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1 学习沉淀成长分享 WAN, PPP and FrameRelay 红茶三杯微博 : Latest update:

2 Content 广域网概述 PPP FrameRelay

3 广域网概述 什么是广域网 广域网链路类型 常见的广域网封装

4 Local Area Network Si 局域网 (Local Area Network,LAN) 在一个局部的地理范围内 ( 如一个学校 公司或园区 ), 一般是方圆几千米以内所搭建的一张数据通信网络

5 Local Area Network 分布在两地 ( 距离较长 ) 的 LAN 如何能够实现互通? Si? Si LAN1 LAN2

6 WAN Link 广域网线路用于将处于两个不同地理位置的网络连接起来 Si WAN Link Si

7 什么是广域网链路 用于连接 LAN 的 跨地理位置的数据通信链路 例如同属一个公司的不同分支机构 ( 处于不同的地址位置 ) 之间的互联链路 WAN 链路一般需要向运营商购买 WAN 链路的地理跨越范围比 LAN 更广 链路类型多种多样, 客户根据自己的需要进行选择

8 广域网接入方式 专线 电路交换 分组交换 VPN 无线

9 广域网接入方式 专线 如 DDN POS E1 以太网专线等 点到点的专有连接 ( 安全 高传输质量 ) 支持多种物理介质与物理接口标准 稳定可靠, 配置与维护简单 适合长时间的业务流量需求 ; 价格相对较高 Line type Bit Rate Capacity kbps kbps T Mbps E Mbps J Mbps E Mbps T Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps OC Mbps

10 广域网接入方式 电路交换 定义 : 由 SP 为企业远程网络节点间通信提供的临时数据传输通道, 其操作特性类似电话拨号技术 常见的如 ISDN,PSTN 逻辑连接持久有效, 按需拨号 传输介质主要为电话线, 也可以为光纤 带宽主要为 56Kbps,64Kbps,128Kbps,2Mbps 稳定性较差, 配置与维护较复杂

11 广域网接入方式 电路交换 PSTN 模拟拨号 利用传统承载语音模拟信号的电话线来承载数字信号业务的拨号技术 数 / 模信号转换 带宽小, 信号质量取决于电话介质信号质量 PSTN PC Modem Modem Router 数字信号 模拟信号

12 广域网接入方式 分组交换 ( 包交换 ) 分组交换设备根据数据帧的二层地址来进行路径的选择 PVC 永久虚电路在交换开始时就已经建立了路由 SVC 交换虚电路根据需要建立 常见业务如 x.25 FrameRelay DCE or Frame Relay switch

13 HDLC HDLC 专用线路在数据链路层一般采用 HDLC 或 PPP 的封装 专用线路是一条永久的点对点线路 HDLC(High-level Data link Control) 高级数据链路控制协议是一种在同步链路上传输数据的二层协议 HDLC 由 SDLC 协议发展而来 每个厂家的 HDLC 可能有所不同, 因此不通厂家之间的 HDLC 未必能够兼容

14 HDLC HDLC HDLC 传统 ISO HDLC 只支持单协议环境 Flag Address Control Data FCS Flag Cisco HDLC CISCO HDLC 支持多协议类似 IP 头的协议号字段 Flag Address Control Proprietary Data FCS Flag

15 配置 HDLC 封装 R1 Serial0/ /30 Serial0/ /30 DCE R2 R1 interface serial 0/0 encapsulation hdlc ip address no shutdown R2 interface serial 0/0 encapsulation hdlc ip address clock rate no shutdown CISCO IOS 路由器的 Serial 接口缺省就是 HDLC 的封装 该 HDLC 实际上是 CISCO 私有的 HDLC

16 PPP PPP 简介 PPP 的组件 PAP 及 CHAP 认证 PPP 配置

17 PPP 简介 Point to Point Protocol, 简称 PPP 能够控制数据链路的建立 ; 能够对 IP 地址进行分配和使用 ; 支持多种网络层协议 ; 能够配置和测试数据链路 ; 能够进行错误检测 ; 提供身份验证 ; 有协商选项, 能够对网络层的地址和数据压缩等进行协商

18 PPP 简介 Multiple protocol Encapsulations using NCPs in PPP IP IPX AppleTalk PPP 封装 Link setup and control using LCP in PPP

19 PPP 的层次结构 L3 Upper-Layer Protocols ( 如 IP, IPX, AppleTalk) L2 Network Control Protocol (NCP) ( 不同的网络层协议有不同的 NCP) Link Control Protocol (LCP) L1 Physical Layer ( 如 EIA/TIA-232, V.24, V.35, ISDN)

20 PPP 的组件 链路控制协议 LCP(Link Control Protocol) LCP 负责创建, 维护 (Keepalive) 或终止一条数据链路 LCP 还负责相关参数的协商, 例如是否验证及使用的验证协议等 网络控制协议 NCP(Network Control Protocol) NCP 是一个协议族, 负责解决物理连接上运行什么网络协议, 以及解决上层网络协议发生的问题 认证协议最常用的包括口令验证协议 PAP(Password Authentication Protocol) 和挑战握手验证协议 CHAP(Challenge-Handshake Authentication Protocol)

21 PPP 会话的建立 1. 链路的建立和配置协商 通信双方发送 LCP 帧来配置和检测数据链路 在任何网络层数据包传递之前, 通信双方需通过 LCP 建立并且协商相关参数, 这个阶段完成的标志是双方都收到对方发送来的 LCP 配置 ACK 消息 LDP 帧中包含一个 option 字段, 通过该字段通信双方可以进行一系列的协商如 : MTU 特定 PPP 字段的压缩 验证协议等 2. 链路质量检测, 认证阶段 ( 可选 ) 判断链路的质量是否能携带网络层信息 如果使用身份验证的话, 那么验证过程发生在这步 3. 网络层协议的配置协商 通信的发起方发送 NCP frame, 用以选择和配置网络层协议 配置完毕后, 通信双方可以发送各自的网络层协议数据分组

22 PAP 认证 Remote Router Core Router Hostname:abc Password:ccietea LCP( 链路建立, 确定验证方式为 PAP) Username:abc Password:ccietea PAP abc ; ccietea PAP Accept 2 次握手 密码以明文的形式直接发送

23 CHAP 认证 Remote Router Core Router Hostname:abc Password:ccietea LCP( 链路建立, 确定验证方式为 CHAP) Username:abc Password:ccietea CHAP Challenge Code(1) Name(Core) ID(1) random(*****) ID random ccietea ID random ccietea HASH CHAP Response Code(2) Name(abc) ID(1) Value(*****) HASH MD5 value MD5 value CHAP Success Code(3) ID(1) 进行比对

24 配置 PPP 和 PPP 认证 Router(config-if)# encapsulation ppp 为接口封装 PPP Router(config)# hostname name ( 可选 ) 指定路由器的名字 Router(config)# username name password password ( 可选 ) 标示远端路由的用户名和密码, 配置在认证服务器端 Router(config-if)# ppp authentication {chap chap pap pap chap pap} ( 可选 ) 启用 PAP 或者 CHAP 认证, 配置在认证服务器端

25 示例 1-ppp 封装 Serial0/ /30 DCE Serial0/ /30 Remote Router Core Router Remote Router hostname remote! interface serial0/0 encapsulation ppp ip address Core Router hostname Core! interface serial0/0 encapsulation ppp clock rate ip address

26 示例 2-pap 单向认证 Serial0/ /30 DCE Serial0/ /30 Remote Router Core Router Remote Router hostname remote interface serial0/0 encapsulation ppp ip address ppp pap sent-username remote password ccietea Core Router hostname Core username remote password ccietea interface serial0/0 encapsulation ppp ip address ppp authentication pap

27 示例 2-pap 单向认证 (cont.) Serial0/0 is up, line protocol is up Hardware is M4T Internet address is /30 MTU 1500 bytes, BW 1544 Kbit, DLY usec, reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255 Encapsulation PPP, LCP Open Open: IPCP, CDPCP, crc 16, loopback not set Keepalive set (10 sec) Restart-Delay is 0 secs Last input 00:00:53, output 00:00:01, output hang never Last clearing of "show interface" counters 11:09:00 Input queue: 0/75/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0 Queueing strategy: weighted fair

28 示例 3-chap 单向认证 Serial0/ /30 DCE Serial0/ /30 Remote Router Remote Router hostname remote interface serial0/0 encapsulation ppp ip address ppp chap hostname remote ppp chap password ccietea Core Router hostname Core username remote password ccietea interface serial0/0 encapsulation ppp clock rate ip address ppp authentication chap Core Router

29 示例 4-chap 双向认证 Serial0/ /30 DCE Serial0/ /30 R1 R1 hostname R1 username R2 password ccietea interface serial0/0 encapsulation ppp ip address ppp authentication chap R2 hostname R2 username R1 password ccietea interface serial0/0 encapsulation ppp ip address ppp authentication chap R2

30 验证 PPP Router#show interface serial 0/0 Router#debug ppp authentication Router#debug ppp negotiation

31 Frame Relay 帧中继简介 VC LMI DLCI 的概念 帧中继映射 Inverse-ARP 的操作 帧中继配置

32 帧中继简介 DCE or Frame Relay switch Frame Relay works here 工作在数据链路层 使用虚电路进行连接 提供面向对象的服务

33 帧中继简介 WAN WAN Without FR With FR

34 帧中继简介 应用非常广泛的广域网数据链路层封装协议 FR 交换设备在用户路由器间建立虚电路, 提供基于分组交换的二层通道 面向连接的数据链路技术 速率 :56K 2M DCE or Frame Relay switch Frame Relay works here

35 帧中继术语 VC A Serial VC B FrameRelay C VC(Virtual Circuit) 虚电路 通过帧中继网络实现的逻辑连接叫做虚电路 (VC) 利用虚电路, 帧中继允许多个用户共享带宽, 而无需使用多条专用物理线路, 虚电路是以 DLCI 标识的

36 帧中继术语 DLCI A Serial VC B FrameRelay C DLCI (Data Link Connection Identifier) 数据链路连接标识 通常由帧中继服务提供商 ( 例如电话公司 ) 分配 帧中继 DLCI 仅具有本地意义 DLCI 0 到 15 和 1008 到 1023 留作特殊用途 服务提供商分配的 DLCI 范围通常为 16 到 1007

37 帧中继术语 LMI LMI 102 Active 103 Active Keepalive A Serial VC B FrameRelay C LMI(Local Management Interface) 本地管理接口 是一种信令标准, 用于管理链路连接及 keepalive 的机制 终端路由器 (DTE) 和帧中继交换机 (DCE) 之间的帧中继设备每 10 秒 ( 或大概如此 ) 轮询一次网络 Cisco 路由器支持以下三种 LMI: Cisco, Ansi, q933a 在 Cisco 路由器上 LMI 类型默认是 Cisco

38 帧中继术语 LMI (cont.) LMI 102 Active 103 Inactive Keepalive A Serial VC B FrameRelay C 路由器从帧中继交换机的帧封装接口接受 LMI 信息, 并将虚链路状态更新为下列 3 种状态之一 : Active state 正常状态 Inactive state 远程路由器没有工作 Deleted state 接口没有收到交换机的任何 LMI 信息, 可能是映射问题或者线路问题

39 帧中继拓扑 全互联 Full-Mesh 部分互联 Partial-Mesh 星形结构 Hub-and-spoke

40 帧中继地址映射 帧中继映射条目,DLCI 从运营商处获取, 映射关系为远端 IP 地址到本地的 DLCI 之间的联系 可以通过手工配置或 Inverse ARP 自动发现 R /24 S0/1 R2 R1#show frame-relay map / S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3 Serial0/0 (up): ip dlci 102(0x66,0x1860), dynamic, broadcast,, status defined, active Serial0/0 (up): ip dlci 103(0x67,0x1870), dynamic, broadcast,, status defined, active

41 帧中继地址映射 FR Header DLCI=102 IP Header Dst Data to R2 R R /24 Frame Relay switch /24 R3

42 反向 ARP 和 LMI 的操作 DLCI Frame Relay DLCI Status Inquiry Status Inquiry LOCAL DLCI 102 = Active LOCAL DLCI 201 = Active Hello I am Frame Relay Map DLCI 201 Active

43 反向 ARP 和 LMI 的操作 (cont.) DLCI Frame Relay DLCI Hello I am Frame Relay Map DLCI 102 Active Keepalive Keepalive

44 基础配置 1 主接口封装帧中继 (Inverse-ARP) PVC R /24 S0/1 S0/2 FR Switch /24 R2 Frame Relay Switch( 可用路由器模拟 ) 的配置 : FRswitch(config)# frame-relay switching!! 在模拟帧中继交换机的路由器上配置 FRswitch(config)# interface Serial0/1 FRswitch(config-if)# encapsulation frame-relay FRswitch(config-if)# frame-relay intf-type dce FRswitch(config-if)# clock rate FRswitch(config-if)# frame-relay route 102 interface Serial0/2 201!! 配置 PVC, 上面这条命令可以形象的理解为 S0/1 接口的 DLCI 102 对应到 S0/2 接口的 DLCI 201 FRswitch(config-if)# no shutdown FRswitch(config-if)# exit 未完待续

45 基础配置 1 主接口封装帧中继 (Inverse-ARP) PVC R /24 S0/1 S0/2 FR Switch /24 R2 Frame Relay Switch( 可用路由器模拟 ) 的配置 : 接上一页 FRswitch(config)# interface Serial0/2 FRswitch(config-if)# encapsulation frame-relay FRswitch(config-if)# clock rate FRswitch(config-if)# frame-relay intf-type dce FRswitch(config-if)# frame-relay route 201 interface Serial0/1 102 FRswitch(config-if)# no shutdown

46 基础配置 1 主接口封装帧中继 (Inverse-ARP) PVC R /24 S0/1 S0/2 FR Switch /24 R2 R1 的配置如下 : R1(config)#interface serial 0/0 R1(config-if)#encapsulation frame-relay R1(config-if)#ip address R1(config-if)#no shutdown

47 基础配置 1 主接口封装帧中继 (Inverse-ARP) PVC R /24 S0/1 S0/2 FR Switch /24 R2 R2 的配置如下 : R2(config)#interface serial 0/0 R2(config-if)#encapsulation frame-relay R2(config-if)#ip address R2(config-if)#no shutdown

48 基础配置 1 主接口封装帧中继 (Inverse-ARP) PVC R /24 S0/1 S0/2 FR Switch /24 R2 R1#show frame-relay map Serial0/0 (up): ip dlci 102(0x66,0x1860), dynamic, broadcast, CISCO, status defined, active R2#show frame-relay map Serial0/0 (up): ip dlci 201(0xC9,0x3090), dynamic, broadcast, CISCO, status defined, active

49 基础配置 2 主接口封装帧中继 ( 静态映射 ) PVC R /24 S0/1 S0/2 FR Switch /24 R2 R1 的配置如下 : R1(config)#interface serial 0/0 R1(config-if)#no frame-relay inverse-arp R1(config-if)#frame-relay map ip broadcast R1(config-if)#ip address R2 的配置如下 : R2(config)#interface serial 0/0 R2(config-if)#no frame-relay inverse-arp R2(config-if)#frame-relay map ip broadcast R2(config-if)#ip address !! 关闭 inverse-arp Broadcast 关键字为可选, 加上此关键字, 则该条 PVC 将具有 广播 的支持能力, 所谓的帧中继环境下的广播, 指的是向所有的 PVC 都发送一份数据的拷贝, 实现类似广播的操作

50 基础配置 2 主接口封装帧中继 ( 静态映射 ) PVC R /24 S0/1 S0/2 FR Switch /24 R2 R1#show frame-relay map Serial0/0 (up): ip dlci 102(0x66,0x1860), static, broadcast, CISCO, status defined, active

51 基础配置 3 主接口封装帧中继 (Hub&Spoke) R /24 S0/1 R / S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3

52 基础配置 3 主接口封装帧中继 (Hub&Spoke) Frame Relay Switch( 用路由器模拟 ) 的配置 : frame-relay switching interface Serial0/1 no ip address encapsulation frame-relay clock rate frame-relay intf-type dce frame-relay route 102 interface Serial0/2 201 frame-relay route 103 interface Serial0/3 301 interface Serial0/2 no ip address encapsulation frame-relay clock rate frame-relay intf-type dce frame-relay route 201 interface Serial0/1 102! interface Serial0/3 no ip address encapsulation frame-relay clock rate frame-relay intf-type dce frame-relay route 301 interface Serial0/1 103

53 帧中继的配置 (cont.) R /24 R1 的配置 : R /24 S0/ S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3 interface Serial0/0 ip address encapsulation frame-relay no frame-relay inverse-arp // 关闭 inverse-arp frame-relay map ip broadcast // 手工配置帧中继映射 frame-relay map ip broadcast

54 帧中继的配置 (cont.) R /24 R2 的配置 : R /24 S0/ S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3 interface Serial0/0 ip address encapsulation frame-relay no frame-relay inverse-arp frame-relay map ip broadcast

55 帧中继的配置 (cont.) R /24 R3 的配置 : R /24 S0/ S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3 interface Serial0/0 ip address encapsulation frame-relay no frame-relay inverse-arp frame-relay map ip broadcast

56 帧中继的配置验证 R /24 S0/1 R1#show interfaces serial 0/0 Serial0/0 is up, line protocol is up Hardware is M4T Internet address is /24 MTU 1500 bytes, BW 1544 Kbit, DLY usec, reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255 Encapsulation FRAME-RELAY, crc 16, loopback not set Keepalive set (10 sec) Restart-Delay is 0 secs R / S0/2 S0/3 Frame Relay switch LMI enq sent 182, LMI stat recvd 183, LMI upd recvd 0, DTE LMI up LMI enq recvd 0, LMI stat sent 0, LMI upd sent 0 LMI DLCI 1023 LMI type is CISCO frame relay DTE FR SVC disabled, LAPF state down Broadcast queue 0/64, broadcasts sent/dropped 0/0, interface broadcasts /24 R3

57 帧中继的配置验证 R /24 R /24 S0/ S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3 R1#show frame-relay map Serial0/0 (up): ip dlci 102(0x66,0x1860), static, broadcast, CISCO, status defined, active Serial0/0 (up): ip dlci 103(0x67,0x1870), static, broadcast, CISCO, status defined, active

58 帧中继的配置问题 R /24 R /24 S0/ S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3 完成上述配置后,R1 与 R2 之间,R1 与 R3 之间的通信就没有问题了 R2 与 R3 之间如何通信呢? R1 R2 R3 都无法 ping 通自己本地的接口, 为何?

59 帧中继环境中的动态路由协议问题 1 R R Frame Relay Cloud R3 问题 1: 帧中继是典型的 NBMA 网络, 也就是非广播多路访问网络, 并不支 持广播, 然而包括 RIP EIGRP OSPF 等在内的路由协议都需要组播或广 播的支持, 那么在帧中继环境下运行上述动态路由协议, 会否有问题?

60 帧中继环境中的动态路由协议问题 1 R R Frame Relay Cloud R3 帧中继虽不支持广播, 但是可以 模拟 广播的操作, 做法即是通过向所有 PVC 发送一份数据的拷贝 在建立 PVC 的时候, 通过 invers-arp 自动建立的映射, 默认就开启上述特性 ; 如果是手工配置映射, 则必须加上 broadcast 关键字

61 帧中继环境中的动态路由协议问题 1 R R Frame Relay Cloud R3 如果帧中继链路无法通过上述方法实现广播的支持能力, 那么可以借助动态 路由协议自身的特性来实现邻居建立或路由信息的交互, 例如单播更新等 此模块内容请见相应的专题课件

62 帧中继环境中的动态路由协议问题 2 R R Frame Relay Cloud R3 问题 2: 在 hub&spoke 拓扑环境中 ( 如上图 ), 距离矢量路由协议的运作会 遇到一个问题,R1 使用一个接口承载两条 PVC, 当 R1R2R3 运行距离矢量路 由协议时, 由于存在水平分割机制,R2,R3 将无法学习到对方的路由

63 帧中继环境中的动态路由协议问题 2 R R Frame Relay Cloud R3 解决办法 1: 可在 R1 的接口上关闭水平分割 解决办法 2: 使用 P2P 子接口建立 PVC

64 配置帧中继子接口 点到点 子端口看作是点到点的专线 ; 每一个点到点连接的子接口要求由自己的子网 ; 适用于星型拓扑结构 ; 点到多点 点子接口应用在 NBMA 网络, 因此它们无法解决水平分割所带来的问题 ; 由于使用的是单独的子网可以保存地址空间 ; 适用于 Partial-Mesh 和 Full-Mesh 拓扑结构中 ;

65 配置帧中继 P2P 子接口 被划分成两个子接口后, 分别与 R2 R3 建立 PVC 并运行动态路由协议, 那么前面提到的水平分割问题就可以迎刃而解 / /24 R S0/1 R1 的配置如下 : interface Serial0/0 no ip address encapsulation frame-relay! interface Serial0/0.12 point-to-point ip address frame-relay interface-dlci 102! interface Serial0/0.13 point-to-point ip address frame-relay interface-dlci 103 R / S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3

66 配置帧中继 P2MP 子接口 /24 R1 R1 的配置如下 : interface Serial0/0 no ip address encapsulation frame-relay! interface Serial0/0.123 multipoint ip address frame-relay map ip broadcast frame-relay map ip broadcast R /24 S0/ S0/2 S0/3 Frame Relay switch /24 R3

67 其他验证及查看命令 router# show frame-relay map 查看帧中继的映射条目 router# show frame-relay lmi [type number] 显示 LMI 的统计信息 router# show frame-relay pvc [type number [dlci]] 显示 PVC 的统计信息 router# debug frame-relay lmi router# clear frame-relay-inarp

68 学习沉淀成长分享 红茶三杯 :weibo.com/vinsoney Thank You

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