接入网技术课程论文-PPP协议技术与应用

接入网技术课程论文论文题目PPP协议技术与应用姓名学号xxxx指导老师xxxxx目录1PPP概念 012PPP简介 013PPP分层架构 013.1PPP架构 013.2PPP架构：链路控制协议层 023.3PPP架构：网络控制协议层 034PPP帧的结构 035建立PPP会话 046使用LCP建立链路 056.1LCP操作 056.2LCP分组 066.3PPP配置选项 077NCP详解 088PPP配置选项 099PPP协议的应用 101PPP概念PPP（Point-to-PointProtocol点到点协议）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。）。2PPP简介PPP是什么PPP封装经过仔细设计，能够与最常用的支持硬件兼容。PPP对数据帧进行封装以便通过物理链路进行传输。PPP使用串行电缆、电话线、中继线、手机、专用无线链路或光纤链路建立直接连接。PPP有很多优点，其中之一是它不是专用的。另外，它包含HDLC没有的很多功能：链路质量管理功能监视链路的质量。如果检测到过多的错误，PPP将关闭链路；PPP支持PAP和CHAP身份验证。PPP包含3个主要组成部分：1）用于在点到点链路上封装数据报的HDLC协议；2）用于建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议（LCP）扩展版本；3）一系列用于建立和配置各种网络层协议的网络控制协议（NCP）。PPP支持同时使用多种网络层协议。较常见的NCP包括Internet协议控制协议、Appletalk控制协议、NovellIPX控制协议、CiscoSystems控制协议、SNA控制协议和压缩控制协议。3PPP分层架构分层架构是一种帮助在互连层之间通信的逻辑模型、设计或蓝图。3.1PPP架构图2.23说明了PPP分层架构与开放系统互联（OSI）模型的关系。PPP和OSI的物理层相同，但PPP分配LCP和NCP功能的方式不同。在物理层，可在一系列接口上配置PPP，这些接口包括：异步串行；同步串行；HSSI；ISDN。PPP可用于任何DTE/DCE接口（RS-232-C、RS-422、RS-423或V.35）。PPP唯一的要求是必须使用专用或交换型双工电路，这种电路可以异步或同步比特串行模式运行，它们对PPP链路层帧来说是透明的。除使用的DTE/DCE接口带来的限制外，PPP对传输速率没有任何限制。图2.23PPP分层架构：物理层PPP执行的大部分工作是由LCP和NCP在数据链路层和网络层完成的。LCP负责建立PPP连接、设置其参数，以及终止PPP连接，而NCP负责配置高层协议。3.2PPP架构：链路控制协议层LCP是PPP中实际完成工作的部分，它位于物理层上面，负责建立、配置和测试设备之间的数据链路连接。如图2.24所示，LCP建立点到点链路。LCP还负责协商并设置WAN数据链路的控制选项，这些选项由NCP处理。图2.24PPP分层架构：LCP层LCP自动配置链路两端的接口，包括：处理对分组大小的限制；检测常见的配置错误；终止链路；确定链路运行正常还是出现了故障。建立链路后，PPP还使用LCP自动协商封装格式（身份验证、压缩、错误检测）。3.3PPP架构：网络控制协议层当前网络协议存在的很多问题在点到点链路中更加突出。例如，IP地址的分配与管理即使在LAN中也不容易，而在电路交换点到点链路（如拨号调制解调器服务器）中更困难。PPP使用NCP解决了这些问题。PPP支持在同一条通信链路上运行很多个网络层协议。对于使用的每种网络层协议，PPP分别使用一个独立的NCP，如图2.25所示。例如，IP使用IP控制协议（IPCP），IPX使用NovellIPX控制协议（IPXCP）。图2.25PPP架构：网络层NCP包含功能字段，其中的标准化编码（PPP协议字段中的编号，如表2.3所示）用于指出PPP封装的网络层协议。表2.3NCP十六进制值协议名8021Internet协议控制协议8023OSI网络层控制协议8029AppleTalk控制协议802bNovellIPX控制协议C021链路控制协议C023密码身份验证协议C223挑战握手身份验证协议每个NCP负责满足相应网络层协议的需求。各种NCP组件封装和协商多种网络层协议的选项。本章后面将介绍并练习使用NCP配置各种网络层协议。4PPP帧的结构如图2.26所示，PPP帧包含6个字段。图2.26PPP帧中的字段PPP帧中的字段包含的信息如下：标志：标识帧的开头或结尾，使用二进制序列01111110表示PPP帧。将该字段设置为0x7E（二进制序列011111110）用于标识PPP帧的开头和结尾。在后续PPP帧中，只使用一个标志字符。地址：为标准广播地址，即二进制序列11111111。PPP不分配地址。控制：由二进制序列00000011构成的一个字节，请求使用不排序的帧传输用户数据。这提供了一种无连接链路服务，不要求建立数据链路或链路站（linkstation）。在HDLC环境中，地址字段用于给帧提供目标节点的地址。在点到点链路中，无需指定目标节点的地址，因此在PPP中，将地址字段设置为广播地址0xFF。如果PPP对等体在LCP协商期间就执行地址和控制字段压缩达成一致，将不包含地址字段。协议：如图2.26所示，该字段长2字节，用于标识数据字段中封装的协议。这个2字节的"协议"字段指出了PPP有效负载使用的协议。如果PPP对等体在LCP协商期间就执行协议字段压缩达成一致，则"协议"字段长1字节，它表示协议ID，取值范围为0x0000～0x00FF。数据：零或多个字节，包含协议字段中指定协议的数据报。结束标志字段前面的2字节帧校验序列（FCS）用于标记数据字段的结束。数据字段的默认最大长度为1500字节。帧校验序列（FCS）：16位的校验和，用于检查PPP帧的比特级错误。如果接收方计算得到的FCS与PPP帧中的FCS不同，PPP帧将被默默地丢弃。如果通过协商达成了一致，PPP实现可使用32位（4个字节）的FCS改进错误检测功能。LCP可通过协商修改标准PPP帧的结构。5建立PPP会话建立PPP会话包括3个阶段，这些操作是由LCP执行的。第1阶段建立链路和协商配置：在PPP交换任何网络层数据报（如IP）前，LCP必须打开链接并协商配置选项。接收路由器向发起连接的路由器发送配置确认后，该阶段便结束了。第2阶段确定链路质量（可选）：LCP测试链路以确定链路质量是否足以支持网络层协议。LCP可将网络层协议信息的传输延迟到该阶段结束。第3阶段协商网络层协议配置：LCP确定链路质量后，合适的NCP可独立配置网络层协议，还可随时启动或关闭这些协议。如果LCP关闭链路，它将通知网络层协议让后者采取合适的措施。链路将保持通信配置，直到显式LCP帧或NCP帧关闭链路，或者发生某些外部事件，如空闲定时器超时或用户干预。LCP可随时终止链路，这通常是在路由器发出请求时进行的，但物理事件（如载波丢失或空闲定时器超时）也可能导致这种情况发生。6使用LCP建立链路LCP操作包括链路建立、链路维护和链路终止。6.1LCP操作LCP使用3种LCP帧来完成每个LCP阶段的工作。链路建立帧（Configure-Request、Configure-Ack、Configure-Nak和Configure-Reject）用于建立和配置链路。链路维护帧（Code-Reject、Protocol-Reject、Echo-Request、Echo-Reply和Discard-Request）用于管理和调试链路。链路终止帧（Terminate-Request和Terminate-Ack）用于终止链路。图2.28说明了LCP链路建立过程。LCP操作的第一阶段是建立链路，要交换网络层分组，必须先完成该阶段。在链路建立过程中，LCP打开连接并协商配置参数。链路建立过程的第一步是发起设备向响应方发送Configure-Request帧。Configure-Request帧包含需要给链路设置的各种配置选项。换句话说，发起方向响应方发送一个"愿望清单（wishlist）"。发起方的愿望清单包含描述它希望如何建立链路的选项，其中包括协议和身份验证参数。响应方处理愿望清单，如果该清单可接受，则用Configure-Ack消息进行响应。收到Configure-Ack消息后，链路建立过程便转入身份验证阶段。如果选项不可接受或无法识别，响应方将发送Configure-Nak或Configure-Reject消息。收到Configure-Ack后，链路操作将交给NCP。如果响应方向请求方发送Configure-Nak或Configure-Reject消息，将不会建立链路。如果协商失败，发起方需要使用新选项重新启动该过程。在链路维护期间，LCP可使用消息来提供反馈和测试链路。Code-Reject和Protocol-Reject：如果无法识别的LCP编码（LCP帧类型）或错误的协议标识符导致帧无效，可使用这两种帧来提供反馈。例如，如果从对等体那里收到无法解释的分组，响应方将发送Code-Reject分组。Echo-Request、Echo-Reply和Discard-Request：这些帧可用于测试链路。在网络层完成数据传输后，LCP将终止链路。在图2.28中，注意到NCP只终止网络层和NCP链路。链路始终处于打开状态，直到LCP终止它。如果LCP在NCP之前终止链路，NCP会话也将被终止。PPP可随时终止链路。导致终止的原因包括载波丢失、身份验证失败、链路质量故障、空闲定时器超时或管理性关闭链路。LCP通过交换Terminate分组来关闭链路。发起关闭操作的设备发送Terminate-Request消息，而对方使用Terminate-Ack进行响应。终止请求表明发送该请求的设备想关闭链路。关闭链路时，PPP将通知网络层协议让其能够采取相应的措施。6.2LCP分组每个LCP分组都是一条LCP消息，由编码字段、标识符字段、长度字段和数据字段组成。编码字段指出了LCP分组的类型，标识符字段用于匹配请求和应答，长度字段指出了LCP分组的长度，而数据字段包含LCP分组的具体数据。图2.30说明了LCP分组中的字段。LCP分组包含如下信息：编码：长1字节，指出了LCP分组的类型。标识符：长1字节，用于匹配请求和应答。长度：长2字节，指出了LCP分组的总长（包括所有字段）。数据：长度由"长度"字段指出，可能为0或多个字节。"编码"字段决定了该字段的格式。图2.30LCP分组中的字段每个LCP分组在交换配置信息方面都有特定功能，这取决于LCP分组的类型。LCP分组的编码字段指出了分组类型，如表2.4所示。表2.4编码字段的取值编码字段的取值LCP分组类型描述1Configure-Request在打开或重置PPP连接时发送该消息。Configure-Request包含一系列用于修改默认选项值的LCP选项2Configure-Ack最近收到的Configure-Request中所有LCP选项值都可识别和接受时发送该消息。PPP对等体发送和收到Configure-Acks时，LCP协商便完成了3Configure-Nak当所有LCP选项都可识别，但有些选项的值不可接受时发送该消息。Configure-Nak包含其值不可接受的选项及其可接受的值4Configure-Reject当LCP选项无法识别或不能接受时发送该消息。Configure-Reject包括无法识别或无法接受的选项。5Terminate-Request在关闭PPP连接时可选地发送该消息6Terminate-Ack响应Terminate-Request时发送该消息7Code-Reject在LCP编码未知时发送该消息。Code-Reject消息包含其编码未知的LCP分组8Protocol-Reject当PPP帧包含未知协议ID时发送该消息。Protocol-Reject消息包含有问题的LCP分组。PPP对等体通常发送Protocol-Reject来指出它没有启用PPPNCP对应的LAN协议9Echo-Request发送该消息以测试PPP连接（可选）10Echo-Reply用于响应Echo-Request。PPPEcho-Request和Echo-Reply与ICMP回应请求和回应应答消息毫无关系11Discard-Request用于测试出站方向的链路（可选）6.3PPP配置选项如图2.31所示，可对PPP进行配置使其支持各种功能，包括：使用PAP或CHAP进行身份验证。使用Stacker或Predictor进行压缩。合并多个信道以提高WAN带宽的多链路。图2.31PPP配置选项为协商使用这些PPP选项，LCP链路建立帧在LCP帧的数据字段中包含选项信息，如图2.32所示。对于LCP帧中没有包含的配置选项，将使用其默认设置。图2.32LCP选项字段发送并收到配置确认帧后，该阶段便结束了。7NCP详解建立链路后，LCP将控制权交给合适的NCP。虽然PPP最初是针对IP数据报设计的，但通过使用模块化实现，PPP可传输很多网络层协议的数据，它还可同时传输多种第3层协议的数据。其模块化模型使得LCP设置链路后可将协商网络协议细节的工作交给NCP。每种网络协议都有相应的NCP，而每个NCP都有相应的RFC。有针对IP、IPX、AppleTalk和其他协议的NCP。NCP使用的分组格式与LCP相同。LCP对链路进行配置和身份验证后，将调用合适的NCP配置要使用的网络层协议。NCP配置网络层协议后，该网络协议将在建立的LCP链路上处于打开状态，让PPP能够传输该网络层协议的分组。为说明NCP的工作原理，将以最常用的第3层协议IP为例。LCP建立链路后，路由器交换IPCP消息以协商IP选项。IPCP负责在链路两端配置、启用和禁用IP模块。IPCP协商两个选项。压缩：将设备协商用于压缩TCP和IP报头以节省带宽的算法。VanJacobsonTCP/IP报头压缩技术可将TCP/IP报头缩小到3字节。在速度缓慢的串行线路上，这是很大的改进，尤其对交互式数据流来说。IP地址：让发起方设备指定用于通过PPP链路路由IP的IP地址或请求响应方的IP地址。拨号链路通常使用IP地址选项。NCP过程结束后，链路将进入打开状态并由LCP重新接管。链路数据流可能是LCP、NCP和网络层协议分组的任意组合。图2.33说明了设备如何使用LCP消息来管理或调试链路。图2.33NCP过程8PPP配置选项配置基本PPP类似于配置HDLC等其他第2层协议。PPP也包含一些配置选项，包括身份验证和压缩。身份验证：对等路由器交换身份验证消息。有两种身份验证方法--密码验证协议（PAP）和挑战握手验证协议（CHAP）。身份验证将在下一节阐述。压缩：减少必须通过链路传输的帧数据，可以提高PPP连接的有效吞吐量。压缩协议将在帧到达目的地后将其解压缩。Cisco路由器支持两种压缩协议：Stacker和Predictor。错误检测：识别错误条件。质量和幻数选项有助于确保可靠的无环数据链路。幻数字段有助于检测处于环回状态的链路。在成功协商幻数配置选项前，必须传输幻数0。幻数是连接两端随机生成的数字。多链路：CiscoIOS软件11.1及更新版本都支持多链路PPP，它支持在PPP使用的路由器接口之间均衡负载。多链路PPP（也叫MP、MPPP、MLP或多链路）提供了一种将数据流分配给多条WAN物理链路的方法，还支持分组分段（fragmentation）和重组、正确排序、多厂商互操作性，以及入站和出站数据流的负载均衡。PPP回叫：为提高安全，CiscoIOS软件11.1及更新版本支持PPP回叫。使用该LCP选项时，Cisco路由器充当回叫客户端或回叫服务器。客户端发起呼叫，请求服务器回叫并终止原来的呼叫。回叫路由器应答呼叫，并根据其配置语句回叫客户端。该命令为pppcallback[accept|request]。配置选项后，将在LCP选项字段中插入相应的值。表2.5列出了有效的LCP选项值。表2.5可配置的选项字段编码选项名选项类型选项长度描述最大接收单元（MRU）14PPP帧的最大长度，不能超过65535字节，默认为1500。如果双方都没有修改默认值，将不会协商该选项异步控制字符映射（ACCM）26这是位映射表，用于对异步链路启用字符转义。默认情况