网络链路层之(2)PPP协议

网络链路层之(2)PPP协议

Author: Once Day Date: 2024年3月27日

一位热衷于Linux学习和开发的菜鸟，试图谱写一场冒险之旅，也许终点只是一场白日梦…

漫漫长路，有人对你微笑过嘛…

全系列文章可参考专栏: 通信网络技术_Once-Day的博客-CSDN博客。

参考文章:

• 《TCP/IP详解卷一》

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1. 概述

ppp是一个协议集合，包含三部分：

• 将IP数据报封装到串行链路的方法。

• 一系列的链路控制协议(Link Control Protocol,LCP)，用来建立、配置和测试数据链路连接。

• 以及NCP（网络控制协议），每一个协议支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层，DECnet，以及AppleTalk等。

PPP对物理层链路有最低要求，即必须支持双向操作，以及异步或同步操作。

ppp基本帧格式借用了HDLC的格式。

1999年公布的PPP over Ethernet（PPPoe）,工作在以太网中，可以把PPP帧在封装在以太网帧中。

1.1 参考RFC文档

PPP协议的相关RFC文档包括但不限于以下几个：

1. RFC 1661 - The Point-to-Point Protocol (PPP)：
   这是PPP协议的主要标准文档，描述了PPP的基本框架，包括封装格式、链路控制协议（LCP）以及协议的工作流程。它是理解PPP如何在两个点之间传输数据包的基础。
2. RFC 1662 - PPP in HDLC-like Framing：
   该文档描述了PPP如何在类似HDLC（高级数据链路控制）的帧中进行封装。它详细说明了帧的结构、透明传输和控制字符的使用方法。
3. RFC 1332 - The PPP Internet Protocol Control Protocol (IPCP)：
   这份文档定义了IPCP，即PPP的网络控制协议之一，用于在PPP连接上配置和测试IP参数，例如IP地址。
4. RFC 1994 - PPP Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP)：
   CHAP为PPP提供了一种认证机制，这份RFC文档详细阐述了CHAP的工作原理和实施方式。
5. RFC 1570 - PPP LCP Extensions：
   此RFC提供了LCP的一些扩展，包括对多链路聚合、回环检测和快速连接选项的支持。
6. RFC 2516 - A Method for Transmitting PPP Over Ethernet (PPPoE)：
   这份文档描述了PPPoE协议，它允许将PPP帧封装在以太网帧中，常用于DSL（数字用户线）互联网连接。

1.2 详细说明

PPP（Point-to-Point Protocol）是一种数据链路层通信协议，旨在建立直接连接两个网络节点的标准方法。PPP的设计初衷是为了在串行连接上封装网络层协议，这使得它在早期的拨号和ISDN互联网接入服务中得到了广泛应用。尽管如今宽带接入技术（如DSL和光纤）已经取代了传统的拨号服务，PPP仍然在某些宽带和VPN场景中扮演着重要角色。

PPP提供了几个重要的功能：

• 封装多种网络层协议：PPP能够封装IP、IPX等多种网络层协议，使其能够通过串行链路传输。
• 链路控制协议（LCP）：LCP用于建立、配置和测试数据链路连接。它提供了协商链路选项的功能，包括认证协议的选择、链路品质监控等。
• 认证：PPP支持多种认证机制，包括PAP（Password Authentication Protocol）和CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol），增强了连接的安全性。
• 多协议支持：PPP定义了一种扩展的网络控制协议（NCP）框架，允许对各种网络层协议进行特定的选项协商。

一次典型的PPP会话开始于两个节点之间的物理或虚拟连接，接着使用LCP来建立和配置数据链路。一旦LCP达成一致，认证阶段开始，节点可能需要通过PAP或CHAP等方式验证彼此的身份。随后，NCP会协商网络层协议的参数，比如分配IP地址。最后，数据开始通过已配置好的链路传输。

PPP的设计使其适用于多种场景，包括但不限于：

• 拨号网络：在拨号互联网接入时代，PPP是建立连接的标准手段。
• VPN连接：在某些类型的VPN实现中，PPP提供了在互联网上建立安全连接的机制。
• 宽带接入：如PPPoE（PPP over Ethernet），在DSL互联网接入中经常使用。

由于PPP的通用性和较高的安全性，它成为当时点对点通信的事实标准。即便在现代网络中，PPP的某些概念和机制仍然被应用于新的协议和网络架构中，显示出其设计的持久影响力。

当然，随着技术的发展，PPP在某些场合已被更高效、更安全的协议所替代，但在理解网络协议和网络历史的背景下，学习PPP依然具有重要意义。

2. 协议格式

2.1 帧格式

• 标志字段用于帧定界，即收尾两个0x7E字符。

• 地址和控制字段来自于HDLC协议，但在PPP中由于只有一个目的地和无需提供可靠服务。因此是固定的0xFF和0x03。该字段可通过地址和控制字段压缩(ACFC)的选项来省略他们。

• 协议字段表示后面的数据类型，因为数据可能来自于网络控制协议NCP或者链路控制协议LCP以及网络层协议IP等。0x0021是IP数据报，0xC021是LCP的数据。协议字段压缩PFC可以减少长度到1字节。

• 总信息长度MRU一般不超过1500。

• FCS检验序列一般采用CRC-CCITT多项式：

  $CRC-CCITT=X^{16}+X^{12}+X^5+1$

  默认为16位FCS，但可以通过LCP选项启用32位FCS。

异步传输采用字节填充：

• 转义字符定义为0x7D(01111101)

• 把数据段中出现的每一个0x7E字节转变成（0x7D，0x5E）序列

• 把数据段中出现的每一个0x7D字节转变成（0x7D，0x5D）序列

• 数据段中小于0x20的字符c，则改变成（0x7D，0x20+c）序列

同步传输时使用位填充（零比特填充）：

• 即SONET/SDH链路，一连串的比特连续传输。

• 扫描整个字段，只要有5个连续的1，立即填入一个0。即不会出现连续六个1的序列，0x7E（01111110）。

2.2 LCP操作过程

PPP协议的LCP分组：

代码字段给出了请求或响应的操作类型：

• 配置消息（开始基本配置，建立商定的选项）

• 终止消息（清除一条链路）

• 回送请求/应答消息（验证对方的操作）

• 放弃请求消息（用于性能测试，丢弃没有响应的分组）

• 标识和剩余时间消息（用于管理目的）

标识字段是有LCP请求帧的发送方提供的序列号，并随每个后续消息进行递增。

长度字段给出LCP分组的字节长度，这不是PPP协议的一部分。

2.3 PPP协议工作状态

• 在鉴别阶段可进行用户身份认证。

• NCP将根据网络层不同的协议进行配置，如IP协议将使用IP控制协议IPCP(IP Control Protocal)。

Once Day

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