数据链路层的PPP协议
互联网用户通常都要连接到某个ISP才能接入到互联网。PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。
PPP协议有三个组成部分:
(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,受最大传送单元MTU的限制。
(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。通信的双方可协商一些选项。
(3)一套网络控制协议NCP。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。
当用户拨号接入ISP后,就建立了一条从用户个人电脑到ISP的物理连接。这时,用户个人电脑向ISP发送一系列的链路控制协议LCP分组(封装成多个PPP帧),以便建立LCP连接。这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数。接着还要进行网络层配置,网络控制协议NCP给新接入的用户个人电脑分配一个临时的IP地址。这样,用户个人电脑就成为互联网上的一个有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。最后释放的是物理层的连接。当用户个人电脑通过调制解调器呼叫路由器时(通常是在屏幕上用鼠标点击一个连接按钮),路由器就能够检测到调制解调器发出的载波信号。在双方建立了物理层连接后,PPP就进入“链路建立”状态,其目的是建立链路层的LCP连接。这时LCP开始协商一些配置选项,即发送LCP的配置请求帧。这是个PPP帧,其协议字段置为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中的一种:
(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:选项有的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)。
协商结束后双方就建立了LCP链路,接着就进入“鉴别”状态。在这一状态,只允许传送LCP协议的分组、鉴别协议的分组以及监测链路质量的分组。若使用口令鉴别协议PAP,则需要发起通信的一方发送身份标识符和口令。系统可允许用户重试若干次。如果需要有更好的安全性,则可使用更加复杂的口令握手鉴别协议CHAP。若鉴别身份失败,则转到“链路终止”状态。若鉴别成功,则进入“网络层协议”状态。在“网络层协议”状态,PPP链路的两端的网络控制协议NCP根据网络层的不同协议互换网络层特定的网络控制分组。现在的路由器都能够同时支持多种网络层协议。PPP协议两端的网络层可以运行不同的网络层协议,但是仍然可使用同一个PPP协议进行通信。
如果在PPP链路上运行的是IP协议,则对PPP链路的每一端配置IP协议模块(如分配IP地址)时就要使用NCP中支持IP的协议(IP控制协议IPCP)。IPCP分组也封装成PPP帧在PPP链路上传送。在低速链路上运行时,双方还可以协商使用压缩的TCP和IP首部,以减少在链路上发送的比特数。当网络层配置完毕后,链路就进入可进行数据通信的“链路打开”状态。链路的两个PPP端点可以彼此向对方发送分组。两个PPP端点还可发送回送请求LCP分组和回送回答LCP分组,以检查链路的状态。
数据传输结束后,可以由链路的一端发出终止请求LCP分组请求终止链路连接,在收到对方发来的终止确认LCP分组后,转到“链路终止”状态。如果链路出现故障,也会从“链路打开”状态转到“链路终止”状态。当调制解调器的载波停止后,则回到“链路静止”状态。
从设备之间无链路开始,到先建立物理链路,再建立链路控制协议LCP链路。经过鉴别后再建立网络控制协议NCP链路,然后才能交换数据。
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