3.7 广域网

广域网：PPP协议、点对点链路、透明传输。

3.7 广域网

3.7.1 广域网的基本概念

**广域网(WAN)**：覆盖地理范围广泛的长距离通信网络，作为因特网的核心基础设施，通过高速链路连接分布在不同地理位置的结点交换机，旨在实现主机间数据的长距离可靠传输。

广域网与互联网的区别：

• 互联网：通过路由器等设备互联多个异构网络（包括广域网、局域网等）形成的全球性网络体系。
• 广域网：单一网络系统，主要由结点交换机及连接这些交换机的链路构成。

结点交换机与路由器的区别：

• 结点交换机：部署于单个广域网内部，负责处理网络内各结点间的数据转发。
• 路由器：用于连接多个不同网络（如广域网与局域网），根据网络层地址（如IP地址）进行跨网络路径选择。

广域网与局域网的对比：

常用广域网数据链路层协议：PPP协议和HDLC协议。

3.7.2 PPP协议

PPP（Point-to-Point Protocol）是一种数据链路层协议，旨在为点到点连接提供标准化的数据传输方案，支持在同一链路中承载多种网络层协议（如IP、IPX等）。它是在SLIP协议的基础上发展而来的，既可在异步线路上传输，也可在同步线路上使用。

特点

• 简单性：仅提供差错检测（CRC），不提供纠错功能，检测到错误帧直接丢弃。
• 全双工点对点链路：通信双方可同时发送和接收数据，不支持多点线路。
• 多协议支持：可同时承载多种网络层协议。
• 多种链路类型：支持异步串行、同步串行、光纤、卫星链路等。
• 面向字节：所有PPP帧的长度都是整数个字节。
• MTU默认值：1500字节（数据部分，非帧总长）。
• 地址协商：提供机制让网络层实体协商或配置网络层地址。
• 数据压缩协商：支持协商使用数据压缩算法（算法本身不标准化）。

组成

• 封装方法：将IP数据报封装到串行链路。
• **链路控制协议(LCP)**：用于建立、配置和测试数据链路连接，可协商选项。
• **网络控制协议(NCP)**：支持多种网络层协议（如IP、IPX等），为每种协议提供独立的配置。

帧格式

协议字段取值示例：

• 0x0021：信息字段为IP数据报
• 0x8021：信息字段为NCP数据
• 0xC021：信息字段为LCP数据
• 0xC023：信息字段为鉴别数据

注意：PPP是点对点协议，不使用CSMA/CD，因此没有最短帧限制。

透明传输问题

同步传输（比特填充）：

• 在数据中每出现5个连续的1，就插入一个0，避免出现6个连续的1（与标志字段冲突）。

异步传输（字符填充）：

• 将信息字段中的0x7E转换为(0x7D, 0x5E)
• 将0x7D转换为(0x7D, 0x5D)
• 将ASCII控制字符（数值<0x20）前插入0x7D，并改变该字符编码（如0x03 → (0x7D, 0x23)）

协议状态

PPP协议工作状态机制确保链路从建立到终止的全流程有序运行：

1. 链路静止状态(Link Dead)
   初始状态，无物理连接，等待载波信号。

2. 链路建立状态(Link Establishment)
   物理层检测到载波后进入该状态。LCP协商链路参数（如MTU、认证方式等），通过配置请求/确认/否认/拒绝帧完成协商。协商成功则建立LCP链路，进入下一状态；否则退回静止状态。

3. 鉴别状态(Authentication)
   可选阶段，用于验证身份（如PAP、CHAP）。若无需认证或认证通过，进入网络层协议状态；认证失败则进入链路终止状态。

4. 网络层协议状态(Network Layer Protocol)
   通过NCP协商网络层参数（如IP地址、子网掩码等）。不同网络层协议可独立配置，完成后进入链路打开状态。

5. 链路打开状态(Link Open)
   正式数据传输阶段，可发送数据分组，并通过LCP回送请求/回答分组监测链路状态。

6. 链路终止状态(Link Termination)
   数据传输结束或出现故障时，释放资源，终止LCP、NCP连接，等待载波消失，回到链路静止状态。

注：PPP协议已不仅是数据链路层协议，还涉及物理层和网络层内容。

习题

1. 以下协议中，属于广域网协议的是？
   A. PPP 和 HDLC

2. 广域网中实现不同网络互联的关键设备是？
   B. 路由器

3. PPP协议的链路控制协议（LCP）主要负责？
   A. 建立、配置和测试数据链路连接

4. 谢希仁教材3-09
   一个PPP帧的数据部分(用十六进制写出)是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是什么(用十六进制写出)?
   解：
   根据字符填充规则：

   • 7D 5E → 7E
   • 7D 5D → 7D
     原序列：7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E
     转换后：7E FE 27 7D 7D 65 7E
     真正的数据为：7E FE 27 7D 7D 65 7E

5. 谢希仁教材3-10
   PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串?若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110,试问删除发送端加入的零比特后会变成怎样的比特串？
   解：

   • 原始：0110111111111100
     遇到5个连续1插入0：01101111101111100 → 01101111101111100
   • 接收数据：0001110111110111110110
     删除5个1后的0：0001110111110111110110 → 00011101111111111110

     注意：第二问删除零比特后得到的比特串为 00011101111111111110（原题要求删除发送端加入的零比特，即每遇到5个1后面的0就删除）。

笔记结束