浅析路由器基础配置及数据传输HDLC与PPP协议比较

浅析路由器基础配置及数据传输HDLC与PPP协议比较

    以下，我们将从两方面对路由器作一个简要的分析：即如何在实验中搭建一个最简单的网络环境，并在其配置中常会碰到的情况及相对应的解决方法；以及对在网际中的数据传输中应用不同的数据封装协议（HDLC与PPP）、链路压缩进行传输速率的比较。

路由器配置及网络搭建

    要组建一个网络，就须在应用中对网络结构要有一个很清晰的了解，而在物理上的正确连接、路由器中的分配IP地址、广域网路由协议的选择及局域网的接入等都是在实际应用中必需十分注意的。以下则是我们经过实验总结出来的使整个网络运行起来的三个主要方面。

    一、网间的物理连接

    在我们的实验环境中，运用了最简单的点对点环境，通过一对MODEM把两台路由器的广域网口连接起来进行数据传输。MODEM间连接双绞线(直通线) ，还要给予线路传输的带宽。而在局域网口,路由器直接与一台微机相连。但在实际的应用中，往往并不单单是两台路由器相连，或要多台路由器、交换机、集线器等。这要视网络结构来对网络设备的数量、位置，根据环境和要求进一步考虑。

    二、路由器的配置

    因为今天的路由器所包含的已不仅仅是对数据转发与路由转换的概念，它还可以实现多种意义和功能，如：安全限制、流量控制等。所以，在此我们只是简要介绍一下实现其原始功能的几个步骤。首先，进入端口模式，给予每个广域网口及以太网口一个IP地址与相应的地址掩码。其次，在广域网口要设置带宽与数据的链路传输封装协议(在实验中我们分别使用了HDLC及PPP协议)。最后，要配置路由协议，在大型的网络中，可选用的有很多不同的协议(静态路由、动态的OSPF、EIGRP)。而我们则选用的是CISCO的专有动态路由协议EIGRP。

    三、用户终端的设定

    为了实验的简便，为此我们只在以太网内放置了一台微机与以太网口相连。从以太口接出的所有设备都必须要对其指定一个IP地址且是与路由器的以太网口同一网段的，同时以路由器的以太网口为网关，才能保证以太网与外网段正常交换信息。

    经过上面的三点配置，这个实验网络就能运行起来。利用PING命令即可检测两台微机间是否能正常通信。但在实验的过程中，在以上的每一个方面中,还有很多需要注意的小地方。以下即是我们在实验当中所得的几点体会。

    一.广域网中连接的ASCOM是智能的，因此在连接后等待两个MODEM的时钟同步后即可进行通信。但需要注意的是在此对MODEM中会自定义一主一从或手工设定也可，当主MODEM改变传输的速率时，链路自动断开，从MODEM会与主MODEM进行时钟重同步以新设定的速率通信。

    二.在路由器的端口状态检查中，当接口与下联设备连接，端口为UP；当下联设备处于开启状态，而且连接的链路协议也配置完成，端口的协议状态才会呈现UP。

    三.配置路由协议时，如果协议还没有起来，检查路由器的状态则是所有端口都是UP，但链路却不通。这是由于路由器没有把下连设备的路由信息传给上连路由器的路由表，数据转发时就只能通过上连路由器的路由表找到直接相连的网段却找不到下一跳相连的网段地址。只有在协议正常运行后，路由器通过路由协议学习到网络中的路由，才能把得到的数据对其下一跳进行转发。还要注意起用路由协议时，网络号的指定是指运用此路由协议的整个网络。

    四.路由器广域网的数据链路层封装协议要同步，就是收发数据必须用同一种封装协议，否则广域网口会丢掉与接口封装类型不相同的数据包，导致链路的不通。

    五.由于微机与路由器的接口属于同类网络接入设备，要用反双绞线(交叉线)进行连接。同样的情况还有交换机与集线器的相连。也可以通过端口的标识判定。同种标识则用交叉线，反之，用直通线。

数据的传输

    网络本身的意义就在于它能使信息更快，更便捷的传送到网络所覆盖的整个区域范围，从而实现信息化和全球化的时代要求。但信息的传送必须要得到正确、完整的保证。在计算机通信的早期人们就已发现，对于经常产生误码的实际链路，只要加上合适的控制规程，就可以使通信变为比较可靠的。这些规程演变到现在，成为网际间的数据传输封装协议有HDLC、PPP、ATM、帧中继等。于是，在两台微机可以在这个实验网络通信后，我们不但对HDLC与PPP进行了传输速率，还用CISCO路由器分别在这两种协议下的加压缩与不加压缩时的状态做了一个比较。

用于测试传输速度的软件是5.58M的一个注册表文件，使用FTP进行数据传输。传输过程应用了二进制算法和HASH排序，得出的结果在下表中列出。

    从实验的结果，可以看出在同样的网络环境中，HDLC与PPP相比，在正常的情况下，PPP要稍快一点。在加压缩后，两协议都明显要比未压缩前要快。这是什么原因呢？那么就从他们的结构开始说起吧。

    HDLC（High-level Data Link Control），高级数据链路控制。前身是面向比特的规程SDLC，后经ISO修改才称为HDLC的。在CISCO的路由器中，HDLC是默认的传输协议，与普通的HDLC的结构相似，为此，我们就以普通的HDLC对其结构进行分析。

    HDLC的帧结构

    数据链路层的数据是以帧为单位的。一个帧的结构具有固定的格式。标志字段F(Flag )，放在帧的开头和结尾，作为帧的边界，用于解决比特同步的问题。帧校验序列FCS(Frame Check Sequence)字段共占16bit，它采用的生成多项式是CRC-CCITT。所检验的范围是从地址字段的第1个比特起，到信息字段的最末1个为止。控制字段C共8bit。HDLC的许多重要功能都要靠控制字段来实现。

    PPP的帧格式和HDLC的相似。与HDLC不同的是多了2个字节的协议字段。当协议字段为0x0021时，信息字段就是IP数据报。若为0xC021，则信息字段是链路控制数据，而0x8021表示这是网络控制数据。PPP不提供使用序号和确认的可靠传输。PPP工作在网络层与数据链路层中，包括NCP与LCP协议。NCP是在第三层用于局域网中的多协议封装，LCP用于第二层的广域网链路控制协议。

    从两者的结构上来看，PPP有比HDLC更复杂的控制机制，处理的时候需要的时间相对要多些。从通信的连接来看，HDLC在连接与断开时采取的是双方握手协议；PPP使用的是一个鉴别认证机制，双方通过连接，然后协商，身份的鉴别，LCP的配置，打开通信到通信结束，完成整个过程。所以在整个测试中，PPP在链路的连接到数据的处理，所耗费的时间都要比HDLC要多。特别在大行的数据传输时，更能体现出HDLC的传输速度。但PPP在安全方面却比HDLC要更胜一筹，其身份验证可以根据安全的要求对所有接收的数据进行检测，通过鉴定后才会把数据接收转发否则丢弃掉。因此，对两协议的选用可视传输的要求来考虑。（以下分别是两协议的通信链路连接状态图）

    此外，我们对两种协议进行了链路的压缩传送。结果，在速度方面，两者都有了显著的提高。其实，所谓的压缩也就是对传输实体进行的，对包头和负载的压缩。链路压缩并不是指单单一个特别的协议功能，而CISCO就提供了两种专用于路由器传输数据的压缩算法----Stac与Predictor。但在HDLC结构中，Stac是唯一的选择。STAC对数据的压缩实际上是通过对一些多余字串的数据流用特定的标记替代，而这些带有信息量的标记都是明显短于所替代的数据流的。如果算法在数据中不能找到可以替代的字串，那么将不会有压缩的情况发生，或者在传输中就像压缩功能没有被激活一般。在一些应用中，例如是在发送加密数据时，压缩就只会增加传输的开销，所以在这类情况中，是不会对原始传输进行修改。而且Stac压缩算法对占用CPU的资源有较高要求，往往不被采用于高CPU利用率的路由器中。Predictor压缩算法就如其名字一般。这一CISCO优先算法是通过尝试从一个操作检索系统中预测出即将到来的特征数据序列，而这个系统就是基于压缩字典生成的。何为压缩字典，其实它就是一本由众多可能出现的数据序列组合成的编码书。如果一个特征数据流在此字典中被发现，且与字典中的其中一条目完全吻合，那么，此字典条目将会用来替代数据流。得出的条目包含的是更小更短的特征序列。在远端，这些特征将会与数据字典再次做一个对比进行解码。数据流就会被找出及用合适的信息替换。Predictor压缩算法就如形体语言一般，利用一个手势即可表达整个的句子与含义（压缩），远比拼出由一个个单独的词语所组成的句子与含义（无压缩）来得简单。因为所有的群体对手势语言都能理解，所以相互间能够很好的沟通。相反，当其中一人在交流时包含了一个未知的形体语言，那么相互间的沟通将不会产生。在压缩中同样会出现缺少交流的情况。如在一方选用了压缩算法，那么在另一方也必须使用。（需要注意的是，两端所使用的算法必须一致。）Stac是高CPU占用，而Predictor却是极端的高内存占用。因此，如果路由器没有配备大容量的RAM，那就想也别想实行Predictor算法。但如果RAM充足的话，使用Predictor也是一个不错的选择。

   因为上述实验在一个理想化的网络环境中进行，并受到条件和设备等限制，测试得出的数据并不能在所有环境中适用。我们的水平有限，经验尚浅，本文的不足之处，还望同行多予指点。