计算机网络技术学习总结（停更）

OSI模型推广最终以失败告终原因可归纳为以下4点：①OSI的专家们缺乏实际经验，他们在完成OSI标准时缺乏商业驱动力② OSI的协议实现起来过分复杂，而且运行效率很低③ OSI标准的制定周期太长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入’市场④OSI的层次划分不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。

Ⅱ.五层模型

在五层模型中，通信两端都有5个层次。

应用层：五层结构中的最高层，与OSI的应用层，表示层，会话层相对应，与TCP/IP的应用层相同。

应用层的任务是如何通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用，不同应用需要不同的应用层协议（如：FTP，HTTP，SNMP等），应用层交互的数据单元成为报文。

传输层：负责进程间通信，提供应用进程端对端数据传输服务（主要有TCP和UDP协议）。

网络层：网络层任务是实现网络互联，互通。网络层把传输层传下来的报文段（或用户数据报）（用户数据报和IP数据报不同）封装成分组或包进行传送，然后在网络核心部分的交换结点间转发传送。网络层要选择合适的路由传输数据。

因特网由大量的异构网络通过路由器互联起来，因特网主要的网络层协议是无连接的互联网协议（IP协议）和许多种路由选择协议，因此因特网的网络层也称为互联网络层或IP层。

数据链路层：从源主机发送到目标主机的分组必须在一段一段的链路上传送，数据链路层的任务就是保证分组从链路一端传送到另一端，其上的数据单元成为帧（frame）。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息，差错控制等）。

物理层：提供物理路径，规定接口标准（比如：1表示高压0表示低压），进行二进制流传输。

目标MAC地址源MAC地址	目标IP地址源IP地址	源端口目标端口	数据	FCS
		<—数据段/消息—>
	<———————数据包————————>
<————————————————数据帧——————————————>

1.6.3TCP/IP参考模型的体系结构

上图路由器在转发分组时最高只用到网络层，没有使用到传输层和应用层。

下图是用另一种方法表示TCP/IP协议簇，特点是中间小，两头大（不难看出IP协议在因特网中的核心作用）。这种沙漏状的协议簇表明，TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务（everything over IP），同时TCP/IP协议也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行(IP over everything)。

第一章概论思维导图

02物理层

2.1物理层的基本概念

                现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体种类很多，通信方式也各有不同。物理层的作用就是尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通信方式的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样数据链路层就可以利用物理层提供的二进制比特流传输服务来完成它的协议和服务了。

                物理层协议又称物理层规程，其中定义了一些与传输媒体接口有关的特性，主要包括以下几个方面:

(1）机械特性:定义了接口所用连接器的形状和尺寸﹑引线数目以及排列﹑固定和锁定装置等

(2）电气特性:定义了在接口电缆的各条线上出现的电压的范围;

(3）功能特性:定义了某条线上出现的某个电平的电压表示何种意义;

(4)过程特性:定义了对于不同功能的各种可能事件出现的顺序。

                物理层协议的技术细节往往相当繁杂，需要定义的内容很多，如多种物理连接方式(点对点·点对多点或广播方式等），不同的传输媒体﹑编码技术﹑调制技术和复用技术等。一旦确定了物理层协议，互联设备间就可以通过便用相同的物理层标准交互比特流。因此，在学习本章内容时，应将重点放在掌握基本概念上。

2.2数据通信的基础知识

2.2.1数据通信系统

数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备把各处终端设备连接起来，执行数据传输功能的系统，下图所示为数据通信系统的整体模型。

数据通信系统由源系统（发送端），传输系统（传输网络，可以是简单的传输线路也可以是复杂的网络系统），目的系统（接收端）组成。

源系统：包含源点（源点设备产生的要传输的数据，又称源站或信源），发送器（典型的发送器就是调制器。发送器要将源站生成的数字比特流进行编码之后才能在传输系统传输）两部分。

目的系统：包含接收器（典型的发送器就是解调器。接收器将传输系统传来的信号转换为能被目标设备处理的信息），终点（终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，并输出，又称目地站或信宿）两部分。

信号可分为两大类（根据消息的参数取值方式不同分类）：

①模拟信号/连续信号：消息参数取值连续。

②数字信号/离散信号：消息参数取值离散。（当使用时域的波形表示信号时，代表不同离散数值的基本波形就叫码元（一个码元就是一个基本脉冲），在二进制编码中码元只有1，0两种状态）

注：“信道”和“电路”不等同。前者一般向某一方向传播信息的媒体，因此，一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道，也可包含多个信道。

2.2.2编码与调制

目前存在的传输信道主要有模拟信道和数字信道两种，其中模拟信道一般只用于传输模拟信号，而数字信道则一般只用于传输数字信号。但也可以用数字信道传输模拟信号，或用模拟信道传输数字信号。此时，就需要先对传输的数据进行转换，即模拟信号与数字信号的转换，也就是编码与调制的主要内容。简言之，编码是指用数字信号承载数字或模拟数据，调制是指用模拟信号承载数字或模拟数据。

A数字信号用模拟信道传送（调制）

数字信号用模拟信道传送的过程是一个调制的过程，根据波的3个特征，可用调幅（A），调频（F），调相（P）三种方法进行波形变换（频谱变换）

也可将振幅和相位结合起来调频，这种机制称为正交调幅。正交调幅效率最高（正交调幅是一种将两种调幅信号汇合到一个信道的方法，因此会双倍扩展有效带宽），是现在所有调制解调器采用的技术。

B数字信号用数字信道传送（编码）

数字信号用数字信道传送时需要先进行编码。例如，要把计算机中的二进制数据用打印机打印时，需要将二进制0和1编码成一串可以在数据线上传输的电压脉冲（数字信号）

目前基本的数据编码有 不归零编码，归零编码，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码，如图所示。

对比不归零编码，归零编码解决了出现连续0和1时接收方无法同步的问题，每个比特中间的电平跳跃用作定时时钟，是一种自定时编码。

曼彻斯特编码用一个正电平到负电平表示1，用一个负电平到正电平表示0（也可以反过来定义），也是一中自定时编码。

C模拟信号用模拟信道传送

模拟数据可以通过电磁感应变化转换为模拟信号在模拟信道上传送。例如，人们在打电话时，话音(声音）数据通过电话系统被转换为模拟信号，之后在模拟电话网中传输。在网络数据传送中，人们会将模拟数据调制出来，然后再通过模拟信道发送。

调制的目的是将模拟信号调制到高频载波信号上以便于远距离传输。这种编码也称为模拟―模拟调制目前，存在的调制方式主要有调幅﹑调频及调相。具体实现时，也是需要通过模拟信号对载波的3个特征(幅度﹑频率和相位)进行调制，不再赘述。

D模拟信号用数字信道传送

   使模拟信号在数字信道上传送，首先要将模拟信号转换为数字信号，这个转换的过程就是数字化的过程，模拟信号数字化的过程主要包括采样，量化，编码三个步骤。
            采样就是每隔一个固定的时间间隔对模拟信号进行一次采样，变成离散的脉冲。
     由于采样得到离散脉冲信号的值不一定能和编码后的码值空间的某个码值相对应，因此需要量化。量化就是把采样得到的离散脉冲值与码值空间的某个码值相对应的过程。
         编码就是将量化后的值转换成若干位二进制数的过程。

             常见的将模拟信号编码到数字信道传送的方法主要有:脉幅调制 (PAM)，脉冲编码调制（PCM)，差分脉冲编码调制( DPCM ）和增量脉码调制方式(DM)。

2.2.3信道的极限容量

传输信号时会产生各种失真从而影响数据传输速率。下图以数字信号为例，体现了失真不严重与严重时对数字信号的影响（a）可以识别（b）难以识别。

码元传输的速率越高，信号传输的距离越远，噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形失真就越严重。从概念上讲，限制码元在信道传输速率的因素主要有信道能通过的频率范围和信噪比两方面。

2.2.4传输方式

传输方式指通信双方的信息交互方式，主要考虑三个问题：(1)是采用单工通信方式，还是采用半双工或全双工通信方式(2)是采用串行传输方式，还是采用并行传输方式(3)是采用同步传输方式,还是采用异步传输方式

①单工，半双工与全双工通信（从信号的传送方向和时间的关系）：

单工通信:指通信双方只能由一方将数据发送给另一方。(如有线电视广播)

半双工通信:指通信双方可以发送或接收信息，但不能同时发送或接收。（如对讲机）

全双工通信:指通信双方可以同时发送和接收信息。（如电话系统）

②串行传输和并行传输：

串行传输:将待传送的每个字符的二进制位按由低到高的顺序发送，这种工作方式称为串行传输。串行传输的优点是收﹑发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低;缺点是速度比较慢。在远程数据通信中，一般都采用串行传输方式。

并行传输:将数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。常用的方式是将构成1个字符代码的几位二进制比特分别通过几条并行的信道同时传输，如并行传输中一次传送8比特，如图所示。并行传输的优点是速度快，但发送与接收端之间有若干条线路，费用高，仅适合于近距离和高速数据通信的环境下使用。

③同步技术：

所谓同步，就是要求通信的通信双方在时间上保持一致。（比如打王者，如果技能释放不同步那场面就会很奇妙了）同步技术主要有：异步传输方式和同步传输方式。

                异步传输方式:

            在异步传输中，数据被划分成字符分组独立进行传输。该小组包含起始位﹑数据位﹑校验位(可选项)和停止位，具体如下:
          (1)1 bit起始位表示字符的开始;

          (2)5~8 bit数据位表示要传输的字符内容;

          (3)1 bit校验位用于进行奇校验或偶校验;

          (4)1~2 bit终止位表示接收字符结束。
          异步传输的优点是实现简单，但数据传输额外开销大（每个字符需加起始位和终止位) 。因此，这种方式主要用于低速设备，如键盘和某些打印机等。

                同步传输方式:

            同步方式是指在一组字符（数据帧）之前加入同步字符，同步字符之后可以连续发送任意多个字符。即同步字符表示一组字符的开始。同步传输方式数据帧的典型组成如图所示。

                （1）同步字符(SYN)表示数据帧的开始；

          （2）地址字符包括源地址（发送方地址)和目的地址(接收方地址)；

          （3）控制字:用于控制信息(该部分对于不同数据帧可能变化较大)；

          （4）数据字符用户数据（可以是字符组合，也可以是比特组合)；

          （5）检验字符用于检错；

          （6）帧结束字符表示数据帧的结束。
          发送前，收发双方先约定同步字符的个数及相应的代码，以便实现接收与发送的同步:接收端一旦检测到同步字符，即可按双方约定的时钟频率接收数据，并以约定的算法进行差错校验，直至帧结束字符出现。
          同步传输方式中，整个字符组（数据帧）在发送端和接收端被同步后，被作为一个单元传输，不需要对每个字符添加表示起始和停止的控制字符，所以数据传输额外开销小，传输效率高·但是同步传输方式实现复杂，传输中的一个错误将影响整个字符组（而异步传输中的同样错误只影响一个字符的正确接收) 。一般这种方式主要用于需高速数据传输的设备。

2.3物理层下的传输媒体（介质）

传输媒体可分为 导引型传输媒体(光纤，铜线) 和 非导引型传输媒体(电磁波等)。

导引型传输媒体：主要有双绞线，同轴电缆，光纤三种。双绞线是最常用的导引型传输媒体，价格便宜易于安装，但性能一般，可用于模拟信号和数字信号传输，主要用于点对点连接；同轴电缆抗干扰性强，被广泛用于传输较高速率的数据；光纤（分单模和多模，单模传输距离远，多模带宽高但距离没单模远）是性能最好应用前途最广泛的传输媒体，有体积小，重量轻传输频带非常宽，传输损耗小，保密性强等优点，但广光电接口价格昂贵，安装，连接，维护不易。

非导引型传输媒体：指电磁波和频谱。电磁波和频谱是指在电路上加上适当长度的天线，使电磁波在自由空间传播，接收器接收数据。而频谱与无线传输通信有密切关系，紫外线，x光等对生物有害的电磁波尚未被用于无线通信。主要的无线通信技术有：无线电通信（电磁波频率在1GHz以下），微波通信（频率在300MHz~300Ghz,主要使用2~40GHz,如WIFI，蓝牙，电话），卫星通信（人造卫星与地面站），红外线通信（电视遥控器）。

2.4信道复用技术

为了提高传输线路的利用率，人们常常会把一条物理传输线路在逻辑上分成多个信道，每个信道传输一路信号，即信道复用技术。信道复用包括复用，传输和解复三个过程。发送端将n个信号复合在一起，送到一条线路上传输，接收端将复合信号解复成n个信号，并分别送到n条输出线路上。（下图a表示使用单独的信道，b表示使用复用技术）

基本的复用技术包括频分复用(FDM) 和时分复用(TDM)。现在还有光信号的波分复用(WDM)，实现对光纤大带宽的充分挖掘。码分复用(CDM)根据码型结构的不同实现信道复用，主要用于卫星通信和移动通信。

2.4.1频分复用，时分复用和统计时分复用

频分复用：用于模拟传输，将一条传输线路按频率分成若干个频带，每个频带传输一路信号，并且各信道间留有一定的空白频带（保护频带）避免串扰，实现所有用户同一时间占用不同的带宽资源。频分复用实现条件是信道的带宽远大于每个传输单路信号所需的带宽。

时分复用：用于数字信号传输，将一条传输线路的传送时间划分成若干时间片（时隙/时槽），各个发送结点按次序轮流使用时间片，在单个时间片内，单个用户占用全部带宽。（下图A,B,C,D分别表示四个不同的用户）

在进行通信时，复用器总是和分用器成对使用。在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。

时分复用可能会降低信道利用率。

统计时分复用（STDM）：这是一种对时分复用改进后的技术，增加了集中器，可以实现按需动态分配时间片。

2.4.2波分复用

波分复用（WDM）就是光的频分复用。在WDM使用时会用到复用和分用器。与FDM不同的是WDM使用时采用的棱柱或衍射光栅是完全无源的，可靠性高。

2.4.3码分复用（CDM）

CDM主要用于多址接入，人们常用的名词是码分多址(CDMA)，具有抗干扰能力强，其频谱类似于白噪声，不易被发现。现已经广泛用于民用通信特别是在无线局域网中。CDMA根据结点拥有的各不相同且正交的码片序列来实现共享自由空间信道进行数据通信。

2.5数字传输系统

2.5.1PCM速率体制

将模拟电话信号转换为数字信号目前采用的是PCM（脉冲编码调制）技术，将一路模拟电话信号转换为64kbit/s的PCM数字脉冲信号。为了充分利用带宽，通常将多路PCM信号汇集成时分复用帧，按某种固定的复用结构进行长途传输。由于历史原因，国际上存在两个互不兼容的PCM复用速率标准（北美24路简称T1，欧洲30路简称E1），E1更快。想要达到更快速率可以采用多次复用的方法。

2.5.2SONET/SDH

随着光纤与高带宽的同步发展，加上PCM复用体制存在速率标准不统一，且不是同步传输的缺点，美国在1988年首先推出了同步光纤网（SONET），后来国际电信联盟以美国标准SONET为基础，制定出同步数字系列（SDH）。现在SDH不仅能适用于光纤，也可以适用于微波和卫星传输。SONET/SDH已成为全球公认的数字传输网的标准，是为当前因特网提供点对点远程高速链路的重要技术。

2.5.3光网络

传统的SONET/SDH传输网络由光传输系统和交换结点的电子设备组成。光纤用于两个交换结点之间的点对点数据传输，每个结点中会把光信号转换为电信号再进行交换处理。随着波分复用和光交换技术的发展。人们提出全光网（AON）的概念，用光网络结点代替原来的交换结点的电子设备，提高了网络带宽，充分发挥了光纤的优势，而路由器等电信号在边缘网络连接用户终端设备。

2.6因特网接入技术

任何用户想使用因特网所提供的服务，都要以某种方式接入因特网，目前Internet的接入方式由：有线接入和无线接入。

2.6.1 电话网拨号技术

电话网拨号接入简单易行成本低，通过拨号调制解调器在用户计算机与电话网另一端的ISP接入路由器之间建立一条话音信道。

2.6.2 xDSL接入

宽带接入技术是指数据传输速率可以达到Mbit/s数量级的接入因特网的技术。数字用户线（DSL）是常用的技术。xDSL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，利用用户线通过的频率可以达到数MHz，访问网络传输速率达到Mbit/s数量级。

其中ADSL是目前住宅用户使用得最多的DSL技术。

2.6.3 HFC混合网接入

HFC技术是在有线电视网技术基础上发展起来的，可以传输有线电视，电话，计算机数据和交互型业务。

传统的有线电视网是采用树型拓扑，传输介质为外皮白色的同轴电缆，采用模拟信道和FDM，单向传输。HFC技术对有线电视网进行了改造。HFC有如下主要特点:

(1）主干线路采用光纤，使用模拟光纤技术，采用光的振幅调制(AM），光信号通过模拟光纤从头端连接到光分配结点(也称为光纤结点)。然后转换为电信号，光纤结点的另一端为同轴电缆，电信号在同轴电缆中传输。一个光纤结点可以连接1~6路同轴电缆从头端到光纤结点的距离可达到25 km，从光纤结点到用户的距离一般可达到2~3 km。
(2)HFC采用结点体系结构，特点是从头端到各个光纤结点用模拟光纤连接，构成星形拓扑。光纤结点以下是用同轴电缆组成的树型拓扑。
一个光纤结点下的用户构成一个用户群〈也称为邻区)，一个用户群的用户数不超过2 000 。
光纤节点体系结构的特点如下:

①提高网络可靠性，每一个用户都独立于其他的用户群，用户群之间也是互相独立的。

②简化上行信道的设计，HFC技术的上行信道是用户共享的。

③具有比有线电视网更宽的频谱，支持双向传输。

④用户家庭需要安装用户接口盒。

2.6.4光纤接入

指网络用户与计算机网络间采用光纤作为传输媒体，可以实现高速双向宽带传输。

2.6.5以太网接入

目前内联网多采用以太网接入，指网络用户可以利用已经建立好的网络，通过内联网接入Internet。

2.6.6无线接入

目前主要有固定无线接入（无线保真（WiFi）和全球微波接入互操作性（WiMAX））和移动接入网（蜂窝移动电话网（1G/2G/3G/4G/5G），无线寻呼网，无绳电话网，集群电话网，卫星通信网和个人通信网）

03数据链路层

3.1使用点到点信道的数据链路层

3.1.1数据链路层所处的地位

上图体现了两台主机通过互联网通信时数据链路层所处的地位。主机H1和H2都有完整的5层协议，但路由器在转发分组时只有下面3层协议。从数据链路层来看，H1到H2通信可以看成由4段不同的链路层通信组成，即H1-R1 , R1-R2 , R2-R3 , R3-R4.这4段不同的链路层可能采用不同的链路层协议。

3.1.2数据链路和帧

链路：指从一个结点到相邻结点的一段物理线路，中间没有其他的交换结点。

数据链路：数据传输需要通信协议控制，将实现协议的软硬件加到链路上就构成了数据链路。

帧：指数据链路层的协议数据单元。

数据链路层把网络层传递过来的数据构成帧并发送到链路上，同时也会把收到的帧里的数据取出，传递给网络层（网络层协议数据单元是IP数据报，如数据报，分组或包）。

点到点信道的数据链路层通信步骤：

①A的数据链路层把网络层传递下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。

②A把帧发送给B的数据链路层。

③B的数据链路层确认帧没问题，则将帧里取出的IP数据报传递给网络层，否则丢弃。

3.1.3封装成帧

在IP数据报上添加头部和尾部（作用：帧定界，包含必要的控制信息。）并进行封装就形成了一个数据帧（的结构），帧的长度等于3部分长度之和。（帧定界：指对帧的开始与结束进行识别）帧的数据部分不能超过规定最大传送单元（MTU）。

实现帧界定的一种简单方法是在传输帧与帧之间插入时间间隔（如以太网）,但由于不是所有物理层传输服务都会保证时间间隔，所以这种方式不常用。常用的方法是在每个帧的开始和结束添加一个特殊的帧定界标志。

当物理链路提供面向字符的传输服务时，帧定界用ASCLL码（128个）中的不可打印的控制字符（不可打印的控制字符共33个，可打印的字符有95个）作为帧定界符。

在传输文本数据（文本文件中字符都是从键盘输入的）时，帧的数据部分显然不会出现不可打印的控制字符；但在传输非ASCLL码文件数据（二进制代码/图像等）就可能会在数据部分出现控制字符，从而导致数据丢失。

为了解决上述问题，可以采用字节/字符填充的方法。发送端的数据链路层在数据出现标记字符前加一个转义字符（如“ESC”）。接收端的数据链路层不会把转义符后的标记字符当成帧定界符并且会删除转义符。

当物理链路提供面向比特流服务时，帧定界标志可以使用某个特殊比特组合（如下一节PPP协议）。由于帧的长度不再要求是整数个字节，可以采用开销更小的比特填充实现透明传输。

3.1.4差错检测

现实中比特在传输过程中可能出错，1可能变为0，0可能变为1，这种现象就是比特差错。在一段时间内，传输错误的比特与所传比特总数的比值称为误码率。误码率与信噪比有很大关系。为了保证接收到的数据是正确的，必须进行差错检测。

上图是利用检错码实现差错检测的基本原理，发送方需要采用某种差错检测算法f，用发送的数据D计算出检错码EDC=f(D)，并将EDC一并发给接收方。接收方用同样的算法计算，若结果相同则说明数据出错的概率很小。（使用更长的检错码和更复杂的算法可以减小这种概率，但开销更大）

数据链路层为了便于硬件检测差错，常在帧的尾部设置一个差错检验字段存放整个帧（含首部和数据）的检错码，这个字段常称为帧检验序列。

数据链路层常使用循环冗余验证（CRC）进行差错检测。虽然计算复杂但易于用硬件实现。注意，CRC仅仅是用来检测帧传输中是否出现差错，不能纠错。

3.1.5可靠传输

优势，数据链路层要向上面的网络层提供“可靠传输”的服务，即发送端发出的数据应正确被接收端接收。无线局域网和传输层的TCP协议都用到了这些协议。注意，为实现可靠的单向数据传输，可靠的传输协议要进行双向通信，因此底层的不可靠信道必须是双向的。

协议主要有停止等待协议，停止等待协议的算法描述，停止等待协议的信道利用率，回退N帧协议，选择重传协议，数据链路层的可靠传输。

3.2点到点协议

HDLC（支持点到点和点到多点两种连接方式）协议和PPP协议（point-to-point protocol）都是数据链路层协议，但由于HDLC协议比较复杂，现已很少使用。PPP协议成为了目前最广泛的数据链路层协议。

用户计算机和ISP通信所用的数据链路层协议通常就是PPP。

3.2.1 PPP的特点

①简单。接收方每接收到一个帧就进行CRC校验，正确就收下，反之，丢弃。不向上层提供可靠传输服务，如需可靠传输，则由传输层完成。

②封装成帧。PPP规定了特殊的字符作为帧定界符。

③透明性。PPP能保证数据传输的透明性。

④支持多种网络层协议和多种类型链路。PPP协议能够在同一条物理链路上同时支持多种网络协议（IP/IPX......）的运行，PPP可以用于PC到ISP接入服务器间的点到点接入链路，也可以用于路由器之间的专用线路。

⑤差错检测。PPP能够对接收端收到的帧进行差错检测（但不纠错）。

⑥检测连接状态。PPP能在几分钟内自动检测出链路是否在正常工作。

⑦最大传输单元。PPP对每一种类型的点到点链路设置最大单元的标准默认值（MTU）。如果高层超过MTU的数值，PPP就会丢弃这样的帧，并返回差错。

⑧网络层地址协商。PPP提供一种机制使通信双方的网络层实体能通过协商知道或配置彼此网络层地址，对拨号连接的链路很重要。

3.2.2 PPP的组成

PPP有3部分组成：

①一个将IP数据报封装到串行链路的方法。既支持面向字符的异步链路，也支持面向比特的同步链路且 PPP帧的信息部分受到MTU限制。

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），通信双方可协商一些选项。

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

3.2.3 PPP的帧格式

PPP帧首部四个字段，尾部两个字段。首部第一个字段和尾部第二个字段都是标志字段F，规定为0x7E,表示一个帧的开始结束。连续两个帧之间只要一个定界符，如果连续两个标志字段F则表示这是一个空帧，应当丢弃。

首部地址字段A规定为0xFF，控制字段C规定0x03。PPP帧首部第四个字段是2byte的协议字段。当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报，若为0xC021,则信息字段为链路控制协议LCP的分组，而0x8021表示这是网络控制协议NCP的分组。

信息字段长度不超过1500byte。尾部第一个字段（2byte）是使用CRC帧检验序列FCS。

                当信息字段中出现和标志字段一样的比特组合（Ox7E）时，就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。

                当PPP采用异步传输时，它把转义符定义为0x7D，并使用字节填充。RFC 1662规定了如下所述的填充方法。

                ①把信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2 byte序列(Ox7D，Ox5E)。

                ②若信息字段中出现一个Ox7D的字节(即出现了和转义字符一样的比特组合)﹐则把0x7D转变成为2 byte序列(Ox7D，Ox5D)。

                ③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Ox7D字节，同时将该字符的编码加以改变。例如，出现0x03(在控制字符中是“传输结束”ETX)就要把它转变为2 byte序列 (Ox7D，0x23)。

                由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数就超过了原来的信息字节数·但接收端在收到数据后再进行与发送端字节填充相反的变换，就可以正确地恢复出原来的信息。

                PPP用在SONET/SDH链路时，使用面向比特的同步传输（一连串的比特连续传送)而不是面向字符的异步传输(逐个字符地传送)。在这种情况下，PPP采用前面介绍的零比特填充方法来实现透明传输。

3.2.4 PPP的工作状态

上图为拨号接入连接过程。当用户拨号接通ISP拨号服务器后，就建立了一条从用户PC到ISP的物理连接。这时，用户PC向ISP发送一系列的LCP分组(封装成多个PPP帧)，建立LCP连接。这些分组及其响应选择了将要使用到的PPP参数。接着还要进行网络层配置，NCP给新接入的用户PC分配一个临时的IP地址。这样，用户PC就成为因特网上一个有IP地址的主机了。
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。最后释放物理层的连接。

PPP链路的起始和终止状态始终是“静止”状态，这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，并建立物理层连接后，PPP就进入链路的“建立”状态。这时LCP开始发送配置请求帧。这是个PPP帧，其协议字段配置为LCP对应的代码，而信息字段包含特定的配置请求。链路的另一端可以发送以下几种响应。

①配置确认帧:所有选项都接受。

②配置否认帧:所有选项都理解但不能接受。

③配置拒绝帧:有的选项无法识别或不能接受，需要协商。

LCP配置选项包括链路上的最大帧长﹑所使用的鉴别协议的规约（如果有的话)，以
及不使用PPP帧中的地址和控制字段（因为这两个字段的值是固定的，没有任何信息量，可以在PPP帧的首部中省略这两个字节)。
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。