网络互联技术第七章广域网基础电子教案(1)

    1、在数据通信中，接收端和发送端为何要保持同步？

    在数据通信中，发送端一位一位地把信息通过介质发住接收端，接收端必须识别信息的开始和结束，而且必须知道每一位持续的时间，只有这样，接收端才能从传输介质上正确地取出传送的数据，所以发送端和接收端必须同步。同步问题是数据通信过程中十分关键的问题。

    2、数据同步的两种方式

    (1)异步传输：发送端每发送一个字符其开头都带一位起始位，以便在每一个字符开始接收时接收端和发送端保持同步。

    特点：异步传输以字符为单位；在每个字符前增加一个起始位，字符代码后增加１、1.5、２位停止位。它允许码字之间存在不确定的空闲时间（每个字符发送的节奏快慢可以不同）。因此，异步传输设备简单，费用不高，但速率较低。

    （2）同步传输：发送端每发送一块数据时在其开头设置专门的同步字符，然后要求发送端和接收端在该帧数据传输的过程中保持同步。

    特点：同步传输方式传输时是将一个大的数据块一起发送。传输时，需要在数据块前放上两个或以上的同步信号字符SYN，在数据块结束加上后同步信号。同步传输线路利用率高，多用于字符信息块的高速传送。但这种方式收发双方控制复杂。

    3、同步传输的两种控制方式

    同步传输有面向字符和面向位的两种控制方式。

    （1）面向字符的传输：要传输的数据被看成字符序列，所有的控制信息也都是字符形式。在数据串的前后分别设有开始标志和结束标志。

    （2）面向位的传输：要传输的数据被看成二进制位序列。主要有HDLC和ADLC。

●同步数据链路控制（Synchronous Data Link Control，SDLC），它是一种 IBM 数据链路层协议，适用于系统网络体系结构（SNA）。

●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。

二、HDLC协议简介

    面向比特的协议中最有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC（Synchronous Data Link Control），国际标准化组织 ISO （International Standards Organization）的高级数据链路控制规程HDLC （High Level Data Link Control），美国国家标准协会（American National Standards Institute ）的先进数据通信规程ADCCP（ Advanced Data Communications Control Procedure）。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称"面向比特"的协议。

    链路控制协议着重于对分段成物理块或包的数据的逻辑传输，块或包由起始标志引导并由终止标志结束，也称为帧。所有面向比特的数据链路控制协议均采用统一的帧格式，不论是数据还是单独的控制信息均以帧为单位传送。

    1、“0比特插入法”

    每个帧前、后均有一标志码01111110,用作帧的起始、终止指示及帧的同步。标志码不允许在帧的内部出现，以免引起畸意。为保证标志码的唯一性但又兼顾帧内数据的透明性，可以采用“0比特插入法”来解决。

    该法在发送端监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续5个“1”出现时，便在其后添插一个“0”，然后继续发后继的比特流。在接收端，同样监视除起始标志码以外的所有字段。当连续发现５个“1”出现后，若其后一个比特“0”则自动删除它，以恢复原来的比特流；若发现连续6个“1”，则可能是插入的“0”发生差错变成的“1”，也可能是收到了帧的终止标志码。后两种情况，可以进一步通过帧中的帧检验序列来加以区分。“0比特插入法”原理简单，很适合于硬件实现。

    2、HDLC的帧结构

    HDLC完整的帧由标志字段（F）、地址字段（A）、控制字段（C）、信息字段（I）、帧校验序列字段（FCS）等组成.

    （1）标志字段（F）：标志字段为01111110的比特模式，用以标志帧的起始和前一帧的终止。标志字段也可以作为帧与帧之间的填充字符。采用“0比特插入法”可以实现数据的透明传输。

    （2）地址字段（A）：地址字段的内容取决于所采用的操作方式。在操作方式中，有主站、从站、组合站之分。命令帧中的地址字段携带的是对方站的地址，而响应帧中的地址字段所携带的地址是本站的地址。

    （3）控制字段（C）：控制字段用于构成各种命令和响应，以便对链路进行监视和控制。

    （4）信息字段（I）：信息字段可以是任意的二进制比特串。

    （5）帧校验序列字段（FCS）：帧校验序列字段可以使用16位CRC，对两个标志字段之间的整个帧的内容进行校验。

    3、ＨＤＬＣ的帧类型

    （1）信息帧（I帧）：信息帧用于传送有效信息或数据，通常简称Ｉ帧。Ｉ帧以控制字第一位为“0”来标志。

    （2）监控帧（S帧）：监控帧用于差错控制和流量控制，通常简称S帧。S帧以控制字段第一、二位为“10”来标志。

    （3）无编号帧（U帧）：U帧用于提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能。

    4、HDLC协议的配置命令

HDLC是CISCO路由器使用的缺省协议，一台新路由器在未指定封装协议时默认使用HDLC封装。与HDLC相关的常用命令如下：

∙encapsulation hdlc （设置 HDLC 封装） 

∙clock rate speed （设置DCE端线路速度 ） 

三、HDLC实验配置

【实验设备】：两台思科 4500 路由器（提供两个以太网接口和两个串行接口）；两台 PC 主机。使用不同系统的路由器，添加不同数量的接口，则路由器中接口的描述会不同，在使用时，应格外注意。（3600 和 4500 路由器对以太网接口和串行接口的描述可能不同 ）

    1、网络拓朴图（如下图所示）

    2、PC1主机配置

●Ipconfig /ip  192.168.1.2  255.255.255.0

●IPconfig /dg  192.168.1.1

    3、PC2主机配置

●Ipconfig /ip  192.168.3.2  255.255.255.0

●IPconfig /dg  192.168.3.1

    4、配置RouterA的以太网接口

●Router# configure  terminal

●Router(config)# hostname  RouterA

●RouterA(config)# interface  Ethernet 0/0

●RouterA(config-if)# ip address 192.168.1.1  255.255.255.0

●RouterA(config-if)# no shutdown

●RouterA(config-if)# exit

    5、配置RouterB的以太网接口

●Router# configure  terminal

●Router(config)# hostname  RouterB

●RouterA(config)# interface  Ethernet 0/0

●RouterA(config-if)# ip address 192.168.3.1  255.255.255.0

●RouterA(config-if)# no shutdown

●RouterA(config-if)# exit

    6、配置RouterA的同步串行接口

●RouterA# configure terminal

●RouterA(config)# interface  serial  1/0

●RouterA(config-if)# ip  address  192.168.2.1  255.255.255.0

●RouterA(config-if)# no  shutdown

●RouterA(config-if)# exit

    7、配置RouterB的同步串行接口

●RouterB# configure terminal

●RouterB(config)# interface  serial  1/0

●RouterB(config-if)# ip  address  192.168.2.2  255.255.255.0

●RouterB(config-if)# no  shutdown

●RouterB(config-if)# exit

    8、在DCE设备中发送时钟同步命令

    （1）在RouterA和RouterB路由器上使用如下命令查看设备类型

●RouterA# show controllers

●RouterB# show controllers

    （2）在DCE设备端的路由器上发送时钟同步命令（假设RouterA为DCE设备类型）

●RouterA# configure terminal

●RouterA(config)# interface serial 1/0

●RouterA(config-if)# clock rate 000

●RouterA(config-if)# exit

    9、查看各路由器接口状态（所有接口必须全部UP，且配置的协议也已经UP）

●RouterA# show protocols

●RouterB# show protocols

    10、配置RouterA的RIP简单路由协议

●RouterA# configure terminal

●RouterA(config)# router rip

●RouterA(config-router)# network 192.168.1.0

●RouterA(config-router)# network 192.168.2.0

●RouterA(config-router)# exit

    11、配置RouterB的RIP简单路由协议

●RouterB# configure terminal

●RouterB(config)# router rip

●RouterB(config-router)# network 192.168.2.0

●RouterB(config-router)# network 192.168.3.0

●RouterB(config-router)# exit

四、PPP的功能及原理

    1、PPP概述

    SLIP（Serial Line Internet Protocol）协议提供串行通信线路上封装IP数据报的简单方法，使得远程用户通过电话线及高速调制解调器可以很方便地接入TCP/IP网络。

    串行线路互联网络协议SLIP(Serial Line Internet Protocol)：是在串行通信线路上支持TCP/IP协议的一种点对点(Point-to-Point)式的链路层通信协议，不但能够发送和接收IP datagram，还提供了TCP/IP的各种网络应用服务(如telnet、ftp、rtp等)。个人用户可利用SLIP协议拨号上网，行业用户则可通过租用SLIP专线远程传输业务数据。

    PPP（Point-to-Point Protocol）协议是一种有效的点对点通信协议，用于通过串行接口连接的两台计算机间的通信，通常应用在通过电话线相连的计算机和服务器上。

    PPP协议是为了解决以前互联网所采用的SLIP协议的缺点而开发的，PPP协议能够解决动态分配IP地址的需要，并提供对上层网络层的多种协议的支持。

    利用PPP的优点，结合以太网的优势，将PPP和以太网结合，就诞生了PPPoE协议，可实现多台客户机同时接入互联网。这种方式具有性价比高，无需或尽可能少地让用户进行网络配置，同时还保持了接入设备费用低等特点。

2、PPP协议的组成：

（1）封装：一种封装多协议数据报的方法。PPP 封装提供了不同网络层协议同时在同一链路传输的多路复用技术。

（2）链路控制协议LCP（link control protocol）：用于建立、配置和测试数据链路

（3）网络控制协议NCP（network control protocol）：用于建立和配置不同的网络层协议，PPP协议允许同时采用多种网络层协议。

（4）认证协议，口令验证协议PAP（password authentication protocol）和挑战握手验证协议CHAP（challenge-handshake authentication protocol）。

    为了建立点对点链路通信，PPP 链路的每一端，必须首先发送 LCP 包以便设定和测试数据链路。在链路建立，LCP 所需的可选功能被选定之后，PPP 必须发送 NCP 包以便选择和设定一个或更多的网络层协议。一旦每个被选择的网络层协议都被设定好了，来自每个网络层协议的数据报就能在链路上发送了。

    3、PPP帧格式

●Flag标志字段（指示帧的开始或结束）为十六进制的7E（十六进制的7E 的二进制表示是 01111110）

●Address地址字段：设置置为 0xFF。地址字段实际上并不起作用

●Control控制字段：通常置为 0x03

●Protocol协议字段：表示封装在帧中的数据字段的协议类型（与HDLC不同的是PPP协议多了2个字节的协议字段，协议字段不同，后面的信息字段类型就不同）

⏹0x0021 — 信息字段是IP数据报

⏹0xC021 — 信息字段是链路控制数据LCP

⏹0x8021 — 信息字段是网络控制数据NCP

⏹0xC023 — 信息字段是安全性认证PAP

⏹0xC025 — 信息字段是LQR

⏹0xC223 — 信息字段是安全性认证CHAP

●Data数据字段（IP数据包）：封装的数据

●FCS帧校验字段：进行差错控制

●PPP 协议不是而向比特的而是面向字节，所有的 PPP 帧的长度都是整数字节

    当信息字段中出现和标志字段一样的比特0x7E时，就必须采取一些措施。因PPP协议是面向字符型的，所以它不能采用HDLC所使用的零比特插入法，而是使用一种特殊的字符填充。具体的做法是将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成2字节序列（0x7D，0x5E）。若信息字段中出现一个0x7D的字节，则将其转变成2字节序列（0x7D，0x5D）。若信息字段中出现ASCII码的控制字符，则在该字符前面要加入一个0x7D字节。这样做的目的是防止这些表面上的ASCII码控制字符被错误地解释为控制字符。

四、PPP链路工作过程

当用户拨号接入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出应答，并建立一条物理连接。这时PC机向路由器发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧）。这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数，接着就进行网络层培植，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，这样PC机就成为Internet上一个主机了。

当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着LCP释放数据链路层连接，最后释放的是物理层的连接。

    当线路处于静止状态时，并不存在物理层的连接。当检测到调制解调器的载波信号，并建立物理层连接后，线路就进入建立状态，这时LCP开始协商一些选项。协商结束后就进入鉴别状态。若通信的双方鉴别身份成功，则进入网络状态。NCP配置网络并分配IP地址，然后就进入可进行数据通信的打开状态。数据传输结束后就转到终止状态。载波停止后则回到静止状态。

五、PPP的配置

    需要在串口上封装PPP，使用的命令是“encapsulation PPP”，同样一条链路的两端封装方式应该是一样的，都有是PPP，否则将无法正常通信，并且需要在DCE设备端发送时钟同步命令“clock rate 000”

    1、DTE路由器串口封装PPP协议（假设串口为 serial 0/0）

●Router# configure terminal

●Router(config)# interface serial 0/0

●Router(config-if)# encapsulation ppp

●Router(config-if)# exit

    2、DCE路由器串口封装PPP协议（假设串口为 serial 0/0）

●Router# configure terminal

●Router(config)# interface serial 0/0

●Router(config-if)# encapsulation ppp

●Router(config-if)# clock rate 000