Сетевой межузловой протокол PPP - история возникновения, область применения, основные команды, перспективы

Содержание

Введение 2

Компоненты  PPP 4

Протоколы SLIP и CSLIP 13

Выводы и  перспективы развития 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Канальный уровень модели OSI предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры данных, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня

DLL (Data link layer - канальный уровень) осуществляет:

• обмен между взаимодействующими станциями служебными пакетами, подтверждающими готовность к передаче данных (инициализация);
• обмен между взаимодействующими станциями служебной информацией, подтверждающей правильность соединения (идентификация);
• выделение в последовательности передаваемых битов границ знаков (синхронизация);
• формирование кадров (сегментация);
• обеспечение прозрачности соединения для вышерасположенного уровня;
• обеспечение одинаковой скорости передачи и приема (управление потоком);
• контроль ошибок и запрос повторной передачи;
• обработку сбойных ситуаций;
• разрыв логического соединения (завершение работы канала);
• контроль за состоянием канала (управление каналом).

     Канальный уровень подразделяется на 2 подуровня — нижний подуровень MAC (Media Access Control - управления доступом к среде передачи) регулирует доступ к разделяемой физической среде передачи и верхний подуровень LLC (Logical Link Control - управления логической связью) обеспечивает обслуживание сетевого уровня, на этом уровне работают коммутаторы, мосты.

     На  канальном уровне описывается, каким именно образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование и декодирование информации, а также специальные последовательности битов, определяющих начало и конец пакета данных.

     Протоколы канального уровня модели OSI:

STP, ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS

Протокол PPP

     В конце 1980 гг. Internet, крупная международная  сеть, соединяющая множество исследовательских организаций, университетов и коммерческих концернов, начала испытывать резкий рост числа главных вычислительных машин, обеспечивающих TCP/IP . Преобладающая часть этих главных вычислительных машин была подсоединена к локальным сетям (LAN) различных типов, причем наиболее популярной была Ethernet. Большая часть других главных вычислительных машин соединялись через глобальные сети (WAN), такие как общедоступные сети передачи данных (PDN) типа Х.25. Сравнительно небольшое число главных вычислительных машин были подключены к каналам связи с непосредственным (двухточечным) соединением (т.е. к последовательным каналами связи). Однако каналы связи с непосредственным соединением принадлежат к числу старейших методов передачи информации, и почти каждая главная вычислительная машина поддерживает непосредственные соединения. Например, асинхронные интерфейсы RS-232-С встречаются фактически повсюду.

     Одной из причин малого числа каналов связи IP с непосредственным соединением  было отсутствие стандартного протокола формирования пакета данных Internet. Протокол Point-to-Point Protocol (PPP)  (Протокол канала связи с непосредственным соединением) предназначался для решения этой проблемы. Помимо решения проблемы формирования стандартных пакетов данных Internet IP в каналах с непосредственным соединением, РРР также должен был решить другие проблемы, в том числе присвоение и управление адресами IP, асинхронное (старт/стоп) и синхронное бит-ориентированное формирование пакета данных, мультиплексирование протокола сети, конфигурация канала связи, проверка качества канала связи, обнаружение ошибок и согласование варианта для таких способностей, как согласование адреса сетевого уровня и согласование компрессии информации. РРР решает эти вопросы путем обеспечения расширяемого Протокола Управления Каналом (Link Control Protocol) (LCP)   и семейства Протоколов Управления Сетью (Network Control Protocols) (NCP)  , которые позволяют согласовывать факультативные параметры конфигурации и различные возможности. Сегодня PPP, помимо IP, обеспечивает также и другие протоколы, в том числе IPX  и DECnet .

     В отличие от SLIP- протокола РРР может  работать через любой интерфейс DTE/DCE (например, EIA RS-232-C, EIA RS-422, EIA RS-423 и CCITT V.35). Протокол PPP достаточно неприхотлив  и может работать без управляющих сигналов модемов (таких, как Request to Send, Clear to Send, Data Carrier Detect и Data Terminal Ready). Единственным абсолютным требованием, которое предъявляет РРР, является требование обеспечения дублированных схем (либо специально назначенных, либо переключаемых), которые могут работать как в синхронном, так и в асинхронном последовательном по битам режиме, прозрачном для блоков данных канального уровня РРР. РРР не предъявляет каких-либо ограничений, касающихся скорости передачи информации, кроме тех, которые определяются конкретным примененным интерфейсом DTE/DCE.  

     Компоненты  PPP

     РРР  обеспечивает метод передачи дейтаграмм через последовательные каналы связи с непосредственным соединением. Он содержит три основных компонента:

• Метод формирования дейтаграмм для передачи по последовательным каналам. РРР  использует протокол High-level Data Link Control (HDLC)  (Протокол управления каналом передачи данных высокого уровня) в качестве базиса для формирования дейтаграмм при прохождении через каналы с непосредственным соединением.
• Расширяемый протокол LCP (Link Control Protocol) для организации, выбора конфигурации и проверки соединения канала передачи данных.
• Семейство протоколов NCP (Network Control Protocols) для организации и выбора конфигурации различных протоколов сетевого уровня. РРР предназначен для обеспечения одновременного пользования множеством протоколов сетевого уровня.

     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 управления каналом LCP

Протокол  управления каналом (LCP - Link Control Protocol) является частью PPP. Идеология NCP реализована  и в протоколе TCP. Каждый кадр PPP начинается и завершается флагом 0x7E (b01111110). За стартовым флагом-октетом следует байт адреса, который всегда равен 0xFF. Формат кадра PPP представлен на рисунке 1. Кадр PPP может содержать только целое число байт. При инкапсуляции других пакетов в PPP используется бит-ориентированный протокол HDLC (High-level Data Link Control).

Рис. 1 Формат кадра в протоколе PPP

Поле  адрес всегда содержит байт 0xFF. 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. 1). 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 те же проблемы, о которых говорилось при описании SLIP-протокола, - 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 в отличие от SLIP допускает мультипротокольность и динамическое определение IP-адресов партнеров. Несмотря на определенные преимущества протокола PPP перед SLIP, последний распространен достаточно широко. Не трудно видеть, что все перечисленные физические среды используют последовательный формат передачи информации.

Таблица 1. Стандартизованные DLL-номера протоколов для PPP (поле протокол)

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 (Network Control Protocol). Коды из диапазона 4xxx - 7xxx используются для протоколов с низким уровнем трафика, а коды от Cxxx до Exxx соответствуют управляющим протоколам (например, LCP).

Протокол PPP при установлении соединения предусматривает  процедуру аутентификации, которая  является опционной (смотри рис. 2.). После перехода на сетевой уровень вызывается NCP-протокол, который выполняет необходимую конфигурацию канала.

Рис. 2. 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 производится 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.2). Формат LCP-пакета показан на рис. 3.

Рис. 3. 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.