前言
一、ppp/pppd/chat关系及数据收发
- 1、协议相关介绍
- - 1.1 什么是PPP
  - - PPP认证
  - 1.2 什么是PPPD
  - 1.3 什么是chat
  - 1.4 他们之间的联系
  - - 应用关系
    - 数据收发流程
    - - 发送数据流程
      - 接收数据流程
二、拨号上网流程
- 2.1 硬件准备
- 2.2 软件准备
- 3.3拨号脚本
- 开始拨号

前言

在学习4G拨号前，我们要先把ppp/pppd/chat关系及数据收发给捋清楚了。为了加深映像，特此写下这篇博客

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、ppp/pppd/chat关系及数据收发

1、协议相关介绍

1.1 什么是PPP

PPP（Point- to-Point Protocol点到点协议）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。

链路控制协议 LCP（Link Control Protocol）；
网络控制协议 NCP（NetworkControlProtocol）；
认证协议：口令验证协议PAP（PasswordAuthenticationProtocol）和挑战握手验证协议CHAP（Challenge-HandshakeAuthentication Protocol）。

PPP认证

LCP协商，协商内容包括除1661中所定义的选项之外，还要考虑OA和OE中规定的内容。
LCP协商过后就到了Establish阶段，开始PAP或CHAP认证。PAP为两次握手认证，口令为明文。PAP认证过程如下：发送用户名同口令到认证方，认证方查看是否有此用户，口令是否正确，然后发送相应的响应。CHAP为三次握手认证，口令为密文（密钥）CHAP认证由认证方发送一些随机产生的报文，交给被认证，被认证方用自己的口令字用MD5算法进行加密，传回密文，认证方用自己保存的口令字及随机报文用MD5算法加密，比较二者的密文，根据比较结果返回响应的响应。
认证成功即进行Network阶段协商（NCP），在IP接入中主要是IPCP协商（如IP地址和地址的协商等）。任何阶段的协商失败都将导致链路的拆除。
协商成功，则链路建立成功，可以开始传输网络层数据报文。

1.2 什么是PPPD

pppd是一个后台服务进程(daemon)，是一个用户空间的进程，所以把策略性的内容从内核的PPP协议处理模块移到pppd中是很自然的事了。pppd实现了所有鉴权、压缩/解压和加密/解密等扩展功能的控制协议。

在pppd里，每种协议实现都在独立的C文件中，它们通常要实现protent接口，该接口主要用于处理数据包，和fsm_callbacks接口，该接口主要用于状态机的状态切换。数据包的接收是由main.c: get_input统一处理的，然后根据协议类型分发到具体的协议实现上。而数据包的发送则是协议实现者根据需要调用output函数完成的

1.3 什么是chat

chat 程序是一个自动聊天程序，程序非常简单，chat根据配置的信息主动向stderr 输出信息，同时，从stdin获得期望输入。chat程序输入端口为stdin，输入端口为stderr。所以，如果使用本程序进行拨号上网时，必需将stdin与stderr映射到对应的串口。

1.4 他们之间的联系

应用关系

PPP协议（PPPD协助) PPP
pppd是一个普通的用户进程，pppd 与内核中的PPP协议处理模块之间采用最传统的内核空间与用户空间之间通信方式：设备文件;设备文件名是/dev /ppp。通过read系统调用，pppd可以读取PPP协议处理模块的数据包，当然，PPP协议处理模块只会把应该由pppd处理的数据包发给 pppd。通过write系统调用，pppd可以把要发送的数据包传递给PPP协议处理模块。通过ioctrl系统调用，pppd可以设置PPP协议的参数，可以建立/关闭连接。

chat是pppd所带一个辅助工具。 chat用来与GSM模组建立会话。它的实现比较简单，它向串口发送AT命令，建立与GSM模组的会话，以便让PPP协议可以在串口上传输数据包。

数据收发流程

应用程序通过socket接口发送TCP/IP数据包，这些TCP/IP数据包如何流经PPP协议处理模块，然后通过串口发送出去呢？pppd在make_ppp_unit函数中调用ioctrl(PPPIOCNEWUNIT)创建一个网络接口（如ppp0），内核中的PPP协议模块在处理PPPIOCNEWUNIT时，调用 register_netdev向内核注册ppp的网络接口，该网络接口的传输函数指向ppp_start_xmit。

发送数据流程

当应用程序发送数据时，内核根据IP地址和路由表，找到ppp网络接口，然后调用ppp_start_xmit函数，此时控制就转移到PPP协议处理模块了。 ppp_start_xmit调用函数ppp_xmit_process去发送队列中的所有数据包，ppp_xmit_process又调用 ppp_send_frame去发送单个数据包，ppp_send_frame根据设置，调用压缩等扩展处理之后，又经ppp_push调用 pch->chan->ops->start_xmit发送数据包。

pch->chan->ops->start_xmit 是什么？它就是具体的传输方式了，比如说对于串口发送方式，则是ppp_async.c: ppp_asynctty_open中注册的ppp_async_send函数，ppp_async_send经ppp_async_push函数调用 tty->driver->write把数据发送串口。

应

                 用程序                                                      pppd|                                                           ||                                                           |socket                                                    /dev/ppp|                                                           ||                                                           |PPP协议模块||tty||GSM模组

pppd的控制协议数据发送过程：
pppd --Pap/chap/eap(etc)–> /dev/ppp --> PPP协议模块 --> tty --> GSM模组

接收数据流程

ppp_async.c在初始化时(ppp_async_init)，调用tty_register_ldisc向tty注册了行规程处理接口，也就是一组回调函数，当串口tty收到数据时，它就会回调ppp_ldisc的ppp_asynctty_receive函数接收数据。ppp_asynctty_receive调用ppp_async_input把数据buffer转换成sk_buff，并放入接收队列ap->rqueue中。

ppp_async另外有一个tasklet(ppp_async_process)专门处理接收队列ap->rqueue中的数据包，ppp_async_process一直挂在接收队列ap->rqueue上，一旦被唤醒，它就调用ppp_input函数让PPP协议处理模块处理该数据包。

在ppp_input函数中，数据被分成两路，一路是控制协议数据包，放入pch->file.rqb队列，交给pppd处理。另外一路是用户数据包，经ppp_do_recv/ppp_receive_frame进行PPP处理之后，再由netif_rx提交给上层协议处理，最后经socket传递到应用程序。

 应用程序                                          pppd|                                               ||                                               |socket                                           /dev/ppp|                                         ||                                         |PPP协议模块||tty||GSM模组

二、拨号上网流程

2.1 硬件准备

树莓派3B
EC20 4G模块
嵌入式开发板
模块天线
联通电话卡
（由于东西还没准备好，后期更新放上来）

2.2 软件准备

因为树莓派上已经支持了4G模块的驱动，插上之后能自动检测出来，需要准备的只有应用层的pppd程序，两种方式，网上下载源码到树莓派上编译安装，另一种 sudo apt-get install ppp都可，在安装好ppp相关驱动后，就可以开始写我们的拨号脚本了。

3.3拨号脚本

脚本的编写可简单可复杂，为了清晰明了，下面就介绍简单版本的。（没有通过传参配置会导致我们每次想修改配置的时候都要改脚本）
脚本出处：https://blog.csdn.net/weixin_45121946/article/details/107284629?spm=1001.2014.3001.5501

初始化脚本
rasppp

# /etc/ppp/peers/rasppp# Usage: sudo pppd call rasppp# 连接调试时隐藏密码
hide-password# 该手机不需要身份验证4
noauth# 用于呼叫控制脚本
connect '/usr/sbin/chat -s -v -f /etc/ppp/peers/rasppp-chat-connect'# 断开连接脚本
disconnect '/usr/sbin/chat -s -v -f /etc/ppp/peers/rasppp-chat-disconnect'# 调试信息
debug# 4G模块
/dev/ttyUSB2# 串口波特率
115200# 使用默认路由
defaultroute# 不指定默认IP
noipdefault# 不使用PPP压缩
novj
novjccomp
noccp
ipcp-accept-local
ipcp-accept-remote
local# 最好锁定串行总线
lock
dump# 保持pppd连接到终端
nodetach# 用户名 密码
# user
# password
#移动，联通拨号不需要用户名密码，文末给出不同运营商的配置# 硬件控制流
crtscts
remotename 3gppp
ipparam 3gppp# 请求最多两个DNS服务器地址
usepeerdns

rasppp-chat-connect

# 连续15秒，收到以下字符，则退出执行
TIMEOUT 15
ABORT   "BUSY"
ABORT   "ERROR"
ABORT   "NO ANSWER"
ABORT   "NO CARRTER"
ABORT   "NO DIALTONE"# 40秒内没有收到指定字符，则退出
# 例如 OK \rATZ,发送ATZ，希望收到的是OK
""AT
OK \rATZ# 建立连接，联通为3gnet,文末给出各运营商配置
OK \rAT+CGDCONT=1,"IP","3gnet"# 拨号,*99#是联通的拨号号码
OK-AT-OK ATDT*99#
CONNECT \d\c

rasppp-chat-disconnect

ABORT "ERROR"
ABORT "NO DIALTONE"
SAY "\NSending break to the modem\n"
""\k"
""+++ATH"
SAY "\nGood bye !\n"

开始拨号

（这里所用的PPP拨号脚本与上面的不同）

拨号成功后，会返回两个DNS域名，如果拨号失败，要注意不同运营商的拨号方式是不一样的，比如电信需要填写用户名和密码，而移动和联通则不需要，拨号号码也不相同联通是 *99# ，电信是 #777，这些都需要注意.

现在，使用ifconfig查看网卡。可以看到多了一个网卡ppp10，这其实是pppd模拟出来的一个虚拟网卡，其数据最终仍然是发送到usb3上进行处理。现在就可以使用该网卡上网了。

参考资料：
https://blog.csdn.net/eydwyz/article/details/54602459
https://blog.csdn.net/weixin_45121946/article/details/107284629?spm=1001.2014.3001.5501

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