ppp协议的原理

PPP协议

PPP是一种点到点的链路层协议,主要用于全双工的同步异步链路上进行点到点的数据传输。
PPP有以下优点:
1.PPP既支持同步传输又支持异步传输,而X.25、FR(Frame Relay)等数据链路层协议仅支持同步传输,SLIP仅支持异步传输。
2.PPP协议具有很好的扩展性,例如,当需要在以太网链路上承载PPP协议时,PPP可以扩展为PPPoE。
3.PPP提供了LCP(Link Control Protocol)协议,用于各种链路层参数的协商。
4.PPP提供了各种NCP(Network Control Protocol)协议(如IPCP、IPXCP),用于各网络层参数的协商,更好地支持了网络层协议。
5.PPP提供了认证协议:CHAP(Challenge-Handshake Authentication Protocol)、PAP(Password Authentication Protocol),更好的保证了网络的安全性。
6.无重传机制,网络开销小,速度快。

PPP包含两个组件:链路控制协议LCP和网络层控制协议NCP。
为了能适应多种多样的链路类型,PPP定义了链路控制协议LCP。LCP可以自动检测链路环境,如是否存在环路;协商链路参数,如最大数据包长度,使用何种认证协议等等。与其他数据链路层协议相比,PPP协议的一个重要特点是可以提供认证功能,链路两端可以协商使用何种认证协议来实施认证过程,只有认证成功之后才会建立连接。
PPP定义了一组网络层控制协议NCP,每一个NCP对应了一种网络层协议,用于协商网络层地址等参数,例如IPCP用于协商控制IP协议,IPXCP用于协商控制IPX协议等。

在这里插入图片描述

对于PPP链路建立过程的描述如下:
Dead阶段也称为物理层不可用阶段。当通信双方的两端检测到物理线路激活时,就会从Dead阶段迁移至Establish阶段,即链路建立阶段。
在Establish阶段,PPP链路进行LCP参数协商。协商内容包括最大接收单元MRU、认证方式、魔术字(Magic Number)等选项。LCP参数协商成功后会进入Opened状态,表示底层链路已经建立。
多数情况下,链路两端的设备是需要经过认证阶段(Authenticate)后才能够进入到网络层协议阶段。PPP链路在缺省情况下是不要求进行认证的。如果要求认证,则在链路建立阶段必须指定认证协议。认证方式是在链路建立阶段双方进行协商的。如果在这个阶段再次收到了Configure-Request报文,则又会返回到链路建立阶段。
在Network阶段,PPP链路进行NCP协商。通过NCP协商来选择和配置一个网络层协议并进行网络层参数协商。只有相应的网络层协议协商成功后,该网络层协议才可以通过这条PPP链路发送报文。如果在这个阶段收到了Configure-Request报文,也会返回到链路建立阶段。
NCP协商成功后,PPP链路将保持通信状态。PPP运行过程中,可以随时中断连接,例如物理链路断开、认证失败、超时定时器时间、管理员通过配置关闭连接等动作都可能导致链路进入Terminate阶段。
在Terminate阶段,如果所有的资源都被释放,通信双方将回到Dead阶段,直到通信双方重新建立PPP连接。

在这里插入图片描述PPP采用了与HDLC协议类似的帧格式:
Flag域标识一个物理帧的起始和结束,该字节为二进制序列01111110(0X7E)。
PPP帧的地址域跟HDLC帧的地址域有差异,PPP帧的地址域字节固定为11111111 (0XFF),是一个广播地址。
PPP数据帧的控制域默认为00000011(0X03),表明为无序号帧。
帧校验序列(FCS)是个16位的校验和,用于检查PPP帧的完整性。
协议字段用来说明PPP所封装的协议报文类型,典型的字段值有:0XC021代表LCP报文,0XC023代表PAP报文,0XC223代表CHAP报文。
信息字段包含协议字段中指定协议的数据包。数据字段的默认最大长度(不包括协议字段)称为最大接收单元MRU(Maximum Receive Unit),MRU的缺省值为1500字节。
如果协议字段被设为0XC021,则说明通信双方正通过LCP报文进行PPP链路的协商和建立:
Code字段,主要是用来标识LCP数据报文的类型。典型的报文类型有:配置信息报文(Configure Packets: 0x01),配置成功信息报文(Configure-Ack: 0X02),终止请求报文(Terminate-Request:0X05)。
Identifier域为1个字节,用来匹配请求和响应。
Length域的值就是该LCP报文的总字节数据。
数据字段则承载各种TLV(Type/Length/Value)参数用于协商配置选项,包括最大接收单元,认证协议等等。

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