【计算机网络】数据链路层 : 广域网 ( 广域网概念 | PPP 协议 | PPP 协议功能 | PPP 协议组成 | PPP 协议帧格式 )

一、广域网

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广域网 ( Wide Area Network , WAN ) :

① 覆盖范围 : 物理范围很大 , 几十公里 ~ 几千公里 , 跨城市 , 跨国家 , 跨洲 ;

② 使用技术 : 广域网 通信子网 使用 分组交换技术 ;

③ 资源共享 : 通信子网 利用 公用分组交换网 , 卫星通信网 , 无限分组交换网 , 将不同地区的 局域网 或 计算机系统互联起来 , 达到 资源共享 的目的 ;

④ 最大范围广域网 : 因特网 ( Internet ) ;

广域网中使用到的协议是 PPP 协议 和 HDLC 协议 ;

二、广域网 与 局域网 对比

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广域网 与 局域网 对比 :

① 覆盖层次 :

• 局域网 只覆盖 物理层 , 数据链路层 , 两个层次 ;
• 广域网 覆盖 物理层 , 数据链路层 , 网络层 , 三个层次 ;

② 注重点 :

• 广域网 强调 资源共享 ;
• 局域网 强调 数据传输 ;

三、PPP 协议

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点对点协议 ( Point-to-Point Protocol , PPP ) :

① 应用广泛 : 应用最广泛的 数据链路层 协议 , 拨号电话入网一般都是 PPP 协议 ;

② 链路特点 : 只支持 全双工链路 ;

四、PPP 协议 需要实现的功能

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PPP 协议 需要实现的功能 :

① 简单 : 数据链路层 数据帧 , 无需纠错 , 无需序号 , 无需流量控制 ;

② 封装成帧 : 使用帧定界符 , 将数据封装成帧 ;

③ 透明传输 : 如果数据中出现 帧定界符 , 也能将其当做普通数据进行处理 ; 异步线路使用字节填充 , 同步线路使用比特填充 ;

• 异步线路中 , 逐个字节 / 字符 发送 ;
• 同步线路中 , 逐个比特发送 ;

④ 多种网络层协议 : 可以将多种网络层协议的 IP 数据包封装成帧 ; 也就是支持各种上层的网络协议 ;

⑤ 多种链路类型 : 并行 / 串行 , 同步 / 异步 ;

⑥ 差错检测 : 直接丢弃错误帧 ; 使用 CRC 循环冗余校验 ;

⑦ 检查连接状态 : 可以检测链路是否正常工作 ;

⑧ 最大传输单元 : MTU 默认不超过 1500 字节 , 46 ~ 1500 字节范围 ;

⑨ 网络层地址协商 : 知道 发送方 和 接收方 的网络层地址 ;

⑩ 数据压缩协商

五、PPP 协议 不需要实现的功能

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PPP 协议 不需要实现的功能 :

① 纠错 : 交给上一层负责 ; 本层只负责检测错误 ;

② 流量控制 : 上层负责 ;

③ 序号 : 顺序收发交给上层负责 ;

④ 不支持多点线路 : 只需要满足 点对点 数据传输即可 ;

六、PPP 协议 组成部分

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PPP 协议 组成部分 :

① 串行链路封装 : 将 IP 数据报 封装到 串行链路 的方法 ; 串行链路 又分为 同步串行 和 异步串行 两种 ;

② 链路控制协议 LCP : 建立 并 维护 数据链路连接 , 相当于身份验证 ;

③ 网络控制协议 NCP : PPP 协议 , 支持多种网络层协议 , 每个不同的网络层协议 , 都需要相应的 NCP 协议配置 , 相当于 为 网络层 建立 和 配置 逻连接 ;

LCP 相当于建立物理连接 , NCP 相当于在物理连接之上 , 又建立了一层逻辑连接 ;

七、PPP 协议 示例

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PPP 协议 示例 :

• 首先设备之间 没有连接 ;

• 输入账号密码 , 验证身份 , 建立物理链路 ;

• LCP 协议 将 物理链路 改造成 LCP 链路 ;

• LCP 链路 经过 NCP 协议 配置协商 , 变成 NCP 链路 ;

八、PPP 协议 帧格式

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PPP 协议 帧格式 :

① 帧定界符 : $7E$ , 二进制位是 $01111110$ ; PPP 帧 首尾各有一个帧定界符 ;

② 透明传输 : 引入转义字符 $7D$ , 二进制位 $01111101$ , 在数据中出现 帧定界符 或 转义字符 , 就在前面插入一个转义字符 ;

③ 地址字段 与 控制字段 : 上述 $A$ 地址字段 与 $C$ 控制字段 , 预留等待完善 , 一直没有使用 ;

④ 协议字段 : $2$ 字节 , 标识信息部分 , IP 数据报 , LCP 数据 , 网络层控制数据 ;

⑤ FCS 帧检验序列 : CRC 循环冗余校验 帧检验序列 ;

PPP协议部分都是字节格式的 , 是面向字节的协议 ;