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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!
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)—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:
1)异步串行;
2)同步串行;
3)HSSI;
4)ISDN
PPP可用于任何DTE/DC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/DC接口带来的限制外,PPF对传输速率没有任何限制。
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。
LCP自动配置链路两端的接口,包括:
1)处理对分组大小的限制;
2)检测常见的配置错误;
3)终止链路;
4)确定链路运行正常还是出现了故障。
5)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)。
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。
IP
IPXj寤|协良
ppp
IPCP
(PXGP1爪離斑以
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粗n:
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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PPM装的网络层协议。
表2.3NCP
十六进制值
协议名
8021
Internet协议控制协议
8023
OSI网络层控制协议
8029
AppleTalk控制协议
802b
NovellIPX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NCR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
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"
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NCF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:
1)编码:
长1字节,指出了LCP分组的类型。
2)标识符:
长1字节,用于匹配请求和应答。
3)长度:
长2字节,指出了LCP分组的总长(包括所有字段)。
4)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。
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
1
Configure-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
2
Configure-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
3
Configure-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
4
Configure-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。
5
Terminate-Request
在关闭PPP连接时可选地发送该消息
6
Terminate-Ack
响应Terminate-Request时发送该消息
7
Code-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
8
Protocol-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寸应的LAN协议
9
Echo-Request
发送该消息以测试PPP连接(可选)
10
Echo-Reply
用于响应Echo-Request0PPPEcho-Request和Echo-Reply与ICMP回应请求和回应应答消息毫无关系
11
Discard-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。
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。
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NCPNCP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NCF配置要使用的网络层协议。
NCF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oLCP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±
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LCRNCP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。
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MPMPPPMLP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
最大接收单元
(MRU
PPP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
这是位映射表,用于对异步链路启用字符转义。
默认情况下,将使用字符转义
身份验证协议
5或6
该字段指出了身份验证协议,即PAP或
CHAP
幻数
这是一个随机数,用于区分对等体和检测环回线路
协议压缩
该标志指出当2字节的协议ID的取值在
0x0000和0x00FF之间时将其压缩为1字
节
地址和控制字段压缩
该标志指出从PPP报头中删除PPP地址字段(总是0xFF)和PPP控制字段(总是0x03)
回叫
13或
OxOD
指出如何确疋回叫的1字节指示器
9PPP协议的应用
PPP协议是目前广域网上应用最广泛的协议之一,它的优点在于简单、具备用户验证能力、可以解决IP分配等。
家庭拨号上网就是通过PPP在用户端和运营商的接入服务器之间建立通信链路。
目前,宽带接入正在成为取代拨号上网的趋势,在宽带接入技术日新月异的今天,PPP也衍生出新的应用。
典型的应用是在ADS(非对称数据用户环线,AsymmetricalDigitalSubscriberLoop)接入方式当中,PPP与其他的协议共
同派生出了符合宽带接入要求的新的协议,如PPPoEPPPoverEthernet),PPPoA
(PPPoverATM))
利用以太网(Ethernet)资源,在以太网上运行PPP来进行用户认证接入的方式称为PPPoEPPPoE即保护了用户方的以太网资源,又完成了ADSL勺接入要求,是目前ADSL接入方式中应用最广泛的技术标准。
同样,在ATM(异步传输模式,AsynchronousTransferMode)网络上运行PPP协议来管理用户认证的方式称为PPPoA它与PPPoE的原理相同,作用相同;
不同的是它是在ATM网络上,而PPPoE是在以太网网络上运行,所以要分别适应ATM标准和以太网标准。
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