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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作课程 BA000003 PPP协议和PPP0E协议ISSUE1.0Huawei Technologies目 录课程说明1课程介绍1课程目标1第1章 概述2第2章 PPP协议8第3章 PPPOE协议48附录 缩略词表74i课程说明课程介绍本教材为宽带产品工程师培训公共课程。本课程介绍PPP协议和PPPOE协议。课程目标完成本课程学习，学员能够：l 了解SLIP协议的基本原理。l 掌握PPP协议的基本原理。l 掌握LCP协议和NCP协议数据报文的交换过程。l 掌握PPPOE协议的基本原理。1第1章 概述SLIP的全称是Serial Line I
2、P，出现在80年代中期，并被使用在BSD UNIX主机和SUN的工作站上。因为SLIP简单好用，所以后来被大量使用在线路速率从1200bps到19.2Kbps的专用线路和拨号线路上互连主机和路由器，到目前为止仍有大部分UNIX主机保留对该协议的支持。在80年代末90年代初期，被广泛用于家庭中每台有RS232串口的计算机和调制解调器连接到Internet。SLIP的帧格式由IP包加上END字符组成。通过在被发送IP数据报的尾部增加特殊的END字符（0xC0 ）从而形成一个简单的SLIP的数据帧，而后该帧会被传送到物理层进行发送。为了防止线路噪声被当成数据报的内容在线路上传输，通常发送端在被传送数
3、据报的开始处也传一个END字符。如果线路上的确存在噪声，则该数据报起始位置的END字符将结束这份错误的报文，这样当前正确的数据报文就能正确的传送了，而前一个含有无意义报文的数据帧会在对端的高层被丢弃。END是判断一个SLIP帧是否结束的标志。如果要传送的IP包中正好有一个字符0xc0要传送，为了避免它被当作END字符，要用连续的两个字节0xdb和0xdc来代替它。如果要传送的是0xdb，那么就用连续传输两个字节0xdb和0xdd来代替它。 SLIP只支持IP协议，对IPX等缺乏支持。并且，由于帧格式中没有类型字段，致使如果一条串行线路如果用于SLIP，就不能同时使用其它协议。 SLIP不提供纠
4、错机制，错误只能依靠上层协议实现。 SLIP帧的封装格式非常简单，通信双方无需在数据报发送前协商任何配置参数选项（在PPP协议中需协商配置参数选项），所以双方IP层通信前必需先获知对方的IP地址，才能进行网络层的通信，否则链路层发送的数据帧在被送到对方网络层时将无法进行转发。正是由于上面的诸多缺点，导致了SLIP很快的被后面要讲的PPP协议所替代。71第2章 PPP协议PPP协议主要包括三部分：LCP（Link Control Protocol）链路控制协议、NCP（Network Control Protocol）和PPP的扩展协议（如Multilink Protocol）。随着网络技术的不
5、断发展，网络带宽已不再是瓶颈，所以PPP扩展协议的应用也就越来越少，因此往往人们在叙述PPP协议时经常会忘记它的存在。我们在提及PPP协议的报文封装格式时，不可不先提一下HDLC协议。HDLC也是最常用的数据链路层协议，它是从SDLC协议衍进过来的，许多常用的数据链路层协议的封装方式都是基于HDLC的封装格式的，同样PPP协议也不例外，它也采用了HDLC的定界帧格式。以下为对PPP数据帧封装格式的一点说明：每一个PPP数据帧均是以一个标志字节起始和结束的，该字节为0x7E。紧接在起始标志字节后的一个字节是地址域，该字节为0xFF。我们熟知网络是分层的，且对等层之间进行相互通信，而下层为上层提供
6、服务。当对等层进行通信时首先需获知对方的地址，而对不同的网络，在数据链路层则表现为需要知道对方的MAC地址、X.121地址、ATM地址等；在网络层则表现为需要知道对方的IP地址、IPX地址等；而在传输层则需要知道对方的协议端口号。例如如果两个以太网上的主机希望能够通信的话，首先发送端需获知对端的MAC地址。但由于PPP协议是被运用在点对点的链路上的特殊性，它不像广播或多点访问的网络一样，因为点对点的链路就可以唯一标示对方，因此使用PPP协议互连的通信设备的两端无须知道对方的数据链路层地址，所以该字节已无任何意义，按照协议的规定将该字节填充为全1的广播地址。同地址域一样，PPP数据帧的控制域也没
7、有实际意义，按照协议的规定通信双方将该字节的内容填充为0x03。就PPP协议本身而言，我们最关心的内容应该是它的协议域和信息域。协议域可用来区分PPP数据帧中信息域所承载的数据报文的内容。协议域的内容必须依据ISO 3309的地址扩展机制所给出的规定。该机制规定协议域所填充的内容必须为奇数，也即是要求低字节的最低位为“1”，高字节的最低位为“0”。如果当发送端发送的PPP数据帧的协议域字段不符合上述规定，则接收端会认为此数据帧是不可识别的，那么接收端会向发送端发送一个Protocol-Reject报文，在该报文尾部将完整地填充被拒绝的报文。信息域缺省时最大长度不能超过1500字节，其中包括填充
8、域的内容，1500字节大小等于PPP协议中配置参数选项MRU（Maximum Receive Unit）的缺省值，在实际应用当中可根据实际需要进行信息域最大封装长度选项的协商。信息域如果不足1500字节时可被填充，但不是必须的，如果填充则需通信双方的两端能辨认出有用与无用的信息方可正常通信。 说明：MRU表示本端接收到的PPP数据帧的数据域的最大值。通常情况下这个参数选项使用默认值（1500字节），因此在Config-Request报文中双方都不会携带这个配置参数选项。 当在某些特殊应用中，可能会使用到小于1500字节或大于1500字节的情况，这时在Config-Request报文就会携带要协
9、商的MRU配置参数选项值。CRC校验域主要是对PPP数据帧传输的正确性进行检测的，当然在数据帧中引入了一些传输的保证机制是好的，但可以反过来说，同样我们会引入更多的开销，这样可能会增加应用层交互的延迟。 为了能适应复杂多变的网络环境，PPP协议提供了一种链路控制协议来配置和测试数据通信链路，它能用来协商PPP协议的一些配置参数选项；处理不同大小的数据帧；检测链路环路、一些链路的错误；终止一条链路。PPP的网络控制协议根据不同的网络层协议可提供一族网络控制协议(NCP)，常用的有提供给TCP/IP网络使用的IPCP网络控制协议；提供给SPX/IPX网络使用的IPXCP网络控制协议等。最为常用的是
10、IPCP协议，当点对点的两端进行NCP参数配置协商时，主要是用来通信双方的网络层地址。 数据通信设备（在本文中指路由器）的两端如果希望通过PPP协议建立点对点的通信，无论哪一端的设备都需发送LCP数据报文来配置链路（测试链路）。一旦LCP的配置参数选项协商完后，通信的双方就会根据LCP配置请求报文中所协商的认证配置参数选项来决定链路两端设备所采用的认证方式。协议缺省情况下双方是不进行认证的，而直接进入到NCP配置参数选项的协商，直至所经历的几个配置过程全部完成后，点对点的双方就可以开始通过已建立好的链路进行网络层数据报文的传送了，整个链路就处于可用状态。只有当任何一端收到LCP或NCP的链路关
11、闭报文时（一般而言协议是不要求NCP有关闭链路的能力的，因此通常情况下关闭链路的数据报文是在LCP协商阶段或应用程序会话阶段发出的）；物理层无法检测到载波或管理人员对该链路进行关闭操作，都会将该条链路断开，从而终止PPP会话。以下是PPP协议整个链路过程需经历阶段的状态转移图说明：在点对点链路的配置、维护和终止过程中，PPP需经历以下几个阶段：链路不可用阶段。有时也称为物理层不可用阶段，PPP链路都需从这个阶段开始和结束。当通信双方的两端检测到物理线路激活（通常是检测到链路上有载波信号）时，就会从当前这个阶段跃迁至下一个阶段（即链路建立阶段）。先简单提一下链路建立阶段，在这个阶段主要是通过LC
12、P协议进行链路参数的配置，LCP在此阶段的状态机也会根据不同的事件发生变化。当处于在链路不可用阶段时，LCP的状态机是处于initial（初始化状态）或starting（准备启动状态），一旦检测到物理线路可用，则LCP的状态机就要发生改变。当然链路被断开后也同样会返回到这个阶段，往往在实际过程中这个阶段所停留的时间是很短的，仅仅是检测到对方设备的存在。链路建立阶段。是PPP协议最关键和最复杂的阶段。该阶段主要是发送一些配置报文来配置数据链路，这些配置的参数不包括网络层协议所需的参数。当完成数据报文的交换后，则会继续向下一个阶段跃迁，该下一个阶段既可是验证阶段，也可是网络层协议阶段，下一阶段的选
13、择是依据链路两端的设备配置的（通常是由用户来配置，但对NAS或BAS设备的PPP模块缺省就需要支持PAP或CHAP中的一种认证方式）。在此阶段LCP的状态机会发生两次改变，前面我们说了当链路处于不可用阶段时，此时LCP的状态机处于initial或starting，当检测到链路可用时，则物理层会向链路层发送一个UP事件，链路层收到该事件后，会将LCP的状态机从当前状态改变为Request-Sent（请求发送状态），根据此时的状态机LCP会进行相应的动作，也即是开始发送Config-Request报文来配置数据链路，无论哪一端接收到了Config-Ack报文时，LCP的状态机又要发生改变，从当前状
14、态改变为opened状态，进入Opened状态后收到Config-Ack报文的一方则完成了当前阶段，应该向下一个阶段跃迁。同理可知，另一端也是一样的，但须注意的一点是在链路配置阶段双方是链路配置操作过程是相互独立的。如果在该阶段收到了非LCP数据报文，则会将这些报文丢弃。验证阶段。多数情况下的链路两端设备是需要经过认证后才进入到网络层协议阶段，缺省情况下链路两端的设备是不进行认证的。在该阶段支持PAP和CHAP两种认证方式，验证方式的选择是依据在链路建立阶段双方进行协商的结果。然而，链路质量的检测也会在这个阶段同时发生，但协议规定不会让链路质量的检测无限制的延迟验证过程。在这个阶段仅支持链路控
15、制协议、验证协议和质量检测数据报文，其它的数据报文都会被丢弃。如果在这个阶段再次收到了Config-Request报文，则又会返回到链路建立阶段。网络层协议阶段。一旦PPP完成了前面几个阶段，每种网络层协议（IP、IPX和AppleTalk）会通过各自相应的网络控制协议进行配置，每个NCP协议可在任何时间打开和关闭。当一个NCP的状态机变成Opened状态时，则PPP就可以开始在链路上承载网络层的数据包报文了。如果在个阶段收到了Config-Request报文，则又会返回到链路建立阶段。网络终止阶段，PPP能在任何时候终止链路。当载波丢失、授权失败、链路质量检测失败和管理员人为关闭链路等情况均会导致链路终止。链路建立阶段可能通过交换LCP的链路终止报文来关闭链路，当链路关闭时，链路层会通知网络层做相应的操作，而且也会通过物理层强制关断链路。对于NCP协议，它是没有也没有必要去关闭PPP链路的。 LCP数据报文是在链路建立阶段被交换的，它作为PPP的净载荷被封装在PPP数据帧的信息域中。在链路建立阶段的整个过程中信息域的内容是在变化的，它包括很多种类型的报文，所以这些报文也要通过相应的字段来区分，PPP数据帧的协议域固定填充0xC021。 代码域的长度为一个字节，主要是用来标识LCP数据报文的类型的。在链路建立
