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1 點對點協議PPP（Point-to-Point Protocol）


PPP(Point-to-Point Protocol)，鏈路層協議。PPP是為了在點對點物理鏈路(例如RS232串口鏈路、電話ISDN線路等)上傳輸OSI模型中的網絡層報文而設計的，它改進了之前的一個點對點協議-SLIP協議–只能同時運行一個網絡協議、無容錯控制、無授權等許多缺陷，PPP是現在最流行的點對點鏈路控制協議。這種連接提供了同時的雙向的全雙工操作，并且假定數據包是按順序投遞的。PPP連接提供了一種廣泛的解決辦法，方便地將多種多樣不同的值作為最大接收單元的值。

幀格式與HDLC相似，不同的是PPP是面向字符，HDLC是面向位的。PPP屬于廣域網范疇，MAC是局域網范疇，按實際情況和環境就選用不同的協議，PPP支持的網絡結構只能是點對點，MAC支持多點對多點。 這類廣域網協議，其幀的結構與以太網的完全不同，當然，PPPOE除外，因為PPPOE是基于以太網上的，而其它的如PPP，FR，X.25等卻并不是。 PPP協議是目前廣域網上應用最廣泛的協議之一，它的優點在于簡單、具備用戶驗證能力、可以解決IP分配等。

1.1 PPP協議功能

(1) 簡單：在同一條物理鏈路上進行點對點的數據傳輸，對數據鏈路層的幀不進行糾錯，不需要序號，不需要流量控制。


(2) 封裝成幀：加入幀界定符。


(3) 透明性：字節填充法。


(4) 多種網絡層協議：在同一條物理鏈路上同時支持多種網絡層協議（如IP和IPX等）的運行。


(5) 多種鏈路類型：PPP必須能夠在多種類型的鏈路上運行，例如串行或并行鏈路。


(6) 差錯檢測：接收方收到一個幀后進行CRC檢驗，若正確就收下這個幀，反之則丟棄。


(7) 檢測連接狀態：自動檢測鏈路是否處于正常工作狀態。

1.2 PPP協議組成

(1) 提供一個將IP數據報封裝到串行鏈路的方法。IP數據報在PPP幀中就是信息部分，長度受最大傳送單元MTU的限制。PPP支持異步鏈路（無奇偶校驗的8比特數據）和面向比特的同步鏈路。


(2) 鏈路控制協議LCP（Link Control Protocol）


當線路不再需要時，挑出這些線路，測試它們，商議選擇，并仔細地再次釋放鏈路控制協議。


(3) 一套網絡控制協議NCP（Network Control Protocol）


其中每一個協議支持不同的網絡層協議，如IP、OSI的網絡層等。


(4) 認證協議


最常用的包括口令驗證協議PAP（Password Authentication Protocol）和挑戰握手驗證協議CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。

1.3 PPP幀格式

(1) 首部



字段
長度
說明
F
1字節
標志字段F，固定為0x7E，標志一個幀的開始或結束。連續2個幀之間只需要一個標志字段，如果出現連續兩個標志字段，表示這是一個空幀。
A
1字節
地址字段A是固定不變的，為0xFF。
C
1字節
控制字段C是固定不變的，為 0x03。
協議
2字節
協議字段不同，后面信息部分表示的數據類型不同。
 
0x0021——信息字段是IP數據報
0xC021——信息字段是鏈路控制數據LCP
0x8021——信息字段是網絡控制數據NCP
0xC023——信息字段是安全性認證PAP
0xC025——信息字段是LQR
0xC223——信息字段是安全性認證CHAP



(2) 信息部分


長度不超過1500字節 。



(3) 字節填充法


(a) 當信息字段中出現0x7E時，將每一個0x7E字節轉變成2字節序列（0x7D，0x5E）。


(b) 若信息字段中出現一個0x7D的字節，則將其轉變成2字節序列（0x7D，0x5D）。


(c) 若信息字段中出現ASCII碼的控制字符(即數值小于0X20的字符)，則該字符前面需要加入一個0x7D字節，同時將該字符的編碼加以改變(+20)。例如，出現0x03，就要把它轉為2字節序列(0x7D，0x23)


(4) 0比特填充法


PPP協議用在SONET/SDH鏈路時，使用同步傳輸（一連串的比特連續傳送），此時使用0比特填充法。


(a) 在發送端掃描整個信息字段，當有5個1連續出現時，立即填入一個0，保證信息字段中不會出現6個連續1。


(b) 在接收端刪除連續5個1后面的0。

(5) 尾部


FCS：使用CRC的幀校驗序列。



2 PPP協議的工作狀態

PPP通訊是兩個端點之間的通訊，每一端必須首先發送LCP packets數據來設定和測試數據鏈路，當鏈路建立后，peer才可以被認證，認證完成后，再通過發送NCP packets來選定網絡層協議，這些后續的通訊就可以在網絡層進行了。


具體的過程如下：


序號
狀態
說明

1
鏈路靜止狀態
鏈路一定開始并結束于這個階段。當一個外部事件（例如載波偵聽或網絡管理員設定）指出物理層已經準備就緒時，PPP將進入鏈路建立階段。在這個階段，LCP自動機器將處于初始狀態，向鏈路建立階段的轉換將給LCP自動機器一個UP事件信號。

2
鏈路建立狀態
LCP用于交換配置信息包（Configure packets），建立連接。一旦一個配置成功信息包（Configure-Ackpacket）被發送且被接收，就完成了交換，進入了LCP開啟狀態。所有的配置選項都假定使用默認值，除非被配置交換所改變。有一點要注意：只有不依賴于特別的網絡層協議的配置選項才被LCP配置。在網絡層協議階段，個別的網絡層協議的配置由個別的網絡控制協議（NCP）來處理。在這個階段接收的任何非LCPpackets必須被silentlydiscarded（靜靜的丟棄）。收到LCPConfigure-Request（LCP配置要求）能使鏈路從網絡層協議階段或者認證階段返回到鏈路建立階段。

3
認證階段
在一些鏈路上，在允許網絡層協議packets交換之前，鏈路的一端可能需要peer去認證它。認證是不需要強制執行的。如果一次執行希望peer根據某一特定的認證協議來認證，那么它必須在鏈路建立階段要求使用那個認證協議。應該盡可能在鏈路建立后立即進行認證。鏈路質量檢查可以同時發生。在認證完成之前，禁止從認證階段前進到網絡層協議階段。如果認證失敗，認證者應該躍遷到鏈路終止階段。
 
在這一階段里，只有鏈路控制協議、認證協議，和鏈路質量監視協議的packets是被允許的。在該階段里接收到的其他的packets必須被靜靜的丟棄。

4
網絡層協議階段
一旦PPP完成了前面的階段，每一個網絡層協議（例如IP，IPX，或AppleTalk）必須被適當的網絡控制協議（NCP）分別設定。比如，NCP可以給新接入的PC機分配一個臨時的IP地址，這樣PC機就成為Internet上一個主機了。每個NCP可以隨時被打開和關閉。當一個NCP處于Opened狀態時，PPP將攜帶相應的網絡層協議packets。當相應的NCP不處于Opened狀態時，任何接收到的被支持的網絡層協議packets都將被靜靜的丟棄。

5
鏈路終止階段
PPP可以在任意時間終止鏈路。引起鏈路終止的原因很多：載波丟失、認證失敗、鏈路質量失敗、空閑周期定時器期滿、或者管理員關閉鏈路。LCP用交換Terminate（終止）packets的方法終止鏈路。當鏈路正被關閉時，PPP通知網絡層協議，以便他們可以采取正確的行動。交換Terminate（終止）packets之后，執行應該通知物理層斷開，以便強制鏈路終止，尤其當認證失敗時。Terminate-Request（終止-要求）的發送者，在收到Terminate-Ack（終止-允許）后，或者在重啟計數器期滿后，應該斷開連接。收到Terminate-Request的一方，應該等待peer去切斷，在發出Terminate-Request后，至少也要經過一個Restarttime（重啟時間），才允許斷開。PPP應該前進到鏈路死亡階段。在該階段收到的任何非LCPpackets，必須被靜靜的丟棄。