华为、华三、思科高级网络工程师必经之路(4)我们的爱如同TCP连接，始终可靠，永不掉线——P2P、HDLC、MA网络保姆级别详解
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上节回顾
网络类型及数据链路层协议
1.MA网络
1.1 数据链路层的基本概念
1.2. 以太网协议概述
1.3. 以太网帧结构
上图所关键键字段说明：
1.4. 基于MA网络的介质访问控制（MAC）
补充常见访问媒介出现冲突问题的MA协议类型
CSMA/CD重点盘点一下 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
1.5. 以太网的工作流程
1.6. 以太网的演变与现代应用
2.P2P网络
2.1P2P网络的核心特点包括：
2.2P2P网络的应用
3.HDLC---高级数据链路控制协议
3.1. HDLC协议的基本概述
关键特性：
编辑
3.2. HDLC的帧结构
3.3. HDLC的帧类型
3.4. HDLC的工作原理
3.5. HDLC的应用
3.6. HDLC的优缺点
4.盘点一下DHLC的接口地址借用
4.1DHLC的接口地址借用配置命令
网络类型及数据链路层协议
1.MA网络
1.1 数据链路层的基本概念
在OSI模型中，数据链路层（Data Link Layer）是第二层，位于物理层（第一层）之上。它的作用是确保数据的可靠传输，并提供错误检测与纠正、帧定界、流量控制等功能。在局域网（如以太网）中，数据链路层的协议负责在同一网络中不同设备之间传输数据帧。
数据链路层协议将网络层（如IP协议）传输的分组（Packets）封装为帧（Frames），并确保这些帧能够无误地传输到目标设备。
1.2. 以太网协议概述
以太网协议是数据链路层协议的一种实现。它通过使用MAC（Media Access Control）地址来唯一标识网络中的设备，并利用**CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）**机制来控制设备之间对共享通信媒介的访问。
MAC地址：每个以太网设备都有一个唯一的物理地址，通常为48位二进制数，通常用12个十六进制数字表示。MAC地址用于标识设备，并确保数据帧能够发送到正确的目标设备。
CSMA/CD：这是以太网在共享媒介上的接入控制方法。通过CSMA/CD机制，设备在发送数据之前会先“监听”网络（Carrier Sense），确保没有其他设备在发送数据。如果网络处于空闲状态，设备便开始发送数据；如果发生冲突（Collision），设备会停止发送，并在随机的延迟后重新尝试。
1.3. 以太网帧结构
以太网帧是数据链路层传输的基本单元，其结构如下：
字段 长度 (字节) 描述 前导码 7 用于同步发送和接收设备的时钟，确保帧的开始。 帧开始定界符 1 指示数据帧的开始。 目标MAC地址 6 目的设备的MAC地址。 源MAC地址 6 发送设备的MAC地址。 类型 2 标识帧中数据的协议类型（如IPv4、IPv6等）。 数据 46-1500 包含实际传输的数据，最小长度46字节，最大长度1500字节。 CRC校验码 4 用于检测传输中的错误。 上图所关键键字段说明：
前导码和帧开始定界符（Preamble & Start Frame Delimiter）： 前导码包含7个字节，用于让接收方的接收设备同步其时钟，确保正确接收数据。帧开始定界符标识数据帧的起始位置。
目标和源MAC地址（Destination & Source MAC Address）： 以太网使用48位的MAC地址来标识设备。目标MAC地址用于指定接收设备，而源MAC地址表示发送设备。
类型（Type）： 该字段表示帧中承载的数据类型（如IPv4、ARP等），指示上层协议的数据类型，通常是2个字节的字段。
数据（Data）： 这是帧中的有效载荷，携带实际的数据。以太网标准规定数据字段的最小长度为46字节，最大长度为1500字节。
CRC校验码（Cyclic Redundancy Check）： 这是一个4字节的字段，用于检测数据在传输过程中是否出现了错误。接收方会计算数据的CRC值，并与发送方传输的值进行对比。如果两者不匹配，表示数据帧出现了错误，需要丢弃该帧并请求重传。
1.4. 基于MA网络的介质访问控制（MAC）
- 在以太网中，**多点接入（Multiple Access，MA）指的是多个设备共享同一传输媒介（例如同一条物理线路）。为了管理这种共享，网络采用了介质访问控制（MAC）**机制。
补充常见访问媒介出现冲突问题的MA协议类型
CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）：在传统的以太网中，使用CSMA/CD协议来管理节点对共享媒介的访问。设备在发送数据之前先监听信道是否空闲，如果空闲则发送数据，否则等待。若发生碰撞，设备会重新尝试发送。
CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）：在无线网络中，使用CSMA/CA协议来避免碰撞，尤其是因为无线信号的传播特性更复杂，无法像有线网络那样容易检测到碰撞。
TDMA（时分多址）：在TDMA协议中，时间被划分为多个时隙，每个节点在指定的时隙中传输数据，避免了节点之间的冲突。
FDMA（频分多址）：频谱被划分为多个频带，每个节点在不同的频带上传输数据，避免了冲突。
CDMA（码分多址）：每个节点使用独特的编码来在同一频带上并行传输数据，避免冲突。
现代以太网网络（如全双工以太网）不再使用CSMA/CD机制，因为全双工网络允许同时发送和接收数据，从而避免了以及可以通过交换机（Switch）来分隔各个设备的通信流冲突。
CSMA/CD重点盘点一下 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
以太网使用CSMA/CD协议来控制多个设备如何在同一时间共享传输媒介，避免发生冲突。
Carrier Sense（载波侦听）：在发送数据之前，设备会先“侦听”网络，看是否已有设备在传输数据。如果网络空闲，设备就开始发送数据。
Multiple Access（多点接入）：多个设备可以同时访问网络，但必须遵循一定的规则来避免冲突。
Collision Detection（碰撞检测）：如果两台设备同时发送数据，会发生碰撞。碰撞发生后，设备会停止发送数据，并在随机的时间后重新发送数据。
CSMA/CD工作流程：
- 设备开始发送之前，先监听媒介，确保网络空闲。
- 如果媒介空闲，设备开始发送数据。
- 如果两个设备同时发送数据，发生冲突。设备通过检测冲突信号知道发生了碰撞。
- 在检测到碰撞后，设备立即停止发送数据，并等待一个随机的时间间隔后重新尝试发送数据。
1.5. 以太网的工作流程
以太网协议的工作流程可以概括为以下几个步骤：
- 帧的生成：当上层协议（如IP协议）需要传输数据时，数据会被封装成以太网帧。
- 介质访问控制：发送方设备会检查共享媒介是否空闲（Carrier Sense），并通过CSMA/CD协议来决定是否可以发送数据。
- 数据传输：当媒介空闲时，设备开始发送数据帧，数据通过共享媒介传输到目标设备。
- 接收与解封装：接收方设备接收到数据帧后，检查目标MAC地址是否与自身匹配，如果匹配则提取数据并交给上层协议处理。如果存在传输错误，设备会丢弃数据帧，并请求重传（如在以太网中通常由上层协议处理重传请求）。
1.6. 以太网的演变与现代应用
自从以太网协议推出以来，随着技术的发展，它也经历了多次演变，以应对更高的数据传输需求。比如：
- 10BASE-T：最早的以太网标准，传输速率为10 Mbps。
- 100BASE-TX（Fast Ethernet）：传输速率提升至100 Mbps。
- 1000BASE-T（Gigabit Ethernet）：传输速率提升至1 Gbps。
- 10GBASE-T（10 Gigabit Ethernet）：传输速率提升至10 Gbps及更高。
2.P2P网络
- 当一个网络中只能存在两台设备，并且不允许第三台设备加入，这样的网络被称为P2P网络。
2.1P2P网络的核心特点包括：
- 对等性：每个节点都有相同的能力和角色，所有设备都可以互相提供服务，不存在主从关系。
- 去中心化：P2P网络不像传统的客户端-服务器（C/S）模型那样依赖于一个中心服务器。网络中的每个节点都可以直接与其他节点通信。
- 动态性：网络中的节点可以随时加入或退出，网络拓扑会根据节点的加入或离开动态变化。
2.2P2P网络的应用
- 文件共享：如BitTorrent协议，它允许用户直接与其他用户交换文件，而无需依赖中心化的服务器。
- 分布式计算：如SETI@home和Folding@home等，多个计算机协作完成计算任务。
- 去中心化通信：如区块链技术中的点对点通信和分布式账本，去除了中介节点，数据直接在参与节点之间传输。
- VoIP和视频会议：如Skype，它基于P2P架构实现点对点的语音和视频通信。
3.HDLC---高级数据链路控制协议
3.1. HDLC协议的基本概述
背景：
- HDLC最初是由ISO（国际标准化组织）定义的，旨在标准化数据链路层的通信。它用于在同步通信的环境中传输数据，广泛应用于广域网（WAN）通信、局域网（LAN）以及其他网络环境中。HDLC能够提供高效、可靠的传输服务，并且支持不同类型的物理媒体。
标准的HDLC-----ISO组织 非标的HDLC-----各厂商根据标准协议魔改而成 两者互不兼容思科公司采用的串线协议默认为HDLC协议。
[r1-Serial1/0/0]link-protocol hdlc ----修改串口接口的数据链路层协议为非标准的HDLC关键特性：
- 同步通信：HDLC基于时钟同步方式进行通信，数据的传输不依赖于任何特定的传输时序。
- 全双工：HDLC支持全双工通信，即数据可以在两个方向上同时传输。
- 可靠性：HDLC采用帧结构来封装数据，提供了错误检测和数据重发机制，从而保证数据的可靠传输。
3.2. HDLC的帧结构
HDLC协议将数据分为不同的“帧”进行传输。HDLC帧的结构非常简单，通常包括以下几部分：
帧起始标志（Flag）：
- 每个HDLC帧的开头和结尾都有一个特殊的比特模式
01111110（0x7E），称为帧起始标志（Flag）。- 这个标志用于标识帧的开始和结束，同时也帮助接收方分辨数据流中的边界。
地址字段（Address Field）：
- 地址字段用于指定接收方的地址。HDLC协议在点对点连接中使用单个地址，而在多点连接中则使用广播或组播地址。
- 地址字段的长度取决于实现，通常是1个字节。
控制字段（Control Field）：
- 控制字段用于指示帧的类型和控制信息。在HDLC中，控制字段有三种类型的帧：
- 信息帧（I-frame）：用于传输实际的数据。
- 监督帧（S-frame）：用于控制和管理数据传输（如请求重传）。
- 未编号帧（U-frame）：用于链路管理和设备控制。
- 控制字段的结构取决于帧类型。
信息字段（Information Field）：
- 信息字段用于承载实际传输的数据（在I-frame中）。它的长度可以变化，通常没有固定的大小，直到到达链路的最大传输单位（MTU）为止。
CRC（Cyclic Redundancy Check）：
- CRC字段用于错误检测。它通常是一个16位或32位的校验和，用于检测传输过程中是否发生了错误。
- 接收方在接收到数据后，通过重新计算CRC来验证数据的完整性。
帧结束标志（Flag）：
- 和帧起始标志相同，帧结束时也有一个
01111110的标志，指示帧的结束。
3.3. HDLC的帧类型
HDLC协议定义了三种类型的帧，分别用于不同的通信目的：
信息帧（I-frame，Information frame）：
- 用于传输用户数据（有效载荷）。它负责承载上层传输的数据，并且包含序列号，用于支持数据的有序传输和确认。
- I-frame包含数据字段、控制信息、序列号（发送和接收）以及CRC校验。
监督帧（S-frame，Supervisory frame）：
- 用于链路控制，如流量控制、错误恢复、帧确认等。它不承载用户数据。
- 主要用于请求重发数据或确认接收到的数据。
- 常见的监督帧有：
- RR（Receive Ready）：通知接收方准备接收数据。
- REJ（Reject）：用于请求重新传输丢失的数据。
- RNR（Receive Not Ready）：表示接收方暂时不能接收数据。
未编号帧（U-frame，Unnumbered frame）：
- 用于链路的控制和管理。它们不带序列号，主要用于链路建立、管理和释放。
- 常见的U-frame包括：
- SABM（Set Asynchronous Balanced Mode）：请求建立连接。
- DISC（Disconnect）：请求断开连接。
- UA（Unnumbered Acknowledgement）：用于确认连接的建立。
3.4. HDLC的工作原理
HDLC协议工作在数据链路层，通过帧的发送与接收来完成数据传输。其工作过程大致如下：
- 链路建立：在通信开始之前，通过U-frame（如SABM）建立链路。
- 数据传输：数据以I-frame的形式进行传输，发送方将数据帧发送到接收方，接收方通过CRC验证数据的完整性。
- 确认和重传：如果接收方发现数据有错误（通过CRC检测），则使用REJ帧请求重传。如果接收方成功接收到数据，则通过RR帧发送确认。
- 链路断开：数据传输完成后，可以通过DISC帧断开连接。
3.5. HDLC的应用
HDLC协议非常适合于同步传输，它已被广泛应用于各种通信环境中，包括：
- 广域网（WAN）：例如在ISDN、X.25和Frame Relay等协议中，HDLC常用作数据链路层协议。
- 局域网（LAN）：虽然以太网协议更为常见，但HDLC也被用于一些特定的网络中。
- 无线通信：某些无线通信标准也使用HDLC作为数据链路层的基础协议。
- 数据交换：在许多企业网络中，HDLC常用于点对点连接的设备之间的可靠数据交换。
3.6. HDLC的优缺点
优点：
- 高效性：HDLC能够提供同步传输，使得数据传输速度较高。
- 可靠性：提供错误检测、流量控制和重传机制，确保数据传输的可靠性。
- 灵活性：支持点对点和多点通信，适应不同的网络结构。
- 标准化：作为国际标准，HDLC具有广泛的兼容性。
缺点：
- 复杂性：由于需要错误检测、流量控制、序列号和重传机制，HDLC的实现较为复杂。
- 开销大：HDLC在帧头部分需要占用较多的比特，导致每个数据单元的传输开销较大。
4.盘点一下DHLC的接口地址借用
- 建议使用环回接口作为被借用的接口，原因在于该接口为虚拟接口，总是处于活跃状态，可以提供稳定可用的IP地址信息。
- 接口地址借用可以避免一个物理接口长时间独自占用一个IP地址，节省IP地址资源。
- 在点到点网络中，IP地址一般使用32位掩码
4.1DHLC的接口地址借用配置命令
[r2]interface LoopBack 0
[r2-LoopBack0]ip address 1.1.1.1 32
[r2]interface Serial 1/0/0
[r2-Serial1/0/0]ip address unnumbered interface LoopBack 0 ---借用环回接口的IP地址作为串口的
IP
[r1]ip route-static 1.1.1.1 32 Serial 1/0/0
[r2]ip route-static 12.0.0.1 32 Serial 1/0/0
