Опубликован: 07.08.2007 | Уровень: специалист | Доступ: платный | ВУЗ: Московский физико-технический институт
Лекция 9:

Оптические каналы связи

< Лекция 8 || Лекция 9: 12345 || Лекция 10 >

9.2. Протокол PPP

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol; RFC-2716, -2701, -2688, -2687, -2686, -2615, -2516, -2509, -2508, -2507, -2484, -2472, -2433, -2420, -2419, -2364, -2363, -2290, -2284, -2153, -2125, -2097, -2043, -1994, -1993, -1990, -1989, -1979, -1978, -1977, -1976, -1975, -1974, -1973, -1969, -1968, -1967, -1963, -1962, -1915, -1877, -1841, -1764, -1763, -1762, -1663, -1662, -1661, -1638, -1619, -1618, -1598, -1570, -1552, -1378, -1377, -1334, -1332, -1331, и STD-51, смотри также http://www.spitbrook.destek.com:81/pptp.txt) предназначен для передачи мультипротокольных дейтограмм от одного узла к другому. Сам по себе список RFC, приведенный выше, впечатляющ. Он говорит о том, что данный протокол относится к числу наиболее важных и широко используемых. Это и понятно: большинство региональных сетей строится с использованием соединений точка-точка. PPP поддерживает, как асинхронный режим с 8 битами данных без бита четности (согласуется со свойствами последовательного интерфейса, имеющегося практически на всех ЭВМ), так и побитовый синхронный режим. Протокол содержит в себе три составные части:

  • метод инкапсуляции дейтограмм при передаче по последовательным коммуникационным каналам;
  • протокол LCP для установления, конфигурирования и тестирования информационных каналов;
  • набор протоколов NCP для установки и конфигурирования различных протоколов сетевого уровня.

Протокол управления каналом LCP (Link Control Protocol) является частью PPP. Идеология NCP (Network Control Protocol) реализована и в протоколе TCP. Каждый кадр PPP начинается и завершается флагом 0x7E. За стартовым флагом-октетом следует байт адреса, который всегда равен 0xFF. Формат кадра PPP представлен на рисунке 9.13. Кадр PPP может содержать только целое число байт. При инкапсуляции других пакетов в PPP используется бит-ориентированный протокол HDLC (High-level Data Link Control).

Формат кадра в протоколе PPP

Рис. 9.13. Формат кадра в протоколе PPP

Поле адрес всегда содержит байт 0xff (смотри описание HDLC). Это указывает на то, что все станции должны принять этот кадр, и исключает необходимость выделения каких-то специальных адресов. Байт управления всегда равен 0x03, что указывает на ненумерованный тип кадра. По умолчанию кадры PPP передаются в режиме без установления соединения. Если требуется надежная доставка, используется версия, описанная в RFC-1663. Двухоктетное поле протокол сходно по функции с полем тип в кадре Ethernet и определяет то, как следует интерпретировать информационное поле (см. табл. 9.4). Значение 0x0021 этого поля говорит о том, что последующее информационное поле содержит в себе IP-дейтограмму. Поле CRC (Cyclic Redundancy Check) представляет собой циклическую контрольную сумму, предназначенную для выявления ошибок при транспортировке PPP -кадра. Применение флагов-ограничителей кадра (0x7E) создает определенные проблемы, — эти байты не могут присутствовать в информационном поле. В синхронном режиме эта проблема решается на аппаратном уровне. При работе в асинхронном режиме для этого используется специальный ESC-символ, равный 0x7D. Когда этот esc-символ встречается в информационном поле, шестой бит в следующем за ним байте инвертируется. Так байт 0x7E будет преобразован в последовательность 0x7D, 0x5E, а байт 0x7D — в два байта 0x7D, 0x5D. Все символы с кодами меньше 0x20 также преобразуются в ESC-последовательности. Например, 0x07 будет преобразован в 0x7D, 0x27. Это необходимо делать, так как управляющие символы могут оказать непредсказуемые воздействия на режим работы драйверов или модемов, используемых в канале. Протокол PPP допускает мультипротокольность и динамическое определение IP-адресов партнеров.

Таблица 9.4. Стандартизованные DLL-номера протоколов для PPP (поле протокол)
DLL-код протокола (шестнадцатеричный) Наименование протокола
0001 Протокол заполнения (padding)
0003-001F Зарезервировано
0021 IP-протокол
0023 Сетевой уровень OSI
0025 Xerox NS IDP
0027 Decnet фаза IV
0029 Appletalk
002B Novell IPX
002D Компрессированный TCP/IP протокол Ван Джекобсона
002F Не компрессированный TCP/IP протокол Ван Джекобсона
0031 Протокол PDU мостов
0033 Потоковый протокол (ST-II)
0035 Banyan Vines
0039 Appletalk EDDP
003B Appletalk Smartbuffered
003D Multi-link
003F Кадры Netbios
0041 Cisco Systems
0043 Ascom Timeplex
0047 Удаленная локальная сеть DCA
0049 Транспортный протокол для последовательных данных ( PPP -SDTP)
004B SNA через 802.2
004D SNA
004F Сжатие заголовков IPv6
007D Зарезервировано (Управл. ESC) [RFC1661]
00FD 1-ый вариант компрессии
0201 Пакеты отклика 802.1d
0203 IBM BPDU базовой маршрутизации
8021 Управляющий протокол Интернет (IPCP)
8023 Управляющий протокол сетевого уровня OSI
8025 Управляющий протокол Xerox NS IDP
8027 Управляющий протокол Decnet фаза VI
8029 Управляющий протокол Appletalk
802B Управляющий протокол Novell IPX
8031 Бридж NCP
8033 Потоковый управляющий протокол
8035 Управляющий протокол Banyan Vines
803D Многосвязный управляющий протокол
803F Управляющий протокол кадров NetBIOS
8041 Управляющий протокол Cisco
8043 Ascom Timeplex
8045 Управляющий протокол Fujitsu LBLB
8047 Управляющий протокол удаленных локальных сетей DCA (RLNCP)
8049 Управляющий протокол передачи последовательных данных ( PPP -SDCP)
Управляющий протокол для передачи SNA поверх 802.2
804D Управляющий протокол SNA
804F Управляющий протокол сжатия заголовков IPv6
80FD Управляющий протокол сжатия
C021 Канальный управляющий протокол
C023 Протокол аутентификации паролей
C025 Сообщение о состоянии канала
C081 Управляющий протокол для работы с контейнерами

Значения кодов поля протокола от 0xxx до 3xxx идентифицируют протоколы сетевого уровня, а значения в интервале 8xxx-Bxxx говорят о том, что протокол соответствует NCP. Коды из диапазона 4xxx-7xxx используются для протоколов с низким уровнем трафика, а коды от Сxxx до Exxx соответствуют управляющим протоколам (например, LCP).

Протокол PPP при установлении соединения предусматривает процедуру аутентификации, которая является опционной (смотри рис. 9.14.). После перехода на сетевой уровень вызывается NCP-протокол, который выполняет необходимую конфигурацию канала.

Алгоритм установления соединения PPP

Рис. 9.14. Алгоритм установления соединения PPP

При обнаружении несущей или по инициативе клиента система может попытаться установить соединение. В случае успеха система переходит в фазу аутентификации. Если же и фаза аутентификации завершается благополучно, система выполняет подключение к сети (IP, IPX, Appletalk и т.д.), настройка сетевого уровня производится в рамках протокола NCP. Во всех остальных случаях происходит возврат в исходное состояние. Процедура закрытия соединения осуществляется протоколом LCP.

В поле данных PPP -пакета может быть вложен один LCP-пакет, в этом случае в поле протокол должен быть записан код 0xC021 (Link Control Protocol). LCP-протокол служит для установления соединения путем обмена конфигурационными пакетами. По завершении этого обмена система переходит в фазу аутентификации ( рис. 9.14). Формат LCP-пакета показан на рис. 9.15.

Формат заголовка LCP-пакета

Рис. 9.15. Формат заголовка LCP-пакета

Вслед за заголовком следует поле данных. Поле код (1 октет) идентифицирует модификацию LCP-пакета. Если получен пакет с неизвестным полем код, посылается пакет-отклик "отклонение кода". Поле идентификатор (1 октет) служит для нахождения соответствия между запросами и откликами. Если получен пакет с неправильным идентификатором, он просто уничтожается. Двухоктетное поле длина определяет размер LCP-пакета, включая размер заголовка. Октеты принятого пакета за пределами, заданными полем длина, игнорируются.

В качестве примера можно рассмотреть процедуру подключения персональной ЭВМ к серверу через модем. После того как модем маршрутизатора ответит на вызов модема-клиента и установит физическое соединение, ЭВМ посылает последовательность LCP-пакетов, вложенных в поля данных одного или нескольких PPP -кадров. Это позволяет выбрать необходимые параметры PPP. По завершении этой процедуры посылается последовательность NCP-пакетов, которые конфигурируют сетевой уровень. Вероятно, ЭВМ захочет работать со стеком протоколов TCP/IP и по этой причине нуждается в IP-адресе. Если провайдер имеет N IP-адресов в резерве, он может подключить одновременно N ЭВМ. Присвоение IP-адреса осуществляется также в рамках NCP-протокола. После этого ЭВМ становится узлом Интернет. Завершение сессии и освобождение IP-адреса выполняется также через NCP-протокол. Разрыв соединения осуществляет протокол LCP.

За полем длина могут следовать поля опций. Опции определяются все сразу на фазе конфигурирования канала. Описание опции содержит однооктетные субполя типа и длины, за которыми следует поле данных. Значения субполя типа представлены ниже в таблице 9.41.

Таблица 9.4.1.
Значение кода поля типа Назначение опции
0 Зарезервировано
1 Maximum-Receive-Unit (указывает максимальный размер блока данных, который может быть принят)
3 Authentication-Protocol (протокол аутентификации)
4 Quality-Protocol (протокол качества обслуживания)
5 Magic-Number (магическое число, опция служит для выявления каналов с петлями обратной связи)
6 Protocol-Field-Compression (сжатие протокольных полей)
7 Address-and-Control-Field-Compression

Существует три класса LCP-пакетов.

  1. Пакеты конфигурации канала, которые используются при формировании виртуального канала (Configure-Request, Configure-Ack, Configure-Nak и Configure-Reject).
  2. Пакеты закрытия канала (Terminate-Request и Terminate-Ack).
  3. Пакеты поддержания, которые служат для управления и отладки (Code-Reject, Protocol-Reject, Echo-Request, Echo-Reply и Discard-Request).

Аналогом LCP является протокол IPCP (IP Control Protocol). В поле код протокола в этом случае записывается 8021 (RFC-1332). Формат пакета IPCP показан на рис. 9.16

Формат пакета IPCP. Младшие биты слева.

Рис. 9.16. Формат пакета IPCP. Младшие биты слева.

Поле тип содержит 2, в поле длина заносится число байт в пакете ( \ge 4 ). В поле протокол сжатия IP заносится код алгоритма сжатия (0х02D — в случае алгоритма Ван Джекобсона). Поле данные может содержать нуль или более октетов. Конфигурационный запрос может потребовать присылки (присвоения) IP-адреса. Для решения этой задачи предусмотрена опция IPCP-пакета, где поле тип =3, длина =6, а последующие 4 байта выделены для IP-адреса, куда отправитель должен его записать. Если туда записаны нули, это говорит о том, что отправитель запрашивает свой IP-адрес.

Протоколы PPP, LCP (Link Control Protocol), CCP (Compression Control Protocol; RFC-1962, -1967) и некоторые другие управляющие протоколы содержат 8-битовые поля код. Значения этих кодов приведены в таблице 9.5.

Таблица 9.5. Значения поля код LCP-заголовка
Код Тип пакета
1 Запрос конфигурации Configure-Request
2 Подтверждение конфигурации Configure-Ack
3 Неподтверждение конфигурации Configure-Nak
4 Отклонение конфигурации Configure-Reject
5 Запрос завершения Terminate-Request
6 Подтверждение завершения Terminate-Ack
7 Отклонение кода Code-Reject
8* Отклонение протокола Protocol-Reject
9* Запрос отклика Echo-Request
10* Эхо-отклик Echo-Reply
11* Запрос отмены Discard-Request
12* Идентификация
13* Остающееся время
14** Запрос сброса
15** Отклик на запрос сброса
*) Только LCP; **) Только CCP

Для случая запроса Discard-Request между полями длина и данные помещается 4-байтовое поле Magic-Number (магическое число).

Протокол PPP многолик, он способен поддерживать и многоканальные соединения (RFC-1990). Это бывает полезно при работе через ISDN, X.25, Frame Relay или при необходимости расширить пропускную способность за счет подключения нескольких параллельных каналов (MP – MultiLink Protocol).

Так как я не сталкивался со случаями, когда пропускной способности было вполне достаточно, MP модификацию PPP -протокола следует считать крайне важной.

При этом одной из проблем является распределение пакетов по каналам и последующее их упорядочение принимающей стороной. Особую осторожность в этом случае следует соблюдать при использовании заполнителей. В этом режиме по виртуальному каналу MultiLink запрещается посылать конфигурационные LCP-пакеты Configure-Request, -Reject, -Ack, -Nak, Terminate-Request или -Ack. Принимающая сторона в случае их обнаружения должна их игнорировать. Применение других LCP-пакетов допускается (например, Code-Reject, Protocol-Reject, Echo-Request, Echo-Reply и Discard-Request). Формат MP-пакета представлен на рис. 9.17.

Формат MР-пакета

Рис. 9.17. Формат MР-пакета

Поля PID - идентификатор протокола. Субполе B (Beginning) - бит фрагмента =1 для первого фрагмента PPP и =0 для всех последующих фрагментов. Субполе E (Ending) — бит фрагмента =1 для последнего фрагмента PPP и =0 для всех прочих фрагментов. Поле номер по порядку имеет длину 24 бита. Существует модификация пакета с укороченным кодом (12 бит) номера по порядку. При этом к этому полю отходят 4 нулевые бита после BE00. Выбор длины этого поля осуществляется протоколом LCP. Значение поля увеличивается на 1 при посылке очередного фрагмента. Для вышерасположенных уровней совокупность совместно используемых каналов выглядит как один виртуальный канал.

При передаче пакетов по каналу Multilink инкапсуляция производится согласно следующим правилам, которые задаются вручную:

  • никакого асинхронного управления кодированием символов;
  • запрет использования магических чисел;
  • запрещено мониторирование качества канала;
  • сжатие полей адреса, протокола и управления;
  • никаких составных кадров;
  • запрет заполнения с самоописанием (Self-Describing-Padding).

Для предварительно фрагментированных пакетов запрещено дополнение нулями или использование каких-либо иных заполнителей. Рассмотрим пример Multilink-соединения, приведенный на рис. 9.18. Канал 1 между двумя системами согласуется сетевыми уровнями NL1, NL2 и MP. Затем эти две системы согласуют с MP канал 2. Кадры, полученные каналом 1, демультиплексируются на канальном уровне согласно сетевому протокольному идентификатору PPP и могут быть посланы NL1, NL2 или MP. Канал 2 примет кадры со всеми сетевыми протокольными идентификаторами, с которыми принимает их канал 1. Кадры, полученные MP, позднее демультиплексируются на сетевом уровне согласно протокольному идентификатору PPP и посылаются NL1 или NL2. Любые кадры, полученные MP для других протоколов сетевого уровня, отбрасываются с помощью стандартного протокольного механизма (Reject).

Пример Multilink-конфигурации

Рис. 9.18. Пример Multilink-конфигурации

Так как межсетевые связи часто используют последовательные каналы (выделенные линии, радиомодемы и пр.), протокол PPP распространен достаточно широко. Он служит и для создания межсетевых туннелей (протокол PPTPPoint to Point Tunneling Protocol; RFC-2637). Протокол PPTP использует MTU=1532, номер порта 5678 и номер версии 0x0100, пакеты данных здесь транспортируются с использованием шифрования и протокола инкапсуляции GRE V2 (см. сноску в начале раздела). Этот протокол поддерживает связь поверх других протоколов, например, TCP/IP или NetBEUI.

< Лекция 8 || Лекция 9: 12345 || Лекция 10 >
Виталий Гордиевских
Виталий Гордиевских

Здравстивуйте, диплом о профессиональной переподготовке по программе "Сетевые технологии" дает право на ведение профессиональной деятельности в какой сфере? Что будет написано в дипломе? (В образце просто ничего неуказано)

Напимер мне нужно чтоб он подходил для направления 09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Андрей Осипов
Андрей Осипов

Здравствуйте! Хотелось бы прояснить следующий вопрос: у МТИ приостановлена государственная аккредитация и когда будет восстановлена- неизвестно, а в диплом о профпереподготовке выдается на базе МТИ (как я понял). Как будет обстоять дело с получением диплома?

Вопрос важный и актуальный, потому что необходимо срочно пройти обучение и получить диплом и не хотелось бы тратить время и платить деньги зря (если диплом окажется недействительным и т.п.). Разъясните, пожалуйста, подробнее ситуацию.

Максим Жигай
Максим Жигай
Россия, г. Челябинск
дима щщщщщщщщщщщ
дима щщщщщщщщщщщ
Россия