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PPP协议和HDLC协议

1、广域网

　　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共用分组交换网、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。

　　

 

　　结点交换机与之后会提到的路由器功能相似，但它只能在单个网络中转发分组，而路由器可以在多个网络之间转发分组。在广域网中会同时存在多种网络设备（集线器、交换机、路由器等），因此广域网覆盖了物理层、数据链路层、网络层（普遍采用点对点，全双工或半双工模式通信，强调资源共享），传输速度高但传递距离远延迟较高，而局域网只覆盖了物理层和数据链路层（普遍逻辑总线或星型采用多点接入技术，强调数据传输）。

 2、PPP协议的职能

　　地位：点对点协议PPP（Point-to-Point Protocal）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！

　　职能一：简单。对于链路层的帧，无需纠（帧）错，无需序号，无需流量控制。这些交给上层协议来做。

　　职能二：封装成帧。帧定界符（貌似比前面的封装成帧少一些功能，这里只加帧定界符，定界符区分功能见特点三）。

　　职能三：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。（异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。 异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。 异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。 异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。 异步传输相对于同步传输效率较低。 1，同步传输是以同定的时钟节拍来发送数据信号的。 因此，在一个串行的数据流中，各信号码元之间的相对位置都是固定的，接收方为了从收到的数据流中正确地区分出一个个信号码元，首先必须建立准确的时钟信号。 这是同步传输比异步传输复杂的点。 2，在同步传输中，数据的发送一般以组（或称帧，或称包）为单位，一组数据包含多个字符的代码或多个独立的比特位，在组的开头和结束需加上预先规定的起始序列和终止序列作为标志。）

　　职能四：多种网络层协议。封装的IP数据报可以采用多种协议。

　　职能五：多种类型链路。串行/并行，同步/异步，电/光......

　　职能六：差（位）错检测。使用CRC循环冗余添加FCS，错就丢弃。

　　职能七：检测连接状态。检查链路是否正常工作。

　　职能八：最大传送单元MTU。默认不超过1500Byte。

　　职能九：网络层地址协商。知道通信双方的网络层地址。

　　职能十：数据压缩协商。压缩数据。

3、PPP协议无需满足的要求（帧流量控制那一套都不需要做；介质访问控制那一套都不需要做，直须满足点对点通信就行）

　　1、不需要纠（帧）错

　　2、不需要流量控制

　　3、不需要遍序号（与前面这两项应该也算作一项吧）

　　4、不支持多点线路（因为是点对点啊）

4、PPP协议的三个组成部分

　　1、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。

　　2、链路控制协议LCP（link control protocol）：建立并维护数据链路连接。（身份验证）

　　3、网络控制协议NCP（network control protocol）：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

　　通过帧格式可以看出PPP协议其实是面向字节的一种协议，大概主要应用于异步通信？

　　

 

 

 7、HDLC协议（高级数据链路控制协议High-Level Data Link Control）

　　概念：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（异步数据链路控制SynchronousData 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”（5110），易于硬件实现。采用全双工通信，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重复（帧错），传输可靠性高。

8、HDLC的站

　　1、主站。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。

　　2、从站。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。

　　3、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。（既可以当主站，又可以当从站）

　　根据以上三种站产生了三种数据操作方式：

　　　　1、正常响应方式

　　　　2、异步平衡方式（所有站点地位平等，自主响应）

　　　　3、异步响应方式（从站不经过主站控制）

8、HDLC的帧格式

　　注意HDLC是面向比特的，所以下图的基本单位是比特位

　　

 

 

 　　对于控制字段有以下三种模式：

　　　　1、信息帧（I）第一位为0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认。

　　　　2、监督帧（S）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。

　　　　3、无编号帧（U）11，用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能。

9、PPP协议&HDLC协议

　　HDLC、PPP只支持全双工链路。

　　都可以实现透明传输（区分于“可靠传输”词汇）。（PPP协议既可以实现0bit填充法又可以实现字节填充法；HDLC只能实现0bit填充法）

　　都可以实现差（位）错检测，但不纠正差错。

　　

 

 　　帧格式：

　　　　

 

 　　因为PPP把纠正帧错的职能上交给了传输层，所以延迟比HDLC小很多，更加通用。

 

 

 

 

链路层设备

1、物理层扩展以太网

　　

 

 　　在一个网络集群中，主机到集线器等设备之间距离如果过远或者想要在物理层面上扩展某一分支时，通常考虑使用多层的集线器进行扩展，但不可避免的会让冲突域覆盖整个集群。

　　

 

 　　为了解决物理层面上设备间通信产生的冲突域问题，就需要借助于数据链路层。

2、链路层扩展以太网

　　相关设备有网桥（不常用）、交换机（常用）

　　网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。（由此可以看出网桥与集线器的区别就是网桥并不会向所有接口转发），一般有两个端口（也有四个或者其他）像一座桥，能够起到扩展网络的同时根据MAC地址过滤多余数据的作用。

　　

 

　　

 　　网段：上图中每个冲突域算一个网段，一般指一个计算机网络使用同一物理层设备（传输介质、中继器、集线器等）能够直接通讯的那一部分。

　　网桥优点：

　　　　1、过滤通信量，增大吞吐量。（分割冲突域，消除之间的干扰）

　　　　2、扩大了物理范围。

　　　　3、提高了可靠性。（当某一网段出现故障时，对其他冲突域内的通信没有影响）

　　　　4、可互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。

3、网桥分类——透明网桥

　　概念：“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备——自学习算法。该算法的本质其实就是初始化一个转发表，自学习的过程就是完善转发表的过程。

　　

 

 　　网桥收到某个源地址发来的信号后会首先查询自己的转发表，如果源地址没有查到就会将接收接口与源地址记录下来，如果目的地址没有查到就会将信号转发给其他接口，如果查到了目的地址并且与源地址来自同一接口，就直接丢弃这个信息帧，因为源地址和目的地址都在这个网段没有必要继续转发了。

　　

 

 　　转发表更新频率也比较快，往往可以反映当前最新的网络拓扑状态。（其实也是一种利用一种缓存来优化，缓存永远滴神！）

4、网桥分类——源路由网桥

　　概念：在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短）放在帧的首部中。

　　方法：源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个到多个发现帧。发现帧到达目的站后会原路返回，反馈给源站自己的路由数量和通信时间。当收集到足够多的路线后，源路由网桥会分选出最佳的一条路径，并将这个路径的信息放在要发送的信息帧的首部，保证这些帧直接按照既定路线到达目的地址。

　　

 

 5、多接口网桥——以太网交换机

　　以太网交换机通常会有十几个接口，并且可以独占传输媒体带宽。

　　

6、以太网交换机的交换方式（个人感觉是未优化与已优化之间的区别，并不是固有的几种交换方式，按照网络需求进行配置）

　　1、直通式交换机

　　　　查完目的地址（6Byte）就立刻转发。

　　　　　　时延小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换。

　　2、存储转发式交换机

　　　　将帧放入高速缓存，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃。

　　　　　　延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。提高系统可靠性。

　　3、直通式、存储转发式混合使用

7、冲突域和广播域

　　冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围（往往由一个物理层设备所连接）。

　　广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围成为一个广播域。

　　

 

　　练习题：

 　　　　

 

 　　　　主要看设备数量，因为没有路由器分割广播域，所以只有一个广播域；由一个四接口以太网交换机分割成后，产生四个冲突域。

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