计算机网络学习笔记 3.7 广域网

前言

参考王道书。
后续会进一步整理，包括添加笔记内容，标明参考资料。

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一、广域网基本概念

广域网（WAN， Wide Area Network) ，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网（Internet）是世界范围内最大的广域网。

二、PPP协议

1、PPP协议的特点

• PPP点对点协议（Point-to-Point Protocol）是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用 PPP 协议。

• 只支持全双工链路。

2、PPP协议应满足的要求

• 简单：对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制。
• 封装成帧：帧定界符
• 透明传输：与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理：
  • 异步线路用字节填充
  • 同步线路用比特填充
• 多种网络层协议：封装的IP数据报可以采用多种协议。
• 多种类型链路：
  • 串行/并行
  • 同步/异步
  • 电/光
    …
• 差错检测：错就丢弃。
• 检测连接状态：链路是否正常工作。
• 最大传送单元：数据部分最大长度MTU。
• 网络层地址协商：知道通信双方的网络层地址。
• 数据压缩协商

3、PPP协议无需满足的要求

• 纠错
• 流量控制
• 序号
• 不需支持多点线路

4、PPP协议的三个组成部分

• 一个将IP数据报封装到串行链路（同步串行/异步串行）的方法。
• 链路控制协议LCP：建立并维护数据链路连接。 体现：身份验证
• 网络控制协议NCP：PPP可支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

5、PPP协议的状态图

6、PPP协议的帧格式

• F：7E，写成二进制就是 01111110，标志字段，帧定界符，1字节
  • 若信息部分中出现 7E：01111110，则插入转义字符 7D：0111101
• A：地址字段，全1（FF），1字节
• 协议：标识信息部分是什么，2字节
  • IP数据报
  • LCP的数据
  • 网络层控制数据
    …
• FCS：CRC循环冗余检测的帧检验序列，2字节
  

PPP协议：面向字节

三、HDLC协议

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。

• 数据报文可透明传输，用于实现透明传输的"0比特插入法”易于硬件实现

• 不属于 TCP/IP 协议簇

• 面向比特

• 采用全双工通信

• 所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高。

1、HDLC的站

• 主站、从站、复合站

主站

主站的主要功能是发送命令（包括数据信息）帧、接收响应帧，并负责对整个链路的控制系统的初启、流程的控制、差错检测或恢复等。

从站

从站的主要功能是接收由主站发来的命令帧，向主站发送响应帧，并且配合主站参与差错恢复等链路控制。

复合站

复合站的主要功能是既能发送，又能接收命令帧和响应帧，并且负责整个链路的控制。

三种数据操作方式

1. 正常响应方式
2. 异步平衡方式
3. 异步响应方式

2、HDLC的帧格式

• 标志F：标志字段，01111110
  • 透明传输区间中有相同的比特流：零比特填充（5“1”1“0”）
• 地址A：取决于三种数据操作方式
  • 全“1”广播地址用于对全部站点的探询
  • 全“0”无站地址用于测试数据链路的工作状态
• 控制C：决定HDLC帧的类型
  • 信息帧（I）第1位为 0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认
  • 监督帧（S）前2位为 10，用于流量控制和差错控制，执行对信息帧的确认、请求重发和请求暂停发送等功能
  • 无编号帧（U）前2位为 11，用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能。

记忆：“无奸细”

四、PPP协议与HDLC协议对比

相同点：

• HDLC，PPP只支持全双工链路。
• 都可以实现透明传输。
• 都可以实现差错检测，但不纠正差错。

不同点：

协议	面向	有协议字段？	序号、确认机制？	可靠传输？
PPP协议	面向字节	2B协议字段	无序号和确认机制	不可靠
HDLC协议	面向比特	没有	有编号和确认机制	可靠

习题

1、下列关于广域网和局域网的叙述中，正确的是（  ）。

  A. 广域网和互联网类似，可以连接不同类型的网络
  B. 在OSI层次结构中，广域网和局域网均涉及物理层、数据链路层和网络层
  C. 从互联网的角度看，广域网和局域网是平等的
  D. 局域网即以太网，其逻辑拓扑是总线形结构

答案：C
解析：
  A：广域网不等于互联网。互联网可以连接不同类型的网络（既可以连接局域网，又可以连接广域网），通常使用路由器来连接。广域网是单一的网络，通常使用结点交换机连接各台主机（或路由器），而不使用路由器连接网络。其中结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。A错误。
  B：广域网涉及物理层、数据链路层和网络层；局域网涉及物理层和数据链路层，B错误。
  C：尽管广域网的覆盖范围较大，但从互联网的角度看，广域网和局域网之间并非包含关系，而是平等的关系。不管是在广域网中还是在局域网中，主机间在网内进行通信时，都只需使用其物理地址。C正确。
  D：以太网是局域网的一种实现形式，其他实现形式还有令牌环网、FDDI（光纤分布数字接口，IEEE 802.8）等。以太网的逻辑拓扑是总线形结构，物理拓扑是星形或拓展星形结构。令牌环网的逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星形结构。FDDI 逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结构。D错误。

2、下列协议中不属于TCP/IP协议族的是（  ）。

  A. ICMP  B. TCP  C. FTP   D. HDLC

答案：D

解析：
  TCP/IP协议族主要包括TCP、IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP、UDP、DNS、FTP、HTTP等。HDLC是ISO提出的一个面向比特型的数据链路层协议，它不属于TCP/IP协议族。

2、为实现透明传输（注：默认为异步线路），PPP使用的填充方法是（  ）。

  A. 位填充
  B. 字符填充
  C. 对字符数据使用字符填充，对非字符数据使用位填充
  D. 对字符数据使用位填充，对非字符数据使用字符填充

答案：B

解析：
  PPP是一种面向字节的协议，所有的帧长度都是整数个字节，使用一种特殊的字符填充法完成数据的填充。

3、下对PPP的说法中,错误的是（  ）。

  A. 具有差错控制能力   B. 仅支持IP协议
  C. 支持动态分配IP地址  D. 支持身份验证

答案：B

解析：
  A：PPP提供差错检测但不提供纠错功能，它是不可靠的传输协议，选项A正确。
  B：PPP两端的网络层可以运行不同的网络层协议，但仍然能使用同一个PPP进行通信。因此选项B错误。
  C：PPP可用于拨号连接，因此支持动态分配IP地址，选项C正确。
  D：PPP支持两种认证：一种是PAP，一种是CHAP。相对来说，PAP的认证方式的安全性没有CHAP的高。PAP在传输密码时是明文，而CHAP在传输过程中不传输密码，取代密码的是hash（哈希）值。PAP认证通过两次握手实现，而CHAP认证则通过3次握手实现。PAP认证由被叫方提出连接请求,主叫方响应；而CHAP认证则由主叫方发出请求，被叫方回复一个数据报，这个数据报中有主叫方发送的随机哈希值，主叫方在确认无误后发送一个连接成功的数据报连接，因此选项D正确。

4、PP协议提供的功能有（  ）。

  A. 一种成帧方法      B. 链路控制协议（LCP）
  C. 网络控制协议（NCP）  D. A、B和C都是

答案：D

解析：
  PPP协议主要由3部分组成：
  1) 链路控制协议（LCP）。一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路。
  2) 网络控制协议（NCP）。PPP允许同时采用多种网络层协议，每个不同的网络层协议要用一个相应的NCP来配置,为网络层协议建立和配置逻辑连接。
  3) 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。IP数据报在PP帧中就是其信息部分，这个信息部分的长度受最大传送单元（MTU）的限制。

5、PPP协议中的LCP帧的作用是（  ）。

  A. 在建立状态阶段协商数据链路协议的选项
  B. 配置网络层协议
  C. 检查数据链路层的错误，并通知错误信息
  D. 安全控制，保护通信双方的数据安全

答案：A

解析：
  PPP协议帧在默认配置下，地址和控制域总是常量，所以LCP提供了必要的机制，允许双方协商一个选项。在建立状态阶段，LCP协商数据链路协议中的选项，它并不关心这些选项本身，只提供一个协商选择的机制。