信头和信息域两个部分。信头的长度是5个字节，在信元的前面部分，内容是各种控制信息，主要是去向地址等;信息域的长度是48个字节，是在信头的后面，内容是用户要传送的信息。各种要传送的信息不论是语音、数据还是图像，都要先分割成信元。每个信元可以自由选择路由，到达对方后再组成一个新的数据包!ATM使用的是分组交换!

私网和公网的概念：

所谓专线指的是在这个网络上传输的是私自的信息，或者是本公司，本单位的信息，那么正是因为这个原因一般来说专线的价格是比较贵的，因此一般是企业需要大量数据传输，长时间的连接，才会使用专线，因为是专线所以数据是比较安全的。

一般来说专线会有三种形式：

第一种情况是如果距离比较近，那么我们就自己搭建一个网络，这个很明显，我们自己组建的网络，肯定是传输我们自己的信息。如我们现在有两个公司，我们可以自己连接两个公司。

第二种情况是距离有点远，如两个城市，那么我们自己搭建就不行了，此时我们也可以使用专线，只是中间要租用ISP的线路。也就是借助ISP来组建自己的专线。那么对于两端的用户来说，中间的ISP就像是一个“透明人”是不存在的一样，

第三种情况和第二种情况有点类似，也是距离有点远，中间也是ISP，但是此时为了安全，采用的是VPN技术。这样中间的数据是加密的。从而实现数据保护!所以有人说VPN也是专线的一种，是有道理的!

总结：如果企业不差钱，项目需要大量数据传输，对数据的安全性有一定的要求肯定是专线，否则就可以利用HDLC、x.25、FR、PPP等方式来进行连接。

X.25简介：

至于X.2已经是一个步入晚年的老人，使用的包交换技术，但因为年岁高，不能再适应现在的网络需要，我们在此不再详细研究它，在此我们只是简单介绍：

X.25由三种设备组成,分别是DTE，DCE，PSE，那么这三种设备大家都已经知道了，分别是数据终端设备，数据连接设备，分组交换设备。DTE指的是端设备，一般是指广域网中的PC或是主机，DCE一般是通信设备像调制解调器，交换机等。PSE则是网间连接设备。我们来看一个图就能明白这三者之间的关系：

▲X.25

X.25吞吐率的主要部分是用于错误检查开销的，早期的X.25网络工作在电话线上，电话线这个介质可靠性不好，因此X.25有一套复杂的差错处理及重发机制，因此X.25运行的时候速度就不怎么快了，接口不可支持高达64Kbps的线路，CCITT在1992年重新制定了这个标准，并将速率提高到2Mbps。X.25的优点是经济实惠安装容易。缺点是反复的错误检查过程颇为费时并加长传输时间。大家以后也不会再用到x.25了。下面咱们来看一下它的接班人：FR，并且速率一般在56Kbit/s到2Mbit/s

帧中继：

帧中继我们称为FrameRelay简称为FR，FR为什么能够取代X.25，主要是因为X.25的差错以及误码率比较大，这当然是和X.25的介质有关，那么X.25为了解决差错和误码率有一些相应的解决方法，但是这样的话，效率就显的不是很高了。由于网络传输介质的发展，现在的广域网一般是光网络，那么这样的网络差错和误码率就非常少了，就不再需要花更多的开销来解决差错和误码问题，效率显得更高了，那么我们所说的FR，就是把X.25的一些冗余排错功能给去掉了，速率也得到了提升，所以总结帧中继有如下特点：永久式交换，不是拨号;有效处理突发的数据流量(这是ISP给用户的峰值速率);速度高(这是ISP给用户的承诺速率);费用不是很贵。

刚才咱们介绍的X.25和FR都是包交换网络，下面咱们来简单看一个电路交换的连接例子：

ISDN：综合业务数据网

ISDN中会涉及到很多术语，可能不太好理解：如图：

▲ISDN

这么多的东西是干什么用的?大家不要想的太复杂，其实这些东西就代表了一个转换，将不同的接口类型转换为一个ISDN网络可以使用的接口类型：因为传输介质不同，接口也不同，就必须转换为一个ISDN所支持的标准。我们简单分析一下：如果是一个路由器我们称为非ISDN终端设备，也就是我们上图中所说的TE2，它需要经过终端适配器TA先转换成S标准。如果是ISDN终端设备，就直接称为TE1，它直接就是S标准了，但还不能直接使用，还需要经过NT2的转换，转换为T标准，然后再经过NT1转换为U就可以连接到ISDN交换局中的相应设备上了!所以我们需要要连接到ISDN设备上就需要必须自己的设备处于什么角色，需要什么样的转换。

那么有的朋友就要问了，你哆哩吧嗦的说这么多，到底为了说什么?我们往下看：

我们主要说ISDN中包括两种信息：D信道和B信道

D信道用来传送信令信息，一般速度是16Kbps或64Kbps，我们在建立链路，以及对链路进行维护时都需要使用相应的信令。

B信道才真正承载用户数据信息(每个B信道为64Kbps)

而我们所说的ISDN只要分为PRI和BRI：

BRI：叫做基本速率接口(Basicrateinterface)，是两个B信道和一个D信道:

▲BRI

所以ISDN比传统的modem速率要高，而且有两个B信道，一个打电话，另一个传输网络信号。互不影响!

一个B信道是64Kpbs，两个就是128Kpbs用户可以使用的。,一个D信道就是16Kpbs，所以一共是144kbps

PRI：叫做主速率接口(Primaryrateinterface)，在PRI中，采用T1或是E1连接方式:

▲PRI

T1=23个B通道(64K)+1个D通道(64K)+8K同步信息，共1.544，只有美国在使用。

E1=30个B通道(64K)+1个D通道(64K)+64K同步信息，共2.048，除美国以外的国家在使用。

下面咱们来看一下平时用到的最多的ADSL是个什么东西?

大家可能听说过xDSL，这个xDSL包括ADSL，VDSL，HDSL，SDSL，IDSL等等，还有下表中没有列出来的:

▲xDSL

它们的参数与应用场合肯定是不同的，大家听说最多的，包括家里的老人，孩子都知道的就是ADSL。

ADSL：非对称数字用户线路，指的是利用普通电话线的较高频带传输数据的一种传输技术。

所以大家从上面这句话中可以看出来，ADSL是一种频分多路技术。什么意思呢?看图:

▲ADSL

大家从这个图上可以看出来，ADSL技术会根据大家所传输的数据不同，来决定使用的频率也不相同。如如果是电话信号就使用0-4400这一段，而如果是网络信号就使用4400到1MHZ以上的这一部分的频率带宽，所以它们是互不影响，其实在4400到1MHZ这一段又分为两部分：分别是下载和上传，在此不作讨论!

但是有人说我一打电话，网就断了那就说明这里所用的频率没有真正分离开，要不就是你的线路有问题，要不就是你的分离器有问题。

上面咱们就广域网一些零零碎碎的东西简单提了一下，下面咱们重点讲解一下比较常用的广域网协议HDLC，PPP和帧中继。当然广域网上可使用的协议绝对不止这三种。还有其他的，如下图所示:

▲常用广域网协议

专线中我们一般使用：HDLC，PPP，SLIP

包交换网络中我们一般使用：X.25，帧中继，ATM

电路交换网络中我们一般使用：PPP，SLIP，HDLC

HDLC：

我们先来看一下HDLC，在点到点链路上的协议一般就是：HDLC和PPP，PPP是H3C路由器上缺省使用的，HDLC是思科路由器上缺省使用的。

HDLC全称是高级数据链路控制协议是一种面向bit的高效链路层WAN协议。HDLC协议运行在同步串行链路上。但是不同厂商有很多不同的版本，如华为的设备与思科的设备互联时就不能使用HDLC协议，那么就只能使用PPP。

HDLC帧格式：

▲HDLC格式

在HDLC中，数据和控制报文均以帧的标准格式传送。HDLC的完整的帧由标志字段、地址字段、控制字段、数据字段、帧校验序列字段等组成。下面咱们简单说一下：

标志字段

标志字段为01111110的比特模式，用以表示一个帧的开始和前一个帧的终止。标志字段也可以作为帧与帧之间的填充字符，通常，在不进行帧传送的时候，信道仍处于激活状态，在这种状态下，发方不断地发送标示字段，便可认为一个新的帧传送已经开始。采用“0比特填充法”可以实现0数据的透明传输。

地址字段

地址字段的内容取决于所采取的操作方式。在操作方式中，有主站、从站、组合站之分。每一个从站和组合站都被分配一个唯一的地址。命令帧中的地址字段携带的是对方的地址，而响应帧中的地址字段所携带的地址是本站的地址。

控制字段

控制字段用于构成各种命令和响应，以便对链咱进行监视和控制。发送方主站或组合站利用控制字段来通知被寻址的从站或组合站执行约定的操作;相反，从站用访字段作对命令的响应，报告已经完成的操作或状态的变化。该字段是HDLC的关键。

数据字段

数据字段可以是任意的二进制比特串。比特串长度未作限定。其上限由FCS或通信站的缓冲器容量来决定，目前国际上用得较多的是1000至2000比特，而下限可以为0，即无信息字段。

校验帧字段

校验帧字段可以使用16位CRC，对两个标志字段之间的整个帧的内容进行校验。

我们以上分析的是标准的HDLC帧格式，但是Cisco为了能够使用HDLC协议支持多个上次协议，所以在Cisco的软件系统中将HDLC协议进行了修改。在控制字段后加入了Proprietary字段。如图：

▲HDLC

配置HDLC：

Router(config-if)#encapsulationhdlc

注意：HDLC是串口的缺省封装格式，也就是说这一条命令是不需要我们输入。但是如果是华为或是其他设备需要手动开启。

HDLC现在已经不是我们学习的重点了，它只允许点到点的连接，没有什么验证机制，而且如果对方是非Cisco设备，就只能使用FR或者PPP。

PPP协议：

PPP：用在链路建立过程中检查链路质量，并提供PAP和CHAP验证。

它是在SLIP基础上发展来的。

Slip：SerialLineInternetProtocol中文释义：串行线路网际协议

该协议是Windows远程访问的一种旧工业标准，主要在Unix远程访问服务器中使用。因为SLIP协议是面向低速串行线路的，可以用于专用线路，也可以用于拨号线路，Modem的传输速率在1200bps到19200bps。以后大家也不可能再用到Slip了，所以我们在此只讨论它的替换协议PPP。

点到点协议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最初设计是为两个对等节点之间的IP流量传输提供一种封装协议。在TCP-IP协议集中它是一种用来同步连接的数据链路层协议，替代了原来的Slip。除了IP以外PPP还可以携带其它协议，包括IPX，AppleTalk等。

PPP主要是两类协议组成：链路控制协议LCP和网络层控制协议NCP：

▲PPP协议

LCP(链路控制协议)：

PPP所提供的LCP功能全面，适用于大多数环境。主要用于建立和控制连接，可以简单来说LCP工作在2.5层。

NCP(网络控制协议)

为了建立点到点的链路通信，PPP必须先发送LCP包来建立链路，当链路创建成功后，PPP必须发送NCP包以便选择使用一个或多个网络层协议，一旦网络层协议选定并协商之后，来自相应网络层上的数据就能在链路由发送了。所以NCP负责解决物理连接上运行什么网络协议，以及解决上层网络协议发生的问题。

下面咱们来看一下PPP会话建立的过程：

▲

PPP会话的建立

1.链路建立

2.验证阶段

3.网路层协议连接

PPP的链路状态如图所示：一个典型的链路建立过程分为三个阶段;创建阶段，验证阶段，和网络协商阶段。

阶段1：创建PPP链路：

LCP负责创建链路。在这个时候，将对基本的通讯方式进行选择。链路两端设备通过LCP向对方发送配置信息报文。一旦一个配置成功信息包被发送县域被接收，就完成了，进入了LCP开启状态。

应当注意，在链路创建阶段，只是对验证协议进行选择，用户验证的过程将在第2阶段完成。

阶段2：用户验证

在这个阶段，客户端会将自己的身份发送给远端的接入服务器。该阶段使用一种安全验证方式避免第三方窃取数据或冒充远程客户接管与客户端的连接。在认证完成之前，禁止从验证阶段进行到网络协商阶段(网络层协议阶段)，如果验证失败，则过程终止。

在这一阶段里，只有链路控制协议、验证协议、链路质量监视的数据包是允许的，其他的数据包必须静静的丢弃。在这里可以选择使用的两个认证协议就是口令验证协议PAP和挑战握手验证协议(CHAP)。

阶段3：网络协商阶段(调用网络层协议)

验证阶段完成之后，PPP将调用链路创建阶段选择的各种网络控制协议(NCP)，选定的NCP解决PPP链路之上的高层协议问题。

这样，经过三个阶段之后，一条完整的PPP链路就建立起来了。以上就是关于广域网基础知识的介绍。今天就介绍到这儿，下篇我们将详细分析PPP协议。