第8章广域网协议及其配置

本章提要：广域网的作用距离或延伸范围比局域网大，距离的量变导致了技术的质的变化。不同的广域网服务，其传输线路、网络设备的使用不同，但也有多种服务使用同一物理线路的情况，因此从其链路层协议的使用来区分广域网类型可能更恰当。对广域网的掌握应侧重于在路由器上正确配置广域网协议，实现Intranet之间的远程连接。掌握如何在Cisco路由器上进行常用的广域网协议如PPP，Frame-Relay，HDLC协议的配置。在实验室环境中，通过路由器的DCE和DTE电缆，把其广域网口直接对连起来，称为广域网的模拟线路。配置时与实际环境一样，只有配置正确，才能连通。8.1广域网与广域网协议广域网（WideAreaNetwork，WAN）是作用距离或延伸范围较局域网大的网络，正是距离的量变引起了技术的质变，它使用与局域网不同的物理层和数据链路层协议。公用传输网络如PSTN，帧中继，DDN等都是广域网的实例。而为了实现Intranet之间的远程连接或Intranet接入Internet的目标，对广域网的掌握则侧重于如何利用公用传输网络提供的物理接口，在路由器上正确配置相应的广域网协议。至于公用传输网络本身的设备及其工作原理等，可稍做了解，不必深究。一般理解时，把远程连接的Intranet也包括在广域网之内。8.1.1广域网协议与OSI参考模型的对应关系常用的广域网协议包括点对点协议（Point-to-PointProtocol，PPP）、高级数据链路控制协议（High-LevelDataLinkControl，HDLC）、平衡型链路访问进程协议（LinkAccessProcedureBalanced，LAPB）以及帧中继协议（Frame-Relay，FR）等。这些协议与OSI参考模型的前一、二或前三层相对应。1．物理层及其协议广域网的物理层及其协议定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）的接口标准，如接口引脚的电气、机械特性与功能等。计算机、路由器是典型的DTE设备，而MODEM，CSU/DSU则是典型的DCE设备。路由器的串口能够提供对多种广域网线路的连接。路由器作为DTE设备，其串口通过专用电缆连接数字通信设备CSU/DSU，该设备再与广域网到用户的连接线路连接。换句话说，路由器的同步串口一般要通过CSU/DSU设备再连接广域网线路。CSU/DSU设备主要用做接口的转换和同步传输时钟的提供。2.数据链路层及其协议广域网的数据链路层及其协议定义了数据帧的封装格式和在广域网上的传送方式，包括点对点协议（Point-to-PointProtocol，PPP）、高级数据链路控制协议（High-LevelDataLinkControl，HDLC）、平衡型链路访问进程协议（LinkAccessProcedureBalanced，LAPB）以及帧中继协议（Frame-Relay，FR）等。PPP协议来源于串行链路IP协议SLIP，能在同步或异步串行环境下提供主机到主机、路由器到路由器的连接，PPP主要属于数据链路层的协议，但也包括网络层三个协议：IP控制协议、IPX控制协议和AT控制协议，分别用于IP，IPX和苹果网络。PPP是路由器在串行链路的点到点连接配置上常用的协议，通常除Cisco路由器之间的连接不首选它外，其他公司路由器之间或其他公司路由器和Cisco路由器之间的连接都启用PPP来封装数据帧。HDLC是国际标准化组织ISO定义的标准，也是用于同步或异步串行链路上的协议。由于不同的厂家对标准有不同的发展，因此，不同的厂家的HDLC协议是不兼容的。如CiscoIOS的HDLC就是Cisco公司专用的，它定义的数据帧格式和ISO的是不一样的，二者不兼容。在Cisco路由器上，HDLC是默认配置协议。HDLC的配置十分简单，但对于Cisco路由器和非Cisco路由器之间的连接，则不能使用默认的配置而应都启用PPP。LAPB是作为分组交换网络X.25的第二层被定义的，但也可以单独作为数据链路的层传输协议使用。X.25网络所用的广域网协议称X.25协议，包括从物理层到网络层的多个协议。FR是一种高效的广域网协议，也是主要工作于数据链路层的协议。FR是在分组交换技术基础上发展起来的一种快速分组交换技术。FR简化了X.25协议的差错检测、流量控制和重传机制，提高了网络的传输速率。3．网络层及其协议广域网协议应当具有网络层部分或能提供对其他网络层协议的支持，如X.25的分组层协议就对应于OSI参考模型的网络层协议；而PPP协议则使用网络控制程序协议（NCP）IPCP，IPXCP和ATCP提供对网络层协议IP，IPX和AppleTalk的支持。8.1.2广域网的种类常用的广域网包括X.25，帧中继，DDN，ISDN和ATM等。1.分组交换网络X.25采用X.25的分组交换网络是一种面向连接的共享式传输服务网络，由于在X.25推出时的通信线路质量不好，经常出现数据丢失，即比特差错率高。为了增强可靠性，X.25采用两层数据检验用于处理错误及丢失的数据包的重传。但这些机制的采用同时也降低了线路的效率和数据传输的速率。由于目前的通信线路质量改善，以数字光纤网络为主干的通信线路可靠性大大增强，比特差错率极低（10以下）。X.25协议的可靠性处理机制就显得没有必要了。2.帧中继FrameRelay帧中继技术是在分组交换技术的基础上发展起来的一种快速分组交换技术。帧中继协议可以认为是X.25协议的简化版，它去掉了X.25的纠错功能，把可靠性的实现交给高层协议去处理。帧中继采用面向连接的虚电路（VirtualCircuit）技术，可提供交换虚电路SVC和永久虚电路PVC服务。帧中继的主要优点是：吞吐量大，能够处理突发性数据业务能动态、合理地分配带宽端口可以共享，费用较低帧中继的主要缺点是无法保证传输质量，即可靠性较差，这也同样源自对校验机制的省略。也就是说，省略校验机制带来优点的同时，也带来缺点，但优点是主要的。帧中继也是数据链路层的协议，最初是作为ISDN的接口标准提出，现通常用于DDN网络中，即利用DDN的物理线路运行帧中继协议提供帧中继服务。3.数字数据网DDN数字数据网是利用数字信息道传输数字信号的数据传输网络，它采用电路交换方式进行数据通信，整个接续路径采用端到端的物理连接。DDN的主要优点是信息传输延时小，可靠性和安全性高。DDN的通信速率通常为64b/s～2.048Mb/s，当信息的传送量较大时，可根据信息量的大小选择所需要的传输速率通道。DDN主要缺点是所占用的带宽是固定的，而且通信的传输通路是专用的，即使没有数据传送时，别人也不能使用，所以网络资源的利用率较低。4.综合业务数字网ISDN综合业务数字网(ISDN)是指在现有的模拟电话网的基础上提供或支持包括语音通信在内的多种媒体通信服务的网络，这些媒体包括数据、传真、图像、可视电话等，是一个以综合通信业务为目的的综合数字网。ISDN又分为窄带综合业务数字网(N-ISDN)和宽带综合业务数字网(B-ISDN)。前者是基于电话网基础发展起来的技术；后者则采用异步传输模式(ATM)技术来实现。ISDN的通信速率在64b/s～2.048Mb/s之间。5.异步传输模式ATMATM(AsynchronousTransferMode)是一种结合了电路交换和分组交换优点的网络技术，提供的带宽范围在52Mb/s～622Mb/s之间，广泛适应于广域网、城域网、局域网干线之间以及主机之间的连接。ATM是由ATM交换机连成的，每条通信链路独立操作，采用统计复用的快速分组交换技术，特别适用于突发式信息传输业务。它支持多媒体数据实时应用，对音、视频信号的传输延时小。8.2广域网协议的配置8.2.1广域网模拟实验环境的建立通过广域网口用DTE／DCE电缆直接连接两台路由器，即建立起了在路由器上配置广域网协议的实验环境，如图8.1所示。绝大部分的广域网协议配置均可在此环境实现。图8.1路由器配置的实验环境8.2.2X.25配置*X.25是公用分组交换网络使用的网络协议，在早期使用十分普遍。1.X.25协议概述1）X.25协议的结构与OSI参考模型对应，X.25协议定义了第一层至第三层的功能。X.25的第一层定义了电气和物理端口特性；X.25的LAPB定义了第二层的功能及其实现,主要定义了用于DTE/DCE连接的帧格式，对应OSI参考模型数据链路层的功能；X.25的第三层则描述了分组的格式及分组交换的过程，实现与OSI参考模型网络层对应的功能。X.25第三层(分组层)协议描述了分组层所使用分组的格式和两个三层实体之间进行分组交换的规程。在这一层，可以建立多达4096条逻辑信道（虚电路）。X.25第二层(链路层)协议平衡型链路访路规程(LinkAccessProcedureBalanced，LAPB)定义了DTE与DCE之间交互的帧的格式和规程。X.25第一层（物理层）规程X.21则定义了DTE与DCE之间进行连接时的一些物理电气特性。但因到用户端仍是通过电话线路进行，而电话线路多为模拟通道，故物理层实际使用的通常还是V.24（即RS232或TIA/EIA232）协议。2）物理连接X.25网络设备由数据终端设备(DTE)、数据电路终端设备(DCE)和分组交换设备(PSE)组成。用户网络中的计算机、路由器是典型的DTE设备，而基带MODEM、分组交换机PSE则是典型的DCE设备。X.25规范定义了DTE与DCE之间的连接方式和DTE与DTE之间的连接方式。DTE通常指的是用户侧的主机、路由器或终端等；DCE则常指同步调制解调器（基带MODEM或称数字MODEM）等设备。*由于X.25目前使用越来越少，本节内容可选学路由器通常作为DTE方,通过V.35或V.24线缆与DCE(基带MODEM)连接，基带MODEM的另一端口则与分组交换机PSE连接。作为用户，关心的不是数据在PSE之间传送的细节，而是DTE之间端对端的通信(这里指Cisco路由器之间的通信)参数如何在路由器上进行配置。3）虚电路使用X.25协议在DTE设备间进行通信时，通信的一端必须首先呼叫另一端，请求在它们之间建立一个会话连接：被呼叫的一端可以根据设置接收或拒绝这个连接请求。一旦这个连接建立，两端的设备可以全双工地进行信息传输，并且任何一端在任何时候均可以拆除这个连接。X.25协议为两台通信的DTE之间建立的连接称为虚电路。虚电路分为永久虚电路(PermanentVirtualCircuit，PVC)和临时虚电路(SwitchedVirtualCircuit，SVC)两种。PVC用于两端之间频繁的、流量稳定的数据传输；而突发性的数据传输则多采用SVC。a.交换虚电路SVC的连接建立在数据传输前，一方首先进行请求建立连接的呼叫，被呼叫方接受呼叫，连接建立。然后开始进行全双工数据传输,当没有数据传输时则挂断连接，这称为呼叫终止。任何一方也可以在任何时候主动中断连接。在数据传输完成后且呼叫终止前，虚电路则处于空闲状态。b.永久虚电路PVC的连接建立PVC不需通过呼叫来建立连接,用户一旦申请，则由服务供应商提供永久的连接。虚电路连接是一种逻辑连接，但对用户而言，犹如拥有一条物理的专线，并且这条专线还能提供一点到多点的连接。一旦在一对DTE之间建立一条虚电路，这条虚电路便被赋于一个惟一的虚电路号，当其中的一台DTE发送分组（数据报文）时，它便给这个分组标上号(虚电路号)交给DCE设备，DCE就是根据分组所携带的这个号来决定如何在交换网内部交换这个数据分组，使其正确到达目的地。X.25第二层（LAPB）在DTE/DCE之间建立一条链路被X.25第三层复用，最终呈现给用户的是可以使用的若干条虚电路。4)X.121地址每个分配给用户路由器使用的X.25网络端口都有一个X.121地址,呼叫对方即是呼叫对方的X.121地址,最大可以为14b十进制数。X.121地址只在SVC呼叫时使用，在虚电路建立后,就使用逻辑通道标识符来标识远端DTE设备。X.25网络提供的数据传输速率较低，我国的