HCIA Datacom - 广域网技术

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早期广域网技术概述

什么是广域网

  • 广域网是连接不同地区局域网的网络，通常所覆盖的范围从几十公里到几千公里。它能链接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲提供远距离通信，形成国际性的远程网络

广域网与局域网区别

局域网 广域网
一种覆盖地理区域比较小的计算机网络 一种通过租用ISP网络或者自建专用网络来构建的覆盖地理区域比较广的计算机网络

早期广域网技术介绍

  • 早期广域网与局域网的区别在于数据链路层和物理层的差异性，在TCP/IP参考模型中，其他各层无差异
TCP/IP参考模型 LAN技术 WAN技术
数据链路层 IEEE 802.3/4/5/11 PPP、HDLC、Frame Relay、ATM
物理层 IEEE 802.3/4/5/11 RS-232 v.24 v.35 G.703

广域网络设备角色介绍

  • 广域网络设备基本角色有三种，CE（Customer Edge，用户边缘设备）、PE（Provider Edge,服务提供商边缘设备）和P（Provider，服务提供商设备）。
    • CE:用户端链接服务提供商的边缘设备。CE链接一个或多个PE，实现用户接入
    • PE：服务提供商链接CE的边缘设备。PE同时链接CE和P设备，是重要的网络节点
    • P：服务提供商不连接任何CE的设备

早期广域网技术的应用

  • 早期的广域网技术主要是针对不同物理链路类型，在数据链路层进行不同的二层封装。在CE与PE之间常用的广域网封装协议有PPP/HDLC/FR等，用于解决用户接入广域网的长距离传输问题。在ISP内部常用的广域网协议主要是ATM，用于解决骨干网告诉转发的问题。

PPP协议原理与配置

PPP协议概述

  • PPP是一种常见的广域网数据链路层协议，主要用于在全双工的链路上进行点到点的数据传输封装
  • PPP提供了安全认证协议族PAP（Password Authentication Protocol，密码验证协议）和CHA（Challenge Handshake Authentication Protocol，挑战握手认证协议）
  • PPP协议具有良好的扩展性，例如：当需要在以太网链路上承载PPP协议时，PPP可以扩展为PPPoE
  • PPP协议提供LCP（Link Control Protocol），用于各种链路层参数的协商，例如最大接收单元，认证模式等
  • PPP协议提供各种NCP（Network Control Protocol，网络控制协议），例如IPCP（IP Control Protocol，IP控制协议），用于各网络层参数的协商，更好地支持了网络协议。

PPP链路建立流程

阶段 释义
链路层协商 通过LCP报文进行链路参数协商，建立链路层链接 Dead - Establish - 成功？
认证协商（可选） 通过链路建立阶段协商的认证方式进行链路认证 需要认证 - Authenticate - 通过认证？
网络层协商 通过NCP协商来选择和配置一个网络层协议并进行网络层参数协商 Network - Terminate

LCP报文格式

  • PPP报文可由Protocol字段标识不同类型的PPP报文。例如：当Protocol字段为0×C021时，代表时LCP报文。此时又由Code字段标识不同类型LCP报文
0×7E 0×FF 0×03 0×C021 0×1500Byte 4 Byte 0×7E
PPP报文格式 Flag Address Control Protocol Information FCS Flag

LCP协商过程 - 正常协商

  • LCP协商由不同的LCP报文交互完成。协商由任意一方发送Configure-Request报文发起。如果对端接收此报文却参数匹配，则通过回复Configure-Ack响应协商成功
R1 PPP R2
接口参数：
MRU=1500
Auth_Type=PAP
Magic_Num=a		 Configure-Request –> 接口参数：
MRU=1500
Auth_Type=PAP
Magic_Num=b
Configure-Ack <–
Configure-Request <–
–> Configure-Ack

LCP协商过程-参数不匹配

  • 在LCP报文交互中出现LCP参数不匹配时，接收方回复Configure-Nak响应告知对端修改参数然后重新协商
R1 PPP R2
接口参数：
MRU=2000
Auth_Type=PAP
Magic_Num=a		 Configure-Request –> 接口参数：
MRU=1500
Auth_Type=PAP
Magic_Num=b
接口参数：
MRU=1500
Auth_Type=PAP
Magic_Num=a		 Configure-Nak <–对端参数不合法，进行参数协商
重新发起配置请求，携带协商后参数–> Configure-Request
Configure-Ack <–确认对端参数合法

LCP协商过程 - 参数不识别

  • 在LCP报文交互中出现LCP参数不识别时，接收方回复Configure-Reject响应告知对端删除不识别的参数然后重新协商
R1 PPP R2
接口参数：
MRU=2000
Auth_Type=PAP
Magic_Num=a
XXX=xxx		 Configure-Request –> 接口参数：
MRU=1500
Auth_Type=PAP
Magic_Num=b
接口参数：
MRU=1500
Auth_Type=PAP
Magic_Num=a		 Configure-Reject <–对端参数无法识别，进行参数协商
重新发起配置请求，携带协商后参数–> Configure-Request
Configure-Ack <–确认对端参数合法

PPP认证模式 - PAP

  • 链路协商成功后，进行认证协商（此过程可选）。认证协商模式有两种，PAP和CHAP
  • PAP认证双方有两次握手。协商报文以明文的形式在链路上传输

PPP认证模式 - CHAP

  • CHAP认证双方有三次握手。协商报文被加密后再在链路上传输
R1 PPP R2
LCP链路认证成功，底层链路建立，确定认证方式为CHAP
认证方发起调整，携带随机数 Code = 1(Challenge),ID =1,Name=””,Random–>
<—Code=2(Response),ID=1,Name=”hcia”,MD5结果 被认证方本地计算并回复MD5
认证方本地计算，并验证 Code=3（Success），ID=1，Message=“Welcome”—>

NCP协商 - 静态IP地址协商

  • PPP认证协商后，双方进入NCP协商阶段，协商在数据链路上所传输的数据包的格式与类型。以常见的IPCP协议为例，它分为静态IP地址协商和动态IP地址协商
  • 静态IP地址协商需要手动在链路两端配置IP地址

NCP协商 - 动态IP地址协商

  • 动态IP地址协商支持PPP链路一端为对端配置IP地址（只判断地址合法性）

PPP协议配置

命令 释义
link-protocol ppp 配置接口封装PPP协议
ppp timer negotiate seconds 配置协议超时时间间隔
PAP认证配置命令
local-user user-name password { cipher | irreversible } password 配置验证方以PAP方式认证对端
local - user user-name service-type ppp
ppp authentication-mode pap
ppp pap local-user user-name password {cipher | simpel } password 配置被验证方以PAP方式被对端认证
CHAP认证配置命令
local-user user-name password { cipher | irreversible-cipher } password 配置验证方以CHAP方式认证对端
local-user user-name service-type ppp
ppp Authentication-mode chap
ppp chap user user-name 配置被验证方以CHAP方式被对端验证
ppp chap password { cipher | simple } password

PPPoE原理与配置

什么是PPPoE

  • PPPoE是一种把PPP帧封装到以太网中的链路层协议。PPPoE可以使以太网网络中的多台主机连接到远端的宽带接入服务器
  • PPPoE集中了PPP和Ethernet两个技术的优点。既有以太网的组网灵活优势，又可以利用ppp协议实现认证、计费等功能

PPPoE应用场景

  • PPPoE常见应用场景有家庭拨号上网、企业用户拨号上网等

PPPoE会话建立

阶段 解释
PPPoE发现 PPPoE协商 用户接入，创建PPPoE虚拟链路
PPPoE会话 PPPoE协商 ppp协商内容包括LCP协商、PAP/CHAP认证、NCP协商等阶段
PPPoE终结 PPPoE断开 用户下线，客户端断开链接或服务器端断开链接

PPPoE发现阶段

  • PPPoE协议发现有四个步骤：客户端发送请求、服务端响应请求、客户端确认响应和建立会话

PPPoE会话阶段

  • 分为LCP协商、认证协商、NCP协商三个阶段

PPPoE总结阶段

  • 当PPPoE客户端希望关闭链接时，会向PPPoE服务器端发送一个PADT报文，用于关闭连接

PPPoE基础配置

命令 释义
dialer-rule 通过拨号规则来配置发起PPPoE会话的条件
dialer user username 配置拨号接口用户名，此用户名必须与对端服务器用户名相同
dialer-group group-number 将接口置于一个拨号访问组
dialer-bundlenumber 指定当前拨号接口使用的拨号绑定
pppoe-client dial-bundle-number number 将物理端口与dialer-bundle进行绑定

广域网技术的发展

Segment Routing介绍

  • 为解决传统IP转发和MPLS转发问题，业界提出了SR（分段路由）
    • 基于现有协议进行扩展
    • 引入源路由机制
    • 由业务来定义网络
  • 转发原理
    • 将网络路径分成一个个的段，并且将这些段分配SID
    • SID分配对象有两种：转发节点或者链路
    • 链路和网络节点的SID有序排列成段序列，它代表一条转发路径。SR由源节点将段序列编码在数据包头部，随数据包传输。SR的本质时指令，指引报文去哪里和怎么去