《路由與交換技術(shù)》課件-第八章：廣域網(wǎng)

路由與交換技術(shù)—網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)應(yīng)用目

錄OSI模型與以太網(wǎng)1思科路由器操作與配置3TCP/IP簡(jiǎn)介2實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目9IP路由4交換技術(shù)6廣域網(wǎng)8訪問(wèn)控制列表7OSPF協(xié)議58.1廣域網(wǎng)的概念8.2HDLC8.3點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）8.4幀中繼8.5網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)16~實(shí)驗(yàn)18第八章：廣域網(wǎng)

第8章

廣域網(wǎng)本章將介紹應(yīng)用于廣域網(wǎng)中的各種各樣不同類型的連接、技術(shù)和設(shè)備。同時(shí)還將介紹如何實(shí)現(xiàn)和配置HDLC、PPP和幀中繼協(xié)議。8.1廣域網(wǎng)的概念

局域網(wǎng)的概念：是在一個(gè)局部的地理范圍內(nèi)（如一個(gè)學(xué)校、工廠等），一般是方圓幾千米以內(nèi)，將各種計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)等互相連接起來(lái)組成的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)的概念：是一種跨越大的、地域性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集合。通?？缭绞?、市、甚至一個(gè)國(guó)家。廣域網(wǎng)包括大大小小不同的子網(wǎng)，子網(wǎng)可以是局域網(wǎng)，也可以是小型的廣域網(wǎng)。一般來(lái)說(shuō)，需要租借互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商線路的網(wǎng)絡(luò)稱為廣域網(wǎng)，反之則為局域網(wǎng)。用戶駐地設(shè)備(Customerpremisesequipment，CPE):用戶駐地設(shè)備是用戶方擁有的設(shè)備，位于用戶駐地一側(cè)。分界點(diǎn)(DemarcationPoint):分界點(diǎn)是服務(wù)提供商最后負(fù)責(zé)點(diǎn)，也是CPE的開(kāi)始。通常是最靠近電信的設(shè)備，并且由電信公司(telco)擁有和安裝?？蛻糌?fù)責(zé)從此盒子到CPE的布線(擴(kuò)展分界)，通常是連接到CSU/DSU或ISDN接口。本地回路(Localloop):本地回路連接分界到稱為中心局的最近交換局。

中心局(CO，Centraloffice):這個(gè)點(diǎn)連接用戶到提供商的交換網(wǎng)絡(luò)。中心局有時(shí)指呈現(xiàn)點(diǎn)(POP)。長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)(Tollnetwork):這些是WAN提供商網(wǎng)絡(luò)中的中繼線路。長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)是屬于ISP的交換機(jī)和設(shè)備的集合。8.1.1WAN術(shù)語(yǔ)

8.1.2WAN連接類型

8.2HDLC

高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議(High-LevelData-linkControlProtocol，HDLC)是流行的ISO標(biāo)準(zhǔn)、面向位的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。它使用幀特性、校驗(yàn)和規(guī)定數(shù)據(jù)在同步串行數(shù)據(jù)鏈路上的封裝方法。HDLC是一種用于租用線路的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議。沒(méi)有任何認(rèn)證可以用于HDLC。HDLC格式

8.3點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議(PPP)

PPP數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以用于異步串行(撥號(hào))或同步串行(ISDN)介質(zhì)。它使用LCP(鏈路控制協(xié)議)建立并維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路連接。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)允許在點(diǎn)到點(diǎn)連接上使用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(被動(dòng)路由協(xié)議)。PPP的基本目標(biāo)是在數(shù)據(jù)鏈路層點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上傳輸?shù)?層包。它不是一個(gè)專用協(xié)議，這意味著如果你的路由器并不都是Cisco的，在串行接口上就需要封裝PPP—由于HDLC是Cisco專用協(xié)議，所以封裝HDLC后不會(huì)正確運(yùn)行。另外，既然PPP可以封裝多種第3層被動(dòng)路由協(xié)議，并且提供認(rèn)證、動(dòng)態(tài)尋址以及回叫功能，那么這些都是放棄HDLC而選擇PPP作為封裝方案的理由。5.3.3使用OSPF配置網(wǎng)絡(luò)

PPP包含的4個(gè)主要組件如下所示。EIA/TIA-232-C、V.24、V.35和ISDN串行通信的物理層國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。HDLC在串行鏈路上封裝數(shù)據(jù)報(bào)的方法。LCP一種建立、配置、維護(hù)和結(jié)束點(diǎn)到點(diǎn)連接的方法。NCP一種建立和配置不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的方法。NCP設(shè)計(jì)允許同時(shí)使用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。8.3.1鏈路控制協(xié)議(LCP)Authentication(認(rèn)證):這個(gè)選項(xiàng)告訴鏈路的呼叫方發(fā)送可以確定其用戶身份的信息。兩種認(rèn)證方法是PAP和CHAP。Compression(壓縮):這個(gè)選項(xiàng)用于通過(guò)傳輸之前壓縮數(shù)據(jù)或負(fù)載來(lái)增加PPP連接的吞吐量。PPP在接收端解壓數(shù)據(jù)幀。Errordetection(錯(cuò)誤檢測(cè)):PPP使用Quality(質(zhì)量)和MagicNumber(魔術(shù)號(hào)碼)選項(xiàng)確?？煽康?、無(wú)環(huán)路的數(shù)據(jù)鏈路。8.3.2PPP會(huì)話建立鏈路建立階段每臺(tái)PPP設(shè)備發(fā)送LCP包來(lái)配置和測(cè)試鏈路。LCP包包括一個(gè)叫做“配置選項(xiàng)”的字段，允許每臺(tái)設(shè)備查看數(shù)據(jù)的大小、壓縮和認(rèn)證。如果沒(méi)有設(shè)置“配置選項(xiàng)”字段，則使用默認(rèn)的配置。認(rèn)證階段如果配置了認(rèn)證，在認(rèn)證鏈路時(shí)可以使用CHAP或PAP。認(rèn)證發(fā)生在讀取網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議信息之前。同時(shí)可能發(fā)生鏈路質(zhì)量決策。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段PPP使用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NetworkControlProtocol)，允許封裝成多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議并在PPP數(shù)據(jù)鏈路上發(fā)送。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(例如IP、IPX、AppleTalk這些被動(dòng)路由協(xié)議)都建立和NCP的服務(wù)關(guān)系?？诹钫J(rèn)證協(xié)議(PasswordAuthenticationProtocol，PAP)口令認(rèn)證協(xié)議是兩種方法中安全程度較低的一種?？诹钜悦魑陌l(fā)送，并且PAP只在初始鏈路建立時(shí)執(zhí)行。在PPP鏈路首次建立時(shí)，遠(yuǎn)程結(jié)點(diǎn)向發(fā)送路由器回送路由器用戶名和口令，直到獲得認(rèn)證。就是這樣。問(wèn)答握手認(rèn)證協(xié)議(ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol，CHAP)問(wèn)答握手認(rèn)證協(xié)議用于鏈路初始啟動(dòng)，并且為了證實(shí)路由器連接的仍然是同一臺(tái)主機(jī)，要進(jìn)行周期性的鏈路檢查。8.3.3PPP認(rèn)證方法Router#configtEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.Router(config)#ints0Router(config-if)#encapsulationpppRouter(config-if)#^ZRouter#8.3.4在Cisco路由器上配置PPP當(dāng)你將串行接口配置為支持PPP封裝后，可以使用PPP在路由器之間配置認(rèn)證。如果沒(méi)有設(shè)置主機(jī)名，則首先設(shè)置路由器的主機(jī)名。然后為路由器所連接的遠(yuǎn)程路由器設(shè)置用戶名和口令。下面是一個(gè)例子。

Router#configtEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.Router(config)#hostnameRouterARouterA(config)#usernameRouterBpasswordcisco1.配置PPP認(rèn)證當(dāng)設(shè)置了主機(jī)名、用戶名和口令后，選擇認(rèn)證類型，CHAP或PAP：

RouterA#configtEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterA(config)#ints0RouterA(config-if)#pppauthenticationchappapRouterA(config-if)#^ZRouterA#1.配置PPP認(rèn)證認(rèn)證示例：2.驗(yàn)證PPP封裝失敗的PPP認(rèn)證若要顯示網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)路由器之間的CHAP認(rèn)證過(guò)程，使用命令debugpppauthentication。3.診斷PPP認(rèn)證如果你有一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，但封裝類型不相同，那么鏈路永遠(yuǎn)不會(huì)通。下圖顯示了一個(gè)具有PPP和HDLC封裝的鏈路。4.不匹配的WAN封裝如果在串行接口上配置了HDLC或PPP，但I(xiàn)P地址不正確，這是一個(gè)棘手的問(wèn)題，因?yàn)榻涌趯?huì)顯示“up”。請(qǐng)看下圖，看看是否能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。5.不匹配的IP地址幀中繼已成為近幾十年WAN服務(wù)最流行的技術(shù)之一。它有很多受歡迎的原因，但主要是由于費(fèi)用較低。幀中繼比其他技術(shù)更節(jié)省費(fèi)用，這是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不可忽略的因素。8.4幀中繼首先理解幀中繼是包交換技術(shù)。和包交換有關(guān)的幾件事情。不能使用encapsulationhdlc或encapsulationppp命令進(jìn)行配置。幀中繼和點(diǎn)到點(diǎn)租用線路不一樣(盡管可以做到看起來(lái)像租用線路)。幀中繼在許多情況下沒(méi)有租用線路昂貴，但是為了節(jié)省費(fèi)用會(huì)有些損失。8.4.1幀中繼技術(shù)簡(jiǎn)介幀中繼之前的網(wǎng)絡(luò)……>幀中繼之后的網(wǎng)絡(luò)幀中繼提供商同時(shí)為許多不同的客戶提供包交換網(wǎng)絡(luò)。這是一個(gè)偉大的思想，因?yàn)樗诒姸嗫蛻糁邪l(fā)揮了交換機(jī)的價(jià)值。然而，幀中繼是基于假定不是所有客戶都需要同時(shí)持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)這一情況的。幀中繼為每個(gè)用戶提供部分專用帶寬工作，并在電信網(wǎng)絡(luò)有可用資源的情況下允許用戶超過(guò)他們保證的帶寬。所以基本上，幀中繼提供商允許客戶購(gòu)買稍低于其真正需要的帶寬。8.4.2承諾信息率(CIR)當(dāng)在Cisco路由器上配置幀中繼時(shí)，需要在串行接口上將幀中繼指定為一種封裝。正如前面提到過(guò)的，不能使用HDLC和PPP封裝幀中繼。8.4.3幀中繼封裝類型RouterA(config)#ints0RouterA(config-if)#encapsulationframe-relay?ietfUseRFC1490encapsulation<cr>除非手動(dòng)輸入ietf，否則默認(rèn)的封裝是Cisco，而且連接兩臺(tái)Cisco設(shè)備時(shí)使用Cisco類型。如果用幀中繼連接一臺(tái)Cisco設(shè)備和一臺(tái)非Cisco設(shè)備，要選擇IETF封裝類型。在選擇任何一種封裝類型之前，一定要確保兩端的幀中繼封裝類型是相同的。幀中繼使用虛電路工作方式，所謂“虛”是相對(duì)于租用線路使用的真正電路而言的。這些虛電路是由連接到提供商“網(wǎng)云”上的幾千臺(tái)設(shè)備構(gòu)成的鏈路。幀中繼為兩臺(tái)DTE設(shè)備之間建立的虛電路，使它們就像通過(guò)一條電路連接起來(lái)一樣，實(shí)際上將幀放入一個(gè)很大的共享設(shè)施里。有兩種虛電路—永久虛電路和交換虛電路。永久虛電路(PermanentVirtualCircuits，PVC)是目前最常用的類型。永久的意思是電信公司在內(nèi)部創(chuàng)建映射，并且只要你付費(fèi)，虛電路就一直有效。交換虛電路(SwitchedVirtualCircuits，SVC)更像電話呼叫。當(dāng)數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，建立虛電路；數(shù)據(jù)傳輸完成后，拆除虛電路。8.4.4虛電路幀中繼PVC使用數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(shí)符(DataLinkConnectionIdentifiers，DLCI)標(biāo)識(shí)DTE設(shè)備。幀中繼服務(wù)提供商分配DLCI值，幀中繼用DLCI值區(qū)分網(wǎng)絡(luò)上的不同虛電路。因?yàn)樵谝粋€(gè)多點(diǎn)幀中繼接口上可以有多個(gè)虛電路，所以這種接口可以有多個(gè)DLCI。DLCI對(duì)路由器具有本地意義8.4.5數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(shí)符(DLCI)本地管理接口(LocalManagementInterface，LMI)是路由器和它所連接的第一個(gè)幀中繼交換機(jī)之間使用的信令標(biāo)準(zhǔn)。它允許傳遞有關(guān)服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)和DTE(路由器)之間虛電路的操作和狀態(tài)信息。8.4.6本地管理接口(LMI)丟棄合格(DiscardEligibility，DE)正如你知道的，當(dāng)產(chǎn)生突發(fā)流量(以超過(guò)PVC的CIR傳輸包)時(shí)，如果服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，則任何超過(guò)CIR的包都有可能被丟棄。由于這個(gè)原因，多余的數(shù)據(jù)用幀中繼報(bào)頭中的丟棄合格(DE)位來(lái)標(biāo)記。如果服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，幀中繼交換機(jī)將首先丟棄設(shè)置了DE位的包。所以，如果帶寬將承諾信息率(CIR)配置為零，DE將一直是打開(kāi)的。前向顯式擁塞通知(ForwardExplicitCongestionNotification，F(xiàn)ECN)當(dāng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞時(shí)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)包報(bào)頭中的前向顯式擁塞通知位設(shè)置為1，指示目的DCE經(jīng)過(guò)的路徑發(fā)生了擁塞。后向顯式擁塞通知(BackwardExplicitCongestionNotification，BECN)當(dāng)交換機(jī)探測(cè)到幀中繼網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞時(shí)，它設(shè)置幀中繼數(shù)據(jù)包中的后向顯式擁塞通知位，此數(shù)據(jù)包將發(fā)送給源路由器。這樣就通知源路由器前面遇到了擁塞。Cisco路由器不必非要對(duì)這種擁塞信息采取措施，除非告訴它一定要這樣做。8.4.7幀中繼擁塞控制可以使用showframe-relaypvc命令驗(yàn)證幀中繼擁塞控制信息8.4.8使用幀中繼擁塞控制排除故障1.單個(gè)接口

從一個(gè)簡(jiǎn)單的例子開(kāi)始。假定要使用一條PVC（永久虛鏈路）連接兩臺(tái)路由器。下面是配置內(nèi)容：

RouterA#configtEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterA(config)#ints0/0RouterA(config-if)#encapsulationframe-relayRouterA(config-if)#ipaddress172.16.20.1255.255.255.0RouterA(config-if)#frame-relaylmi-typeansiRouterA(config-if)#frame-relayinterface-dlci101RouterA(config-if)#^ZRouterA#8.4.9幀中繼的實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控2.子接口可以用ints0.subinterfacenumber這樣的命令定義子接口。首先必須在物理串行接口上設(shè)置封裝類型，然后定義子接口，一般一個(gè)子接口定義一條PVC。下面是一個(gè)例子：

RouterA(config)#ints0RouterA(config-if)#encapsulationframe-relayRouterA(config-if)#ints0.?<0-4294967295>SerialinterfacenumberRouterA(config-if)#ints0.16?multipointTreatasamultipointlinkpoint-to-pointTreatasapoint-to-pointlinkRouterA(config-if)#ints0.16point-to-point

8.4.9幀中繼的實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控1.showframerelaylmi命令此命令將顯示本地路由器和幀中繼交換機(jī)之間交換的LMI流量統(tǒng)計(jì)。2.showframepvc命令showframepvc命令將列出所有配置的PVC和DLCI號(hào)。提供每個(gè)PVC連接的狀態(tài)和流量統(tǒng)計(jì)，還顯示路由器每個(gè)PVC接收到的BECN和FECN包的數(shù)量。3.showinterface命令可以用showinterface命令檢查L(zhǎng)MI流量。showinterface命令顯示關(guān)于封裝的信息以及第2層和第3層的信息。它也顯示線路、協(xié)議、DLCI和LMI信息。4.showframemap命令showframemap命令將顯示網(wǎng)絡(luò)層到DLCI的映射。5.debugframelmi命令debugframelmi命令默認(rèn)情況下在路由器控制臺(tái)上顯示輸出(和任何debug命令一樣)。這個(gè)命令的信息可以驗(yàn)證幀中繼連接，并且通過(guò)幫助你確定路由器和交換機(jī)是否交換正確的LMI信息來(lái)排除幀中繼連接故障。8.4.10監(jiān)控幀中繼為什么路由器A不能通過(guò)幀中繼網(wǎng)絡(luò)和路由器B進(jìn)行通信？8.4.11幀中繼網(wǎng)絡(luò)故障診斷NAT（NetworkAddressTranslation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）是將IP

數(shù)據(jù)包頭中的IP地址轉(zhuǎn)換為另一個(gè)IP地址的過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用中，NAT主要用于實(shí)現(xiàn)私有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)公共網(wǎng)絡(luò)的功能。這種通過(guò)使用少量的公有IP地址代表較多的私有IP地址的方式，將有助于減緩可用的IP地址空間的枯竭。8.5網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT不僅能解決了lP地址不足的問(wèn)題，而且還能夠有效地避免來(lái)自網(wǎng)絡(luò)外部的攻擊，隱藏并保護(hù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)。寬帶分享：這是NAT主機(jī)的最大功能。安全防護(hù)：NAT之內(nèi)的PC聯(lián)機(jī)到Internet上面時(shí)，他所顯示的IP是NAT主機(jī)的公共IP，所以Client端的PC當(dāng)然就具有一定程度的安全了，外界在進(jìn)行portscan（端口掃描）的時(shí)候，就偵測(cè)不到源Client端的PC。8.5.1NAT功能概述

靜態(tài)轉(zhuǎn)換是指將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的私有IP地址轉(zhuǎn)換為公有IP地址，IP地址對(duì)是一對(duì)一的，是一成不變的，某個(gè)私有IP地址只轉(zhuǎn)換為某個(gè)公有IP地址。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換是指將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的私有IP地址轉(zhuǎn)換為公用IP地址時(shí)，IP地址是不確定的，是隨機(jī)的，所有被授權(quán)訪問(wèn)上Internet的私有IP地址可隨機(jī)轉(zhuǎn)換為任何指定的合法IP地址。端口多路復(fù)用（PortaddressTranslation,PAT)是指改變外出數(shù)據(jù)包的源端口并進(jìn)行端口轉(zhuǎn)換，即端口地址轉(zhuǎn)換（PAT，PortAddressTranslatio