PPP协议

本文深入解析PPP协议的创建PPP链路、用户验证及调用网络层协议的三个关键阶段,详细介绍各阶段的工作原理、过程及作用。

三个阶段:

阶段1:创建PPP链路创建阶段

LCP负责创建链路。在这个阶段,将对基本的通讯方式进行选择。链路两端设备通过LCP向对方发送配置信息报文(Configure Packets)。一旦一个配置成功信息包(Configure-Ack packet)被发送且被接收,就完成了交换,进入了LCP开启状态。应当注意,在链路创建阶段,只是对验证协议进行选择,用户验证将在第2阶段实现。

阶段2:用户验证认证阶段

在这个阶段,客户端会将自己的身份发送给远端的接入服务器。该阶段使用一种安全验证方式避免第三方窃

取数据或冒充远程客户接管与客户端的连接。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。

  在这一阶段里,只有链路控制协议、认证协议,和链路质量监视协议的packets是被允许的。在该阶段里接收到的其他的packets必须被静静的丢弃。

  最常用的认证协议有口令验证协议(PAP)和挑战握手验证协议(CHAP).

阶段3:调用网络层协议网络协商阶段

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)。


封包的格式

8                                 Flag  
16                       Address    
24                       Control
14                       bits  Protocol
Variable           Infomation
16-32bits           FCS


PPP(Point-to-Point Protocol)协议是一种广泛使用的数据链路协议,主要用于在点对点连接上传输多协议数据包。它不仅支持多种网络协议(如 IPv4、IPv6 等),还提供链路建立、维护、拆除、协议协商以及认证等功能[^3]。PPP 协议最初设计用于串行链路,例如拨号连接,但其灵活性和可扩展性使其适用于多种网络环境。 ### PPP协议的组成 PPP 协议三个主要部分组成,分别用于处理不同的功能: 1. **链路控制协议(LCP, Link Control Protocol)**:LCP 用于建立、配置和测试数据链路层的连通性。它负责协商链路参数,例如最大传输单元(MTU)、认证方式等[^3]。 2. **网络控制协议(NCP, Network Control Protocol)**:NCP 是一组协议,用于协商和配置不同的网络协议。例如,IPCP(IP Control Protocol)用于配置 IPv4 地址,IPv6CP 用于配置 IPv6 地址[^3]。 3. **认证协议**:PPP 协议支持多种认证方式,最常用的包括口令验证协议(PAP, Password Authentication Protocol)和挑战握手验证协议(CHAP, Challenge-Handshake Authentication Protocol)。PAP 是一种简单的明文密码认证方式,而 CHAP 则通过挑战-响应机制提供更高级别的安全性[^2]。 ### PPP协议的工作原理 PPP 协议的工作流程可以分为以下几个阶段: 1. **链路建立阶段**:在此阶段,LCP 负责建立和配置链路。双方通过交换 LCP 配置请求(Configure-Request)和响应(Configure-Ack)来协商链路参数,例如最大帧大小、认证方式等。如果配置成功,链路进入“打开”状态[^2]。 2. **认证阶段(可选)**:如果链路配置中指定了认证方式,则在此阶段进行身份验证。例如,PAP 或 CHAP 会在此阶段执行认证流程。如果认证失败,链路将被终止[^2]。 3. **网络协议配置阶段**:在此阶段,NCP 负责配置网络协议。例如,IPCP 会协商 IP 地址分配等参数。一旦网络协议配置完成,数据传输即可开始[^3]。 4. **数据传输阶段**:在此阶段PPP 协议将数据封装为帧,并通过链路传输。数据帧的格式通常包括标志字段、地址字段、控制字段、协议字段、信息字段和帧校验序列(FCS)字段[^3]。 5. **链路终止阶段**:当链路不再需要时,LCP 会发送终止请求(Terminate-Request)和终止确认(Terminate-Ack)来关闭链路[^2]。 ### PPP协议的帧格式 PPP 协议的帧格式如下: - **标志字段(Flag)**:1 字节,值为 `0x7E`,表示帧的开始和结束。 - **地址字段(Address)**:1 字节,默认值为 `0xFF`,表示广播地址。 - **控制字段(Control)**:1 字节,默认值为 `0x03`,表示无编号信息帧。 - **协议字段(Protocol)**:2 字节,指示信息字段中封装的数据类型。例如,`0x0021` 表示 IPv4 数据,`0x0057` 表示 IPv6 数据。 - **信息字段(Information)**:可变长度,包含网络协议的数据。 - **帧校验序列(FCS, Frame Check Sequence)**:2 或 4 字节,用于校验帧的完整性。 ### PPP协议的字节填充 PPP 协议使用字节填充(Byte Stuffing)来处理信息字段中可能出现的特殊字符。具体来说: - 如果信息字段中出现与标志字段相同的 `0x7E` 字符,则将其替换为 `0x7D 0x5E`。 - 如果信息字段中出现 `0x7D` 字符,则将其替换为 `0x7D 0x5D`。 这种方法确保了特殊字符不会被误认为是帧的边界,从而保证了数据的正确传输[^4]。 ### PPP协议的应用 PPP 协议广泛应用于多种网络环境中,例如: - **拨号上网**:早期的互联网接入主要依赖拨号连接,PPP 协议用于在调制解调器之间建立连接。 - **DSL(数字用户线路)**:许多 DSL 服务提供商使用 PPP 协议来管理用户的连接和认证。 - **嵌入式系统**:在嵌入式单片机中实现 PPP 协议,可以实现单片机与计算机之间的稳定数据传输。这种应用在家电控制和小型数据传输系统中具有广阔的前景[^1]。 ### PPP协议的优点 - **多协议支持**:PPP 协议可以封装多种网络协议的数据,适应性强。 - **灵活的认证机制**:支持 PAP 和 CHAP 等认证方式,提供不同的安全级别。 - **链路管理功能**:LCP 提供了链路建立、维护和拆除的功能,确保链路的稳定性。 - **字节填充机制**:通过字节填充,确保数据的完整性,避免特殊字符的干扰[^4]。 ### PPP协议的局限性 尽管 PPP 协议具有诸多优点,但也存在一些局限性: - **仅适用于点对点连接**:PPP 协议的设计初衷是用于点对点链路,因此在多点网络中不适用。 - **缺乏加密支持**:PPP 协议本身不提供加密功能,安全性依赖于上层协议(如 CHAP 或 IPsec)。 ### 示例代码:PPP协议的基本帧格式 以下是一个简单的 Python 示例,展示了如何构造一个 PPP 协议的基本帧格式: ```python def ppp_frame(protocol, data): # 标志字段 flag = b'\x7E' # 地址字段(默认为 0xFF) address = b'\xFF' # 控制字段(默认为 0x03) control = b'\x03' # 协议字段(例如 IPv4 为 0x0021) protocol_bytes = protocol.to_bytes(2, byteorder='big') # 信息字段(用户数据) information = data.encode('utf-8') # 帧校验序列(FCS,此处简化为固定值) fcs = b'\x00\x00' # 组合帧 frame = flag + address + control + protocol_bytes + information + fcs + flag return frame # 示例:构造一个 PPP 帧,协议为 IPv4,数据为 "Hello PPP" frame = ppp_frame(0x0021, "Hello PPP") print("PPP Frame:", frame.hex()) ``` 上述代码演示了如何构造一个简单的 PPP 帧,包括标志字段、地址字段、控制字段、协议字段、信息字段和帧校验序列。 ### PPP协议的扩展 PPP 协议可以通过扩展支持更多功能。例如: - **MP(Multilink PPP)**:多链路 PPP 允许将多个物理链路捆绑在一起,以提高带宽和可靠性。 - **PPPoE(PPP over Ethernet)**:在以太网上运行 PPP 协议,常用于 DSL 服务中。 ### PPP协议的标准化 PPP 协议的标准化工作主要由 RFC 文档完成。RFC 1661 定义了 PPP 协议的核心功能,包括如何封装多协议数据包、如何通过 LCP 建立链路以及如何通过 NCP 配置网络协议[^3]。 ### PPP协议的未来 随着网络技术的发展,PPP 协议的应用场景逐渐减少,尤其是在现代宽带网络中,许多服务已经转向基于以太网的协议(如 DHCP 和 IPv6 自动配置)。然而,在某些特定领域(如嵌入式系统和远程连接)中,PPP 协议仍然具有重要的地位。 ---
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