网络基础PPP协议

点对点协议（point-to-point protocol，PPP）所起的作用与OSI/RM中的数据链路层一致，可以完成链路的操作、维护和管理功能。并且支持任何种类的DTE-DCE接口（包括EIA RS-232、EIA-449与ITU-TV.35）。

运行PPP协议只需要提供全双工的电路（专用的或者交换式的）以实现双向的数据传输，它对数据传输速率没有太严格的限制，能适用于多种远程接入的情形。PPP灵活的选项配置、多协议的封闭机制、良好的选项协商机制以及丰富的认证协议，使得它在远程接入技术中得到了广泛的应用。

1．PPP协议的构成

PPP由以下三个部分组成：

●在串行链路上封装IP数据报的方法：PPP既支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据），也支持

面向比特的同步链路。

●链路控制协议（link control protocol，LCP）：用于建立、配置和测试数据链路连接，通信的双方

可协商一致一些选项。

●网络控制协议（network control protocol，NCP）：用于建立、配置多种不同网络层协议，如IP，

OSI网络层，DECnet以及AppleTalk等，每种网络层协议需要一个NCP来进行配置，在单个PPP

链路上可支持同时运行多种网络协议。

2．PPP的帧格式

PPP的帧格式和HDLC的相似，标准的PPP帧格式如图2-20所示。

字节111221

不超过1500字节

图2-20 PPP的帧格式

PPP的帧由六部分组成，详细介绍如下：

●标志字段，编码为01111110（0x7e），是帧的定界符，用以标识一帧的开始和结束。

●地址字段，编码为11111111（0xff），标准的广播地址，使所有的站均可以接收该帧，不指定单

个工作端的地址。

●控制字段，编码为00000011（0x03），是一个无编号帧，PPP并没有使用序号和确认机制来保证

数据帧的有序传输。

●协议字段，占2个字节，用于标识封装在PPP帧中的信息所用的协议类型。当协议字段为0x0021

时，信息字段就是IP数据报；若为0xC021，则信息字段是链路控制数据；为0x8021时，表示

信息字段是网络控制数据。

●信息字段，包含零个或多个字节，是网络层协议数据报，缺省最大长度为1500个字节。

●FCS帧校验序列字段，通常为2个字节，使用16比特的循环冗余校验CRC计算校验和。

可以看出，PPP帧的前3个字段和最后2个字段与HDLC的格式是一样的，不同的是多了一个2个字节的协议字段。PPP不是面向位的，因而它不能采用HDLC所使用的零比特填充法，而是使用一种特殊的字符填充法。具体的做法是将信息字段中出现的每个0x7E 字符转变成为2个字节序列0x7D和0x5E；若信息字段中出现一个0x7D的字符，则将其转变成为2字节序列0x7D和0x5D；若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即小于0x20字

符），则在该字符前面加入一个0x7D字符。

3．PPP的协议族

链路控制协议（link control protocol，LCP）。用于建立、配置、维护和终止点对点的链路层连接，其工作过程主要分为4个阶段：

第一阶段是链路建立和配置协调，在网络层数据报交换之前，LCP首先打开连接，协议配置参数，并完成一个配置确认帧的发送和接收。

第二阶段是链路质量检查，在链路建立、配置协调之后，LCP允许有一个可选的链路质量检测阶段。在这一阶段，通过对链路的检测来决定链路是否满足网层协议的要求，这一阶段是可选的。LCP可以延迟网络层协议信息的传送，直到这一阶段结束。

第三阶段是网络层协议配置阶段，在LCP完成链路质量检测之后，网络层协议通过适当的NCP协议进行单独的配置，而且可以在任何时刻被激活和关闭。如果LCP关闭了链路，它会通知网络层协议采取相应的操作。

第四阶段是关闭链路，LCP可以在任何时刻关闭链路，但多数关闭是因用户的要求或发生物理故障，如载波丢失或空闲时间过长。

这种工作过程是通过交换LCP帧来实现的，LCP定义了三种帧：链路建立帧，用于建立和配置PPP链路并确定与该链路相关的参数；链路终止帧，用于终止PPP链路；链路维护帧，用于管理和调试PPP链路。

PPP可以协商数据链路层的多个选项，如最大接收单元、异步控制字符映射、认证协议、质量协议、协议域压缩、地址和控制域压缩，用以配置数据链路连接。

PPP使用一组网络控制协议NCP配置不同的网络层，其中普遍使用的是用于配置IP层的IP控制协议（internet protocol control protocol，IPCP），主要讨论了IP压缩及协商机制完成选项协商的任务，但必须在PPP链路建立起来之后进行。

4．PPP的运行机制

PPP不提供使用序号和确认的可靠传输。在噪声较大的环境下，如无线网络，则应使用有序号的工作方式。

当用户拨号接入网络服务提供商ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出应答，并建立一条物理连接。这时，计算机向路由器发送一系列的LCP分组，这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数。接着就进行网络层配置，NCP给新接入的计算机分配一个临时的IP地址。这样，计算机就成为Internet上的一个主机了。

当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址；接着，LCP 释放数据链路层连接；最后释放的是物理层连接。

当线路处于静止状态时，并不存在物理层的连接。当检测到调制解调器的载波信号，在建立物理层连接后，线路就进入建立状态。这时，LCP开始协商一些选项。协商结束后就进入鉴别状态。若通信的双方鉴别身份成功，则进入网络状态。NCP配置网络层，分配IP 地址，然后就进入可进行数据通信的打开状态。数据传输结束后就转到终止状态。载波停之后则回到静止状态。过程描述状态如图2-21所示。

2-21 建立和释放PPP链路的状态转换图