【正文】 課程 BA000003 PPP協(xié)議和PPP0E協(xié)議Huawei Technologies74 / 76目 錄課程說明 1課程介紹 1課程目標(biāo) 1第1章 概述 2第2章 PPP協(xié)議 8第3章 PPPOE協(xié)議 48附錄 縮略詞表 74課程說明課程介紹本教材為寬帶產(chǎn)品工程師培訓(xùn)公共課程。本課程介紹PPP協(xié)議和PPPOE協(xié)議。課程目標(biāo)完成本課程學(xué)習(xí)，學(xué)員能夠：l 了解SLIP協(xié)議的基本原理。l 掌握PPP協(xié)議的基本原理。l 掌握LCP協(xié)議和NCP協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文的交換過程。l 掌握PPPOE協(xié)議的基本原理。第1章 概述SLIP的全稱是Serial Line IP，出現(xiàn)在80年代中期，并被使用在BSD UNIX主機(jī)和SUN的工作站上。因?yàn)镾LIP簡單好用，到目前為止仍有大部分UNIX主機(jī)保留對(duì)該協(xié)議的支持。在80年代末90年代初期，被廣泛用于家庭中每臺(tái)有RS232串口的計(jì)算機(jī)和調(diào)制解調(diào)器連接到Internet。SLIP的幀格式由IP包加上END字符組成。通過在被發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)的尾部增加特殊的END字符（0xC0 ）從而形成一個(gè)簡單的SLIP的數(shù)據(jù)幀，而后該幀會(huì)被傳送到物理層進(jìn)行發(fā)送。為了防止線路噪聲被當(dāng)成數(shù)據(jù)報(bào)的內(nèi)容在線路上傳輸，通常發(fā)送端在被傳送數(shù)據(jù)報(bào)的開始處也傳一個(gè)END字符。如果線路上的確存在噪聲，則該數(shù)據(jù)報(bào)起始位置的END字符將結(jié)束這份錯(cuò)誤的報(bào)文，這樣當(dāng)前正確的數(shù)據(jù)報(bào)文就能正確的傳送了，而前一個(gè)含有無意義報(bào)文的數(shù)據(jù)幀會(huì)在對(duì)端的高層被丟棄。END是判斷一個(gè)SLIP幀是否結(jié)束的標(biāo)志。如果要傳送的IP包中正好有一個(gè)字符0xc0要傳送，為了避免它被當(dāng)作END字符，要用連續(xù)的兩個(gè)字節(jié)0xdb和0xdc來代替它。如果要傳送的是0xdb，那么就用連續(xù)傳輸兩個(gè)字節(jié)0xdb和0xdd來代替它。 SLIP只支持IP協(xié)議，對(duì)IPX等缺乏支持。并且，由于幀格式中沒有類型字段，致使如果一條串行線路如果用于SLIP，就不能同時(shí)使用其它協(xié)議。 SLIP不提供糾錯(cuò)機(jī)制，錯(cuò)誤只能依靠上層協(xié)議實(shí)現(xiàn)。 SLIP幀的封裝格式非常簡單，通信雙方無需在數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送前協(xié)商任何配置參數(shù)選項(xiàng)（在PPP協(xié)議中需協(xié)商配置參數(shù)選項(xiàng)），所以雙方IP層通信前必需先獲知對(duì)方的IP地址，才能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層的通信，否則鏈路層發(fā)送的數(shù)據(jù)幀在被送到對(duì)方網(wǎng)絡(luò)層時(shí)將無法進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。正是由于上面的諸多缺點(diǎn)，導(dǎo)致了SLIP很快的被后面要講的PPP協(xié)議所替代。第2章 PPP協(xié)議PPP協(xié)議主要包括三部分：LCP（Link Control Protocol）鏈路控制協(xié)議、NCP（Network Control Protocol）和PPP的擴(kuò)展協(xié)議（如Multilink Protocol）。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬已不再是瓶頸，所以PPP擴(kuò)展協(xié)議的應(yīng)用也就越來越少，因此往往人們在敘述PPP協(xié)議時(shí)經(jīng)常會(huì)忘記它的存在。我們在提及PPP協(xié)議的報(bào)文封裝格式時(shí)，不可不先提一下HDLC協(xié)議。HDLC也是最常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，它是從SDLC協(xié)議衍進(jìn)過來的，許多常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的封裝方式都是基于HDLC的封裝格式的，同樣PPP協(xié)議也不例外，它也采用了HDLC的定界幀格式。以下為對(duì)PPP數(shù)據(jù)幀封裝格式的一點(diǎn)說明：每一個(gè)PPP數(shù)據(jù)幀均是以一個(gè)標(biāo)志字節(jié)起始和結(jié)束的，該字節(jié)為0x7E。緊接在起始標(biāo)志字節(jié)后的一個(gè)字節(jié)是地址域，該字節(jié)為0xFF。我們熟知網(wǎng)絡(luò)是分層的，且對(duì)等層之間進(jìn)行相互通信，而下層為上層提供服務(wù)。當(dāng)對(duì)等層進(jìn)行通信時(shí)首先需獲知對(duì)方的地址，而對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)鏈路層則表現(xiàn)為需要知道對(duì)方的MAC地址、ATM地址等；在網(wǎng)絡(luò)層則表現(xiàn)為需要知道對(duì)方的IP地址、IPX地址等；而在傳輸層則需要知道對(duì)方的協(xié)議端口號(hào)。例如如果兩個(gè)以太網(wǎng)上的主機(jī)希望能夠通信的話，首先發(fā)送端需獲知對(duì)端的MAC地址。但由于PPP協(xié)議是被運(yùn)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈路上的特殊性，它不像廣播或多點(diǎn)訪問的網(wǎng)絡(luò)一樣，因?yàn)辄c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈路就可以唯一標(biāo)示對(duì)方，因此使用PPP協(xié)議互連的通信設(shè)備的兩端無須知道對(duì)方的數(shù)據(jù)鏈路層地址，所以該字節(jié)已無任何意義，按照協(xié)議的規(guī)定將該字節(jié)填充為全1的廣播地址。同地址域一樣，PPP數(shù)據(jù)幀的控制域也沒有實(shí)際意義，按照協(xié)議的規(guī)定通信雙方將該字節(jié)的內(nèi)容填充為0x03。就PPP協(xié)議本身而言，我們最關(guān)心的內(nèi)容應(yīng)該是它的協(xié)議域和信息域。協(xié)議域可用來區(qū)分PPP數(shù)據(jù)幀中信息域所承載的數(shù)據(jù)報(bào)文的內(nèi)容。協(xié)議域的內(nèi)容必須依據(jù)ISO 3309的地址擴(kuò)展機(jī)制所給出的規(guī)定。該機(jī)制規(guī)定協(xié)議域所填充的內(nèi)容必須為奇數(shù)，也即是要求低字節(jié)的最低位為“1”，高字節(jié)的最低位為“0”。如果當(dāng)發(fā)送端發(fā)送的PPP數(shù)據(jù)幀的協(xié)議域字段不符合上述規(guī)定，則接收端會(huì)認(rèn)為此數(shù)據(jù)幀是不可識(shí)別的，那么接收端會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)ProtocolReject報(bào)文，在該報(bào)文尾部將完整地填充被拒絕的報(bào)文。信息域缺省時(shí)最大長度不能超過1500字節(jié)，其中包括填充域的內(nèi)容，1500字節(jié)大小等于PPP協(xié)議中配置參數(shù)選項(xiàng)MRU（Maximum Receive Unit）的缺省值，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行信息域最大封裝長度選項(xiàng)的協(xié)商。信息域如果不足1500字節(jié)時(shí)可被填充，但不是必須的，如果填充則需通信雙方的兩端能辨認(rèn)出有用與無用的信息方可正常通信。 說明：MRU表示本端接收到的PPP數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)域的最大值。通常情況下這個(gè)參數(shù)選項(xiàng)使用默認(rèn)值（1500字節(jié)），因此在ConfigRequest報(bào)文中雙方都不會(huì)攜帶這個(gè)配置參數(shù)選項(xiàng)。 當(dāng)在某些特殊應(yīng)用中，可能會(huì)使用到小于1500字節(jié)或大于1500字節(jié)的情況，這時(shí)在ConfigRequest報(bào)文就會(huì)攜帶要協(xié)商的MRU配置參數(shù)選項(xiàng)值。CRC校驗(yàn)域主要是對(duì)PPP數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)恼_性進(jìn)行檢測的，當(dāng)然在數(shù)據(jù)幀中引入了一些傳輸?shù)谋ＷC機(jī)制是好的，但可以反過來說，同樣我們會(huì)引入更多的開銷，這樣可能會(huì)增加應(yīng)用層交互的延遲。 為了能適應(yīng)復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，PPP協(xié)議提供了一種鏈路控制協(xié)議來配置和測試數(shù)據(jù)通信鏈路，它能用來協(xié)商PPP協(xié)議的一些配置參數(shù)選項(xiàng)；處理不同大小的數(shù)據(jù)幀；檢測鏈路環(huán)路、一些鏈路的錯(cuò)誤；終止一條鏈路。PPP的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議可提供一族網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)，常用的有提供給TCP/IP網(wǎng)絡(luò)使用的IPCP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議；提供給SPX/IPX網(wǎng)絡(luò)使用的IPXCP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議等。最為常用的是IPCP協(xié)議，當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的兩端進(jìn)行NCP參數(shù)配置協(xié)商時(shí)，主要是用來通信雙方的網(wǎng)絡(luò)層地址。 數(shù)據(jù)通信設(shè)備（在本文中指路由器）的兩端如果希望通過PPP協(xié)議建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，無論哪一端的設(shè)備都需發(fā)送LCP數(shù)據(jù)報(bào)文來配置鏈路（測試鏈路）。一旦LCP的配置參數(shù)選項(xiàng)協(xié)商完后，通信的雙方就會(huì)根據(jù)LCP配置請(qǐng)求報(bào)文中所協(xié)商的認(rèn)證配置參數(shù)選項(xiàng)來決定鏈路兩端設(shè)備所采用的認(rèn)證方式。協(xié)議缺省情況下雙方是不進(jìn)行認(rèn)證的，而直接進(jìn)入到NCP配置參數(shù)選項(xiàng)的協(xié)商，直至所經(jīng)歷的幾個(gè)配置過程全部完成后，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙方就可以開始通過已建立好的鏈路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)文的傳送了，整個(gè)鏈路就處于可用狀態(tài)。只有當(dāng)任何一端收到LCP或NCP的鏈路關(guān)閉報(bào)文時(shí)（一般而言協(xié)議是不要求NCP有關(guān)閉鏈路的能力的，因此通常情況下關(guān)閉鏈路的數(shù)據(jù)報(bào)文是在LCP協(xié)商階段或應(yīng)用程序會(huì)話階段發(fā)出的）；物理層無法檢測到載波或管理人員對(duì)該鏈路進(jìn)行關(guān)閉操作，都會(huì)將該條鏈路斷開，從而終止PPP會(huì)話。以下是PPP協(xié)議整個(gè)鏈路過程需經(jīng)歷階段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖說明：在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的配置、維護(hù)和終止過程中，PPP需經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：鏈路不可用階段。有時(shí)也稱為物理層不可用階段，PPP鏈路都需從這個(gè)階段開始和結(jié)束。當(dāng)通信雙方的兩端檢測到物理線路激活（通常是檢測到鏈路上有載波信號(hào)）時(shí)，就會(huì)從當(dāng)前這個(gè)階段躍遷至下一個(gè)階段（即鏈路建立階段）。先簡單提一下鏈路建立階段，在這個(gè)階段主要是通過LCP協(xié)議進(jìn)行鏈路參數(shù)的配置，LCP在此階段的狀態(tài)機(jī)也會(huì)根據(jù)不同的事件發(fā)生變化。當(dāng)處于在鏈路不可用階段時(shí)，LCP的狀態(tài)機(jī)是處于initial（初始化狀態(tài)）或starting（準(zhǔn)備啟動(dòng)狀態(tài)），一旦檢測到物理線路可用，則LCP的狀態(tài)機(jī)就要發(fā)生改變。當(dāng)然鏈路被斷開后也同樣會(huì)返回到這個(gè)階段，往往在實(shí)際過程中這個(gè)階段所停留的時(shí)間是很短的，僅僅是檢測到對(duì)方設(shè)備的存在。鏈路建立階段。是PPP協(xié)議最關(guān)鍵和最復(fù)雜的階段。該階段主要是發(fā)送一些配置報(bào)文來配置數(shù)據(jù)鏈路，這些配置的參數(shù)不包括網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議所需的參數(shù)。當(dāng)完成數(shù)據(jù)報(bào)文的交換后，則會(huì)繼續(xù)向下一個(gè)階段躍遷，該下一個(gè)階段既可是驗(yàn)證階段，也可是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段，下一階段的選擇是依據(jù)鏈路兩端的設(shè)備配置的（通常是由用戶來配置，但對(duì)NAS或BAS設(shè)備的PPP模塊缺省就需要支持PAP或CHAP中的一種認(rèn)證方式）。在此階段LCP的狀態(tài)機(jī)會(huì)發(fā)生兩次改變，前面我們說了當(dāng)鏈路處于不可用階段時(shí)，此時(shí)LCP的狀態(tài)機(jī)處于initial或starting，當(dāng)檢測到鏈路可用時(shí)，則物理層會(huì)向鏈路層發(fā)送一個(gè)UP事件，鏈路層收到該事件后，會(huì)將LCP的狀態(tài)機(jī)從當(dāng)前狀態(tài)改變?yōu)镽equestSent（請(qǐng)求發(fā)送狀態(tài)），根據(jù)此時(shí)的狀態(tài)機(jī)LCP會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，也即是開始發(fā)送ConfigRequest報(bào)文來配置數(shù)據(jù)鏈路，無論哪一端接收到了ConfigAck報(bào)文時(shí)，LCP的狀態(tài)機(jī)又要發(fā)生改變，從當(dāng)前狀態(tài)改變?yōu)閛pened狀態(tài)，進(jìn)入Opened狀態(tài)后收到ConfigAck報(bào)文的一方則完成了當(dāng)前階段，應(yīng)該向下一個(gè)階段躍遷。同理可知，另一端也是一樣的，但須注意的一點(diǎn)是在鏈路配置階段雙方是鏈路配置操作過程是相互獨(dú)立的。如果在該階段收到了非LCP數(shù)據(jù)報(bào)文，則會(huì)將這些報(bào)文丟棄。驗(yàn)證階段。多數(shù)情況下的鏈路兩端設(shè)備是需要經(jīng)過認(rèn)證后才進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段，缺省情況下鏈路兩端的設(shè)備是不進(jìn)行認(rèn)證的。在該階段支持PAP和CHAP兩種認(rèn)證方式，驗(yàn)證方式的選擇是依據(jù)在鏈路建立階段雙方進(jìn)行協(xié)商的結(jié)果。然而，鏈路質(zhì)量的檢測也會(huì)在這個(gè)階段同時(shí)發(fā)生，但協(xié)議規(guī)定不會(huì)讓鏈路質(zhì)量的檢測無限制的延遲驗(yàn)證過程。在這個(gè)階段僅支持鏈路控制協(xié)議、驗(yàn)證協(xié)議和質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)報(bào)文，其它的數(shù)據(jù)報(bào)文都會(huì)被丟棄。如果在這個(gè)階段再次收到了ConfigRequest報(bào)文，則又會(huì)返回到鏈路建立階段。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段。一旦PPP完成了前面幾個(gè)階段，每種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（IP、IPX和AppleTalk）會(huì)通過各自相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議進(jìn)行配置，每個(gè)NCP協(xié)議可在任何時(shí)間打開和關(guān)閉。當(dāng)一個(gè)NCP的狀態(tài)機(jī)變成Opened狀態(tài)時(shí)，則PPP就可以開始在鏈路上承載網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包報(bào)文了。如果在個(gè)階段收到了ConfigRequest報(bào)文，則又會(huì)返回到鏈路建立階段。網(wǎng)絡(luò)終止階段，PPP能在任何時(shí)候終止鏈路。當(dāng)載波丟失、授權(quán)失敗、鏈路質(zhì)量檢測失敗和管理員人為關(guān)閉鏈路等情況均會(huì)導(dǎo)致鏈路終止。鏈路建立階段可能通過交換LCP的鏈路終止報(bào)文來關(guān)閉鏈路，當(dāng)鏈路關(guān)閉時(shí)，