3.7.1 广域网的基本概念#

广域网(Wide Area Network，WAN)通常指覆盖范围很广(远超一个城市)的长距离网络，其主要任务是长距离运送主机所发送的数据。连接广域网中各节点交换机的链路均为高速链路，因此广域网首要考虑的问题是通信容量是否足够大，以支持日益增长的通信需求。

广域网不等于互联网。互联网可以连接不同类型的网络，通常通过路由器实现互联。多个相距较远的局域网可通过路由器接入广域网，从而构成一个覆盖范围广泛的互联网。因此，一个局域网可通过广域网与另一个远程局域网通信。

广域网由若干节点交换机(注意不是路由器)及连接这些交换机的链路组成。节点交换机与路由器都用于转发分组，工作原理相似；但节点交换机工作在单个网络内部，而路由器用于连接多个网络构成的互联网。节点交换机的核心功能是存储并转发分组。广域网中节点之间采用点到点连接，但为提高网络可靠性，一个节点交换机通常与多个其他交换机相连。

广域网和局域网的区别与联系见表3.5。

在通信线路质量较差的年代，高级数据链路控制(HDLC)因其可靠的传输机制而成为主流的数据链路层协议。如今，在误码率极低的点对点有线链路上，更简单的点对点协议(PPP)则成为使用最广泛的数据链路层协议。最新大纲已将 HDLC 删除，故本书不再介绍。

3.7.2 点对点协议#

点对点协议(Point-to-Point Protocol，PPP)是目前最流行的点对点链路控制协议。主要有两种应用场景：用户接入互联网时与ISP之间的通信；两台网络设备之间通过直连专线通信。

在以太网中运行的 PPP 称为 PPPoE(PPP over Ethernet)，它是对 PPP 的扩展。PPPoE 将 PPP 帧封装在以太网帧中，用户通过 ADSL 宽带上网时使用的就是 PPPoE。

PPP 由以下三个部分组成：

1. 一个链路控制协议(LCP)。用来建立、配置、测试数据链路连接，及协商一些选项。
2. 一套网络控制协议(NCP)。PPP 支持多种网络层协议(如 IP、IPX 等)，每种网络层协议需通过对应的 NCP 进行配置，以建立和管理其逻辑连接。
3. 一种将 IP 数据报封装到串行链路的方法。IP 数据报作为 PPP 帧的信息部分被封装在 PPP 帧中传输，其长度受**最大传送单元(MTU)**限制。

PPP 帧的格式，首部包含 4 个字段，尾部包含 2 个字段。

1. 标志字段(F)。首部和尾部各有一个，占1B，规定为0x7E(01111110)，用作帧的定界符，标识帧的开始与结束。为实现透明传输，当信息段中出现与标志字段相同的比特模式时，需要采取填充措施：当PPP使用异步传输时，采用字节填充法，使用的转义字符为0x7D(01111101)；当PPP使用同步传输时，采用零比特填充法。

2. 地址字段(A)。占1B，规定为0xFF，其意义暂未定义。

3. 控制字段(C)。占1B，规定为0x03，其意义也暂未定义。

4. 协议字段。占2B，用于标识信息字段所承载的分组类型。若为0x0021，表示信息字段为IP数据报；若为0xC021，表示信息字段为LCP分组。

5. 信息字段。长度可变，范围为0～1500B。

   NOTE

   由于 PPP 是点对点链路上(而非总线形网络)，无须使用 CSMA/CD 协议，因此 $\uwave{\text{不存在最短帧长}}$ 的限制，其信息字段最小可为 OB(相比之下，以太网帧的数据部分至少需 46B)。

6. 帧检验序列(FCS)。占2B，采用CRC校验生成的冗余码，用于差错检测。

以用户拨号接入 ISP 的过程为例：用户拨号后，首先建立一条从用户到 ISP 的物理层连接；随后，用户向 ISP 发送一系列 LCP 分组(封装为 PPP 帧)，协商链路参数并建立 LCP 连接；接着通过 NCP 配置网络层，ISP 为用户分配一个临时 IP 地址；通信结束后，依次释放网络层、数据链路层和物理层连接。

具体解释如下：

1. PPP 链路的起始和终止均为链路静止状态，此时用户与 ISP 之间无物理层连接。
2. 当检测到调制解调器的载波信号并成功建立物理层连接后，PPP进入链路建立状态。
3. 在链路建立状态下，LCP开始协商配置选项(如最大帧长、鉴别协议等)。若协商成功，则LCP链路建立完成，PPP进入鉴别状态。若协商失败，则退回到链路静止状态。
4. 在鉴别状态下，若通信双方无须鉴别或身份鉴别成功，则进入网络层协议状态。若鉴别失败，则直接进入链路终止状态。
5. 在网络层协议状态下，双方通过 NCP 配置网络层参数(如分配 IP 地址)，配置完成后，PPP 进入链路打开状态，双方即可开始数据通信。
6. 数据通信结束后，若一方发送终止请求并在收到确认后，或链路发生故障，PPP 将进入链路终止状态；待调制解调器的载波信号停止后，最终返回链路静止状态。

PPP 的主要特点如下：

1. PPP 在链路建立阶段使用确认机制，但在数据传输阶段仅提供无差错接收(通过 CRC 检验)，不使用序号与确认机制，因此提供的是不可靠服务。
2. PPP仅支持全双工的点对点链路，不支持多点线路。
3. PPP 链路两端可运行不同的网络层协议，但仍能通过同一 PPP 链路进行通信。
4. PPP 是面向字节的协议，所有 PPP 帧的长度均为整数个字节。