计算机网络之数据链路层（2）PPP协议

Internet中主要的数据链路层协议：

• SLIP （Serial Line IP）
  — 串行线路的Internet数据链路层协议，面向字符，RFC1055

• PPP （ Point-to-Point Protocol）
  — 点-点协议，面向字节，RFC1661

• 通信线路质量较差的年代：HDLC（高级数据链路控制）

1，PPP 协议的特点

PPP协议是IETF在1992年制定的。经过1993年和1994年的修订，现在的PPP协议在1994年就已称为因特网的正式标准。

用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。

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。

用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议 ：

2，PPP 协议应满足的需求

• 简单——这是首要的要求

• 封装成帧 必须规定特殊的字符作为帧定界符。

• 透明性 多种网络层协议 必须能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议（如IP和IPX等）的运行。

• 多种类型链路 能够在多种链路上运行

• 差错检测 必须能够对接收方收到的帧进行检测，并立即丢弃有差错的帧。

• 检测连接状态 能够及时（不超过几分钟）检测出一条链路是处于正常工作状态，还是已经出了故障。

• 最大传送单元 必须对每一种类型的点对点链路设置MTU的标准默认值。

• 网络层地址协商

• 数据压缩协商

3，PPP 协议不需要的功能

• 纠错 ppp协议是不可靠传输协议

• 流量控制

• 序号

• 多点线路

• 半双工或单工链路

4，PPP协议的组成

（1）一个将IP数据报封装到串行链路的方法。PPP既支持异步链路(无奇偶检验的8比特数据)，也支持面向比特的同步链路。IP数据报在PPP帧中就是其信息部分。这个信息部分的长度受最大接收单元MRU (Maximum Receive Unit)的限制。MRU的默认值是1500字节。

（2）一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP (Link Control Protocol)。通信的双方可协商一些选项。在[RFC 1661]中定义了11种类型的LCP分组。

（3）一套网络控制协议NCP (Network Control Protocol)，其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECnet以及AppleTalk等。

5，PPP协议的帧格式

PPP的帧格式和HDLC的相似，PPP不是面向比特而是面向字节的，因而所有的PPP帧的长度都是整数个字节。

1）各字段的含义

• 标志（flag）：01111110
• 地址（address）：为固定值 “FF”（11111111），点-点协议，地址无意义
• 控制（control）：为固定值“03”（00000011），无编号
• 数据（信息）字段：长度可变，不超过1500字节

• 协议字段定义参见RFC1700，它标识出网络层协议数据域的类型：

  • 0021：信息字段内容为IP数据报
  • C021：信息字段内容为PPP链路控制数据
  • 8021：信息字段内容为网络控制数据

2）字节填充

当PPP使用异步传输时，它把转义符定义为0x7E，并使用字节填充。

字节填充规则：

将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列（0x7D, 0x5E）。

若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列（0x7D, 0x5D）。

若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。

例：
一个PPP帧的数据部分(用十六进制写出)是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是什么(用十六进制写出)?

答案： 7E FE 27 7D 7D 65 7E

3）零比特填充

当PPP用在同步传输链路（SONET/SDH）时，采用硬件来完成零比特填充(和HDLC的做法一样)。

零比特填充规则：

a，数据中某一段比特组合恰好出现和 F 字段一样的情况

b，发送端在 5 个连 1 之后填入 0 比特再发送出去

c，在接收端将 5 个连 1 之后的 0 比特删除，恢复原样

6，PPP协议的工作状态

PPP 协议的三个工作阶段：

1）LCP协商PPP参数，建立数据连接

2）用户验证，客户端会将自己的身份发送给远端的接入服务器。在认证完成之前，禁止从认证阶段前进到网络层协议阶段。如果认证失败，认证者应该跃迁到链路终止阶段。

3）调用网络层协议 ，认证阶段完成之后，PPP将调用在链路创建阶段（阶段1）选定的各种网络控制协议（NCP）。选定的NCP解决PPP链路之上的高层协议问题，例如，在该阶段IP控制协议（IPCP）可以向拨入用户分配动态地址。

PPP 协议的状态图 ：

6，PPP协议的应用

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ADSL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PPPoE（PPP over Ethernet），PPPoA（PPP over ATM）。