广域网技术应用3章广域网协议

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1、3 广域网协议,3.1物理层协议 3.1.1术语介绍 本地交换公司(Local Exchange Carriers，LEC) 也称本地电话公司。 光通道(Optical Channel，OC) 物理媒介(Physical Media) 信道(Channel) 物理设备(Physical Device),数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE) 数据电路终接设备(Data Circuit-Terminating Equipment，DCE) 物理连接(Physical Connection) 物理媒介和物理连接的区别 数据报（Datagram） 3.1.2物理层功能

2、 物理层位于OSI参考模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒介。物理,层的传输单位为bit。 ISO对OSI模型的物理层所做的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。 3.1.3物理层数据链路介绍 1）点对点链路 点对点链路提供的是一条预先建立的，从,客户端经过数据传输网络到达远端目标网络的广域网通信路径。一条点对点链路就是一条租用的专线，可以在数据收发双方之间建立起永久性的固定连接。 点对点链路可以提供两种数据传送方式。一种是数据报传送方式，

3、将数据分割成一个个小的数据帧进行传送，每一个数据帧都带有自己的地址信息，都需要进行地址校验。另外一种是数据流传送方式，该方式用数据流取代一个个的数据帧作为数据发送单位，整个流数据具有一个地址信,息，只需要进行一次地址校验即可。如图3.1所示显示了一个典型的广域网点对点链路。 2）拨号连接 标准电话线路可以用于数字信息和模拟信息的传输，通过标准电话线传输信息的主要方式是拨号和租用线路。,图3.1 点对点链路示意图,拨号线路是存在于使用交换电话网通信的两节点之间的线路。如图3.2所示显示了一个交换线路样式。拨号线路具有以下特性： 2.4 kbit/s到56 kbit/s的传输率。 任意点到任意点的

4、连接(一次一个连接)。 每端都有可兼容的调制解调器。 在传输前，必须进行呼叫初始化。 价格便宜。 3）租用线路,图3.2 拨号连接之交换线路示意图,租用线路是由本地交换通信公司或长途通信公司在永久基础上建立起来的。最普遍的租用线路类型是T1。在速率增加到64 kbit/s时，T1设备很容易用来承载语音和数据的通信量。当通信量需求稳定并且不能中断服务时，租用线路是最适当的选择。 4）数字数据服务(DDS) DDS链路是租用的、持久的连接，在2 400 bit/s，4 800 bit/s，9 600 bit/s，19.2 kbit/s，,或56 kbit/s的固定速率下运行。每端的DSUCSU设备

5、都提供了双线DDS线路和传统的计算机接口（如RS-232）之间的接口。一个典型的LAN用两个DDS兼容网桥和外置DSUCSU互连，如图3.3所示。,图3.3 DDS连接示意图,3.2数据链路层协议 3.2.1数据链路层功能 数据链路层在物理层所提供的服务的基础上向网络层提供服务。数据链路层最主要的作用就是：通过一些数据链路层协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。其最基本的服务就是将源机器网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层，它要完成许多特定的功能，主要有：如何组合成帧（frame）帧是数据链路层的传送单,位；如何处理传输中出现的差错；如何调节发送方的发送

6、速率，使较慢的接收方能承受，以及数据链路层连接的建立、维持和释放管理。 1）帧同步 在数据链路层，数据的传送单位是帧。数据一帧一帧地传送，就可以在出现差错时，将有差错的帧再重传一次，而避免了将全部数据进行重传。帧同步是指接收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方。,这是一个看起来简单，实现起来却并不容易的问题。下面我们介绍4种方法。 字节计数法 这种方法首先用一个特殊字符来表示一帧的开始，然后使用一个字段来标明本帧内的字节数。当目标机的数据链路层读到字节计数值时，就知道了后面跟随的字节数，从而可确定帧结束的位置。 使用字符填充的首尾定界符方法 这种方法用一些特定的字符来

7、定界一帧的,开始和结束。为了不将信息位中出现的特殊字符被误判为帧的首尾定界符，可以在前面填充一个转义字符来区分。 使用比特填充的首尾标志方法 这种方法用一组特定的比特模式(如01111110)来标志一帧的开始和结束。为了不使信息位中出现的该特定比特模式被误判为帧的首尾标志，可以采用比特填充的方法。 违例编码法 这在物理层采用特定的比特编码方法时采,用。违例编码法不需要任何填充技术，但它只适用于采用了冗余编码的特殊编码方法。 目前，使用较为普遍的是比特填充方法和违例编码法。 2）差错控制 在帧传输过程中，发送方只有收到接收方已正确接收的反馈信息后才能认为该帧已正确传输完毕。 3）流量控制,流量控

8、制处理的是发送方发送能力大于接收方接收能力的问题。实际上，流量控制就是限制发送方的数据流量，使其发送速率不要超过接收方所能处理的程度。 4）链路管理 链路管理功能主要用于面向连接的服务。在链路两端的节点进行通信前，必须确知对方已处于准备好的状态，并交换一些必要的信息，对序号初始化,才能建立连接。 3.2.2数据链路层协议概述 物理层主要解决的问题是通过线缆或者以,无线方式传输模拟信息和数字信息。 广域网技术及其对应协议，应用于需要从逻辑上和物理上互联的而地理上分散的网络和子网。广域网交换技术通常分成如下两类： 分组交换 通过端节点之间建立的路径传输带有完整地址和数据的信息包。每个包到达目的设备

9、所使用的路径可能不同。 线路交换,类似于电话呼叫,建立线路之后就不需要进一步的连接协议了。进行会话时只有极少的寻址开销。由于在多点网络中可能有多个站点,因此还需要一定数量的寻址信息。 3.2.3HDLC协议 1）HDLC介绍 高级数据链路控制HDLC（High-level Data Link Control）协议是最常见的数据链路协议之一，用于对两台通信设备间的链路上的数据通信进行控制。HDLC协议是一,种面向比特型协议。其特点是以位的位置来定位各个字段，而不用控制字符。各字段内均由位的各种组合组成。 如图3.4所示显示了HDLC配置的两种情形及其链路站点类型。 2）HDLC帧格式 HDLC是

10、以帧为信息传输的基本单位，无论是信息报文还是控制报文，均按统一帧格式进行传输。通过两台通信设备之间的给定物理链路，可以用这些HDLC帧进行通,信。完整的HDLC帧由标志位(F)、地址字段(A)、控制字段(C)、信息字段(I)和帧校验序列字段(FCS)等组成，其格式如图3.5所示。 3.2.4SLIP协议和PPP协议 串行线路Internet协议(SLIP)和点到点协议(PPP)用来通过串行链路传输IP数据信息。这两种协议可广泛用于将家庭或者公司用,图3.5 HDLC帧格式,图3.4 HDLC配置,户通过ISP方式连接到Internet。 1）SLIP协议 SLIP是第一个使Internet在标

11、准拨号上得到应用的协议。通过电话线实现TCPIP仅是几年前随着高速Modem的出现而成为现实的。 2）点到点协议(PPP) 点到点协议（PPP）最初是作为在点到点链路上进行IP通信的封装协议出现的，它定义了IP地址的分配和管理、异步（起/止）,和面向比特的同步封装、网络协议复用、链路配置、链路质量检测、错误检测等标准，以及网络层地址协议和数据压缩协议等可选协议标准。PPP通过可扩展的链路控制协议（LCP）和网络控制协议（NCP）簇来实现上述功能，达到配置可选参数和设备的目的。 3.3网络层协议 对于网络层协议，就广域网而言，这里主要介绍X.25协议。 3.3.1 X.25协议,X.25协议首先

12、出现于1976年，主要针对X.25标准而开发的，主要是作为连接远程终端和主机之间的一种协议。由于其可靠性和灵活性使得X.25协议成为建立整个数据通信标准的理想平台。 X.25协议是数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)之间的接口规程。目前它是广域分组交换网范畴中最流行的终端用户和网络之间的标准接口，规程的标准化对终端用户和网络都非常有利。它给终端用户带来如下好处：,终端用户设备可以与支持标准接口的任何分组交换网连接。 用X.25作为标准接口规程在终端用户和网络之间提供了高效的通信通道，可以在同一个接口上同时建立多路呼叫，减少了支持多路呼叫的线路。 在终端用户设备中加入规程转换功能，

13、容易实现具有不同用户规程的终端设备之间的通信。 减少了网络软件的开发测试和维护时间。,图3.7 X.25网络示意图,1）X.25服务 国际电信联盟ITU-T推荐标准X.25定义了一个给用户编址的系统，该系统与用在语音电话网络(国家编码、网络编码、地址)中的标准类似。世界各地的X.25用户的地址都是惟一的，只要两个X.25用户在同一网上或各自所在的网络间存在网桥，它们就可以进行X.25通信。 X.25是面向连接的，提供以下两种类型的服务： 永久虚电路,这是一条同租用线路等同的X.25线路，它是静态定义的，只要网络运行，它就可以使用。然而，不同于租用线路的是，两条或两条以上的虚电路可以共用一条物理

14、链路。 虚拟呼叫 网络在虚电路上建立连接，传输分组直至应用程序结束，之后释放连接。 2）X.25协议 如图3.8所示描述了X.25的协议栈。X.25规,范的出现早于OSI模型。OSI采用了X.25的第三层作为面向连接的网络层协议。,图3.8 X.25协议各层,3）X.25分组装配/拆分器（PAD） 对于一个通过X.25网络传输数据的应用程序（如Telnet）来说，应用节点必须要有一个X.21或X.21bis接口，且必须执行能提供到传输层的LAPB与X.25PLP服务的进程。这就阻止了无这些组件的网络节点对公共网络的使用。为此，ITUT制定了一系列的规范，非正式地称为交互式终端接口(ITI)规范

15、。这些规范是X.3、X.28和X.29。ITI规范共同定义了一个称为分组装配拆分器(PAD)的“黑盒子”。PAD把来自异步DTE(如,个人电脑)的字节流“装配”成为X.25分组，并在X.25网络上进行传输。当然，它也能对送回到DTE的数据完成逆向操作，如图3.9所示。 4）X.25分组协议 如图3.10所示描述了两种类型的X.25分组：数据分组和控制分组。其中各字段的含义,图3.9 分组装配/拆分器示意图,如下： Q比特 用于区分控制信息和用户数据信息 D比特 表示端到端分组的确认信息。 组号 包括逻辑信道组号。 信道号 标识逻辑信道号。 P（r） 包含了下一个要传输的分组的值。 P（s） 包

16、含已发送分组的值。 M比特 更多（More）数据比特，表示更多的“相关”分组在传输途中。,图3.10 X.25协议格式,3.3.2 X.25与帧中继 由于X.25分组层协议(PLP)负责分组的无差错传送，因此虚电路中的每个X.25节点必须对接收到的每一分组产生一个确认。同时，接收节点的传输层进程也应对接收到的每一分组产生一个确认分组(这些确认分组的格式很像X.25数据分组)。这就意味着对通过网络的每一个实际的数据分组，须增加3个额外的分组才能完成传递。结果是：有效吞吐量远远低于构成网络的物理链路的额定容量。,图3.11 X.25分组序列,3.4高 层 协 议 广域网协议的重点在于传输层协议，也就是OSI模型下3层的协议，但也必须有高层的应用协议来配合。网络层以上的广域网协议被定义为高层协议，它是直接面对用户服务的应用协议，但必须以物理层和数据链路层协议的服务为前提才能实现。下面介绍两种很熟悉的高层协议：ISDN协议和TCPIP协议。 3.4.1 IS