04749网络工程自考资料：承载技术

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承载技术

3.1承载技术简介

最早的承载网络主要是电话网，通过调制解调器传输数据。在广域网中大量采用光纤上使用PPP承载IP。承载网络不管它采用何种网络体系，在拓扑结构上可以分成3大类，即点到点，广播网络，多点非广播多路访问网络。

1、点到点网络

点到点网络是最简单的网络拓扑，它实际上就是一根通信电缆连接两台网络设备构成的网络。

2、广播网络

广播网络也是一种简单的网络，虽然比点到点网络复杂一点，即任何一个设备发送报文在网络中的其他设备都能收到。广播网络中的报文发送方式有两种：广播和单播。广播是网络本身的特点，即一个设备发送报文大家都能收到；单播是靠地址机制和接收设备实现的。

3、非广播多路访问网络

非广播多路访问网络简称非广播网络，实际上，除广播网络和点到点网络之外的其他网络都可以被看成是NBMA网络的。

3.2 Cisco公司的HDLC封装

Cisco的HDLC封装实际上只是利用HDLC的帧格式封装IP报文，由于没有使用链路状态帧，因此无法知道链路的通断状态。链路管理接口的工作原理是定时向对方发送LMI报文，报文中含有序号，如果接受方在规定的时间内收到LMI报文并且序号是连续增长的，就说明链路是好的。

3.3以太网

3.3.1以太网的工作原理

以太网开始使用通州电缆作为网络媒体，数据传输速率达到10Mbps。IEEE802.3规范是基于最初的以太网技术于1980年制定的。。

工作原理：

以太网采用CSMA/CD媒体访问控制机制，任何工作站都可以在任何时间向网络发送数据报文。在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否空闲，如果网络上没有任何数据传送，工作站就会把所要发送的信息投放到到网络当中；否则，工作站只能等待网络下一次出现空闲时再进行数据的发送。

以太网的帧结构大小：

最小64字节，最大1518字节。

3.3.2交换式以太网

交换式以太网采用逆用学习，扩散和转发的策略，实现不同的网络连接。所谓扩散算法，就是把每个到来的、目的地不明的帧输出到所有端口，并在地址表中记录该帧的源地址与端口的对应关系。而逆向学习法，则是一旦知道目的地的端口，发往该处的帧就只发到该端口上，不再广播。为了处理动态拓扑问题，要对地址表中的地址项进行“老化”操作，即当收到帧时要对源地址对应对表项的生命计时器进行刷新，然后开始递减。当生命计时器减到0，就说明对应的主机长时间没有发送帧了，可能已经关机或者网络已中断，就将该地址从地址表中删除。网络中由于互连可能会出现环路，环路将导致广播风暴，因此网络中不能有环路存在，但是由于需要或者无法控制的原因，网络的物理结构中通常会出现环路，因此在透明网桥中使用生成树算法解决这个问题。生成树通过阻塞某个端口，切断网络中的环路，使网络在逻辑上是一棵树。这个时候交换机不能转发报文，只能收发生成树的算法发送的BPDU报文，通过交换BPDU报文，生成树算法找到网络中的环路，并计算出需要阻塞的端口以打破环路，这个过程被称为生成树的收敛。生成树算法的收敛时间大约为15s。

3.3.3虚拟局域网

虚拟局域网是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的数据交换技术。划分VLAN所依据的标准是多种多样的，主要有按端口、MAC地址、协议、用户、IP地址划分策略。VLAN交换机的链路分为接入链路、中继链路、混合链路3中。接入链路就是将普通以太网设备接入VLAN交换机，

中继链路通常的用途就是连接两个VLAN交换机，

混合链路可以同时承载标记数据和非标记数据。

3.4 PPP

PPP是为点对点之间的数据传输提供一种封装方法，可以支持IP、IPX和AppleTalk多种网络层协议，替代原来非标准的链路层协议。它即支持异步的物理线路传输，也支持同步的HDLC和SONET的物理线路传输，支持链路的配置，质量检测和网络层协议的复用。

3.4.1 PPP的封装帧格式

PPP工作在数据链路层，它的数据封装帧格式提供帧定界、检错和协议标识，使得不同网络层协议可以同时在同一链路上传输。PPP可以工作在不同的物理层，同步线路，异步线路和以太网等，这样就形成了PPP的多种封装帧格式。

1、同步线路上的PPP封装

PPP工作在同步线路时，使用HDLC的UI帧。HDLC的UI帧的INFO部分扩展“协议字段”包括Flag、Address、Control、Protocol、Information、FCS几个部分。

Flag：标志字段，表示帧的开始或者结束，由二进制序列01111110构成，即0x7E，

Address：地址字段，由二进制序列11111111构成，是标准的广播地址，

Control：控制字段，由二进制序列00000011构成，要求用户数据传输采用UI无编号帧，地址字段和控制字段所填内容为固定值，通过PPP的LCP协商，可以节省2字节的传输。由于没有字段来传送数据帧的序号，PPP默认情况下不提供基于序号和应答机制的可靠传输。Protocol：协议字段，用来识别PPP帧的Information字段所封装的协议。

Protocol协议取值有0xc021、0xc023、0xc223、0xc8021、0xc0021五种。

0xc021：信息域中承载的是LCP的数据报文，

0xc023：信息域中承载的是PAP的认证报文，

0xc223：信息域中承载的是CHAP的认证报文，

0xc8021：信息域中承载的是NCP的数据报文，

0xc0021：信息域中承载的是IP数据报文。

Information：包含Protocol字段中指定的协议数据报。

FCS：帧校验序列字段，用于PPP数据帧传输的正确性进行CRC检测。

因PPP是面向字符型的，所以UI帧的长度是整数字节。在同步线路上，PPP直接使用HDLC的UI帧，也使用HDLC的透明传输方式“0比特插入和删除算法”。

2、异步上的PPP封装

PPP在异步线路上传输时使用的帧与同步传输是一样的，差别在于成帧和透明传输使用的方法。因为起止式异步传输是面向字符的，PPP在异步线路上不能采用HDLC所使用面向比特的首位标志成帧算法，即使用0x7E作为帧的首位标志，也不能使用“0比特插入和删除算法”实现透明传输。

3、以太网上的PPP封装

随着xDSL技术、宽带接入技术的广泛应用，PPP又被广泛用于以太网上，这就是PPPoE。PPPoE在两个阶段以太网帧的类型域的值是不同的，在发展阶段，以太网的类型域填充为0x8863，在会话阶段，以太网的类型与填充为0x8864。PPPoE数据报文最开始的4位为版本域，紧接在版本域后的4位是类型域。

3.4.2 PPP的子层

为了适应多重物理和网络层，PPP划分了相应的LCP子层和NCP子层以完成不同功能。PPP首先通过发送LCP报文来配置和测试链路，建立起LCP连接。链路层激活后，需要的话可以进行认证，最后要通过发送相应的NCP报文建立相应的网络子层连接。

1、LCP

LCP位于物理层之上，负责设备之间链路的创建、维护和终止。

2、NCP

NCP主要完成点对点通信设备之间网络子层所需参数的配置，功能是网络层地址协商。

3.4.3认证协议

PPP另外一种常用到的功能是接入认证，即通过某种机制保证许可用户才能进入网络，常用的有PAP认证和CHAP认证两种。

1、PAP认证

PAP是一种两次握手的认证协议，它采用明文方式在网络上传输用户名和口令。

2、CHAP认证

CHAP是一种三次握手认证协议，呵在网络上传输用户名，但不传输口令。

3.4.4 PPP链路的建立

为了在线路上传送PPP数据报文，首先需要建立PPP的点到点链路。典型的PPP链路建立过程，可以分为3个阶段：链路建立阶段、认证阶段和网络层协商阶段。

1、链路建立阶段

2、认证阶段

3、网络层协商阶段

3.5 PPPoE

与PPP链路的建立方式不同。PPPoE链路的建立要经过PPPoE的发展阶段和PPPoE的会话阶段。发展阶段是PC主机在广播式的网络上搜寻宽带接入服务器BRAS，并在多个可能的宽带接入服务器中确定其一，建立点到点关系的过程。会话阶段则是PPP的LCP、认证、NCP的会话过程。与PPP不同的是，PPPoE的数据报文被封装成以太网的帧进行传送。目前小区宽带LAN接入、ADSL接入等技术都使用PPPoE技术。

1、发现阶段

用户主机首先主动发送广播包PADI寻找接入服务器，接入服务器收到PADI报文后回应PADO，主机在回应PADO的接入服务器中选择一个合适的，并发送PADR单播的请求报文告知接入服务器，接入服务器收到PADR包后开始为用户发配一个唯一的会话标识符Session ID，启动PPP状态机以准备开始PPP会话，并发送一个携带该会话标识符Session ID的会话确认包PADS。

2、会话阶段

3.6WLAN

3.6.1 WLAN简介

无线局域网可以提供更好的解决方案，WLAN利用电磁波在空中收发数据，数据传输速率现在已经能够达到354Mbps，且无需线缆介质，是非常有效的用户接入方式。WLAN的协议构成，IEEE的802.11工作组制定了无限局域网的媒体访问控制层和物理层规范。工作频段是ISM2.4GHz频段，支持的数据传输速率是1Mbps和2Mbps。无线射频传输方法采用跳频扩频和直接序列扩频，采用载波侦听多路访问/冲突避免方式进行信道共享控制。IEEE802.11a扩充了IEEE502.11标准的物理层，规定该层使用ISM5GHz的频段，该标准采用正交频分复用调制技术。

3.6.2 WLAN组网结构

在IEEE802.11标准中，规定了两种无线局域网设备：接入点和站点。AP通常作为网桥设备，带有一个LAN接口和一个连接WLAN的射频收发信机，而STA实际上是一个无线网络接口设备NIC，用于连接主机和AP。在IEEE802.11标准定义了两种组网结构：独立基本服务组和扩张服务组。

独立基本服务组

IBSS是一种对等网络形式，所有站点在网络中通信的地位是平等的。IEEE802.11定义了站点加入IBSS的过程，称BSSID同步。

扩张服务组

ESS由多个基本服务组构成，每个BSS都有一个无线访问点AP提供通信服务，不同BSS通过AP之间的分布系统互连，站点可以在多个BSS之间移动。ESS网络站点间的通信关系、工作过程、帧格式与IBSS相比增加了关联和重新关联过程以支撑站点在不同AP下的移动，站点间不能直接通信，通过AP中继转发实现。

1、BSSID的同步和关联过程

ESS网络依靠网络名和BSSID来标识，SSID是ESS网络的名称，不同网络的名称不相同，BSSID用于标识ESS网络中的AP，当站点在移动时，可以通过BSSID来感知AP的变化信息。

2、越区切换

越区切换只能发生在具有相同SSID的AP之间。

一所学校有4间计算机机房，每间机房计算机的数量是50,50,25,25，学校网络中心给四个机房分配的IP地址是202.295.76.0/24，应该如何划分子网？

C类（四个子网，所以子网号2位）

第一个机房50台202.295.76.00 000001

00 111111

第一个机房子网地址202.295.76.0/26

第二个机房50台202.295.76.01 000001

01111111

子网地址202.295.76.64/26

第三个机房25台202.295.76.10 000001

10 011111

子网地址202.295.76.128/26

第四个机房25台202.295.76.11 0000001

11 011111

子网地址202.295.76.192/26

IP128.168.0.1子网掩码255.255.224.0

10000000.10101000.000 00000.00000001

网络号子网号主机号

11111111.11111111.11100000.00000000

B类

IP192.168.0.1子网掩码255.255.255.224

11000000.10101000.00000000.00000001

网络号子网号主机号

11111111.11111111.11111111.11100000

C类

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