CN_广域网WAN@PPP协议

WAN和LAN

• WAN:广域网（全写为 wide area network)

• 	广 域 网	局 域 网
  覆盖范围	很广,通常跨区域	较小,通常在一个区域内
  连接方式	结点之间都是点到点连接,但为了提高网络的可靠性,一个结点交换机往往与多个结点交换机相连	普遍采用多点接入技术
  OSI参考模型 层次	3层:物理层,数据链路层,网络层	2层:物理层,数据链路层
  联系与相似点	1.广域网和局域网都是互联网的重要组成构件,从互联网的角度上看,二者平等(不是包含关系)	2.连接到一个广域网或一个局域网上的主机在该网内进行通信时,只需要使用其网络的物理地址
  着重点	强调资源共享	强调数据传输
  传输介质	可以是几千米的光缆线路 万千米级的卫星链路	双绞线/同轴电缆/光纤等
  传输方式	存储-转发

• 广域网中的一个重要问题是路由选择和分组转发。

• 路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路由，以便构造路由表，然后从路由表再构造出转发分组的转发表。

• 分组是通过转发表进行转发的。

• 常见的两种广域网数据链路层协议是PPP协议和HDLC协议。

• PPP目前使用得最广泛，而HDLC已很少使用

PPP协议

• PPP(Point-to-Point Protocol)是使用串行线路通信的面向字节的协议，

  • 该协议应用在直接连接两个结点的链路上。

  • 设计的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同的解决方案。

  • PPP协议是在SLIP协议((Serial Line Internet [Interface]Protocol)串线网际协议)的基础上发展而来的，

    • 它既可以在异步线路上传输，又可在同步线路上使用
    • 不仅用于Modem链路，也用于租用的路由器到路由器的线路。

• 背景：SLIP主要完成数据报的传送，但没有寻址、数据检验、分组类型识别和数据压缩等功能，只能传送IP分组。

  • 如果上层不是IP协议，那么无法传输，并且此协议对一些高层应用也不支持，但实现比较简单。
  • 为了改进SLIP的缺点，于是制定了点对点协议(PPP).

• Point-to-Point Protocol - Wikipedia

  • In computer networking, Point-to-Point Protocol (PPP) is a data link layer (layer 2) communication protocol between two routers directly without any host or any other networking in between. It can provide loop connection authentication, transmission encryption,[1] and data compression.

    PPP is used over many types of physical networks, including serial cable, phone line, trunk line, cellular telephone, specialized radio links, ISDN, and fiber optic links such as SONET. Since IP packets cannot be transmitted over a modem line on their own without some data link protocol that can identify where the transmitted frame starts and where it ends, Internet service providers (ISPs) have used PPP for customer dial-up access to the Internet.

    Two derivatives of PPP, Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE) and Point-to-Point Protocol over ATM (PPPoA), are used most commonly by ISPs to establish a digital subscriber line (DSL) Internet service LP connection with customers.

PPP协议有三个组成部分：

LCP

• 链路控制协议(LCP) (Link Control Protocol)
  • 一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路。
  • PPP协议帧在默认配置下，地址和控制域总是常量
  • 所以LCP提供了必要的机制，允许双方协商一个选项。
  • 在建立状态阶段，LCP协商数据链路协议中的选项，它并不关心这些选项本身，只提供一个协商选择的机制。

NCP

• 网络控制协议(NCP).(Network Control Protocol)
  • PPP协议允许同时采用多种网络层协议，
  • 每个不同的网络层协议要用一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

成帧方法

• 一个将P数据报封装到串行链路的方法
  • P数据报在PPP帧中就是其信息部分，这个信息部分的长度受最大传送单元(MTU)的限制。

PPP帧的格式

• 名称	字节数	描述
  标记	1	标记出帧的头或尾
  地址	1	广播地址
  控制	1	控制字
  协议	2	数据报文中所使用的协议
  信息	不定长(0或更多)	数据报文
  冗余填充	不定长(0或更多)	可选的冗余填充
  帧校验序列 (FCS)	2(或4)	错误校验

• 

• PPP 帧的首部和尾部分别为 4 个字段和2 个字段。

  • 前3个字段和最后2个字段与HDLC帧是一样的

• 标志字段F

  • F = 0x7E （符号“0x”表示后面的字符是用十六进制表示)
    • 十六进制的7E 的二进制表示是01111110
  • 若它出现在信息字段中，就必须做字节填充
    • 使用的控制转义字节是7D(01111101)。
  • 前后(首部和尾部中的标记字段)各占1字节

• 地址字段A

  • 只置为0xFF。地址字段实际上并不起作用。

• 控制字段C

  • 通常置为0x03
  • PPP是面向字节的，因而所有PPP帧的长度都是整数个字节。

• 第4个字段是协议段，占2字节，

  • 在HDLC中没有该字段

  • 它是说明信息段中运载的是什么种类的分组。

  • 以比特0开始的是诸如IP、IPX和AppleTalk这样的网络层协议；

  • 以比特1开始的被用来协商其他协议，包括LCP及每个支持的网络层协议的一个不同的NCP.

  • 若为0x0021，则信息字段就是 IP 数据报。

  • 若为0x8021，则信息字段是网络控制数据。

  • 若为0xC021，则信息字段是PPP 链路控制数据。

  • 若为0xC023，则信息字段是鉴别数据。

• 第5段信息段的长度是可变的，大于等于0且小于等于1500字节。

  • 为了实现透明传输，当信息段中出现和标志字段一样的比特组合时，必须采用一些措施来改进。

• 第6个字段是帧检验序列(FCS),占2字节，即循环冗余码检验中的冗余码。

  • 检验区包括地址字段、控制字段、协议字段和信息字段

信息部分范围

• 因为PPP是点对点的，并不是总线形，所以无须采用CSMA/CD协议，自然就没有最短帧，所以信息段占0_{1500字节，而不是46}1500字节。

工作过程

• PPP链路建立、使用、撤销所经历的状态:
• 当线路处于静止状态时，不存在物理层连接。
• 当线路检测到载波信号时，建立物理连接，线路变为建立状态。
• LCP开始选项商定，商定成功后就进入身份验证状态。
• 双发身份验证(鉴别)通过后，进入网络层协议状态。
• 采用NCP配置网络层，配置成功后，进入(链路)打开状态，然后就可进行数据传输。
• 当数据传输完成后，线路转为终止状态。
• 载波停止后则回到静止状态。
• 

PPP协议特点

• PPP提供差错检测(具有差错控制的功能)但不提供纠错功能，

  • 只保证无差错接收(通过硬件进行CRC校验)。
  • 它是不可靠的传输协议，因此也不使用序号和确认机制。

• 它仅支持点对点的链路通信，不支持多点线路。

• PPP只支持全双工链路🎈

• PPP的两端可以运行不同的网络层协议，但仍然可使用同一个PPP进行通信。

  • 也就是支持多种协议

• 支持身份验证

  • PPP支持两种认证：一种是PAP,一种是CHAP

  • 相对来说，PAP的认证方式的安全性没有CHAP的高。

    • PAP在传输密码时是明文，而CHAP在传输过程中不传输密码，取代密码的是hash（哈希）值。
    • PAP认证通过两次握手实现，而CHAP认证则通过3次握手实现。
    • PAP认证由被叫方提出连接请求，主叫方响应
    • CHAP认证则由主叫方发出请求，被叫方回复一个数据报，这个数据报中有主叫方发送的随机哈希值，主叫方在确认无误后发送一个连接成功的数据报连接
    • PPP可用于拨号连接，因此支持动态分配IP地址

透明传输

• PPP是面向字节的，当信息字段出现和标志字段一致的比特组合时，PPP有两种不同的处理方法：
  • 若PPP用在异步线路（默认），则采用字节填充法；(特殊的字符填充法)
  • 若PPP用在SONET/SDH等同步线路，则协议规定采用硬件来完成比特填充(和HDLC的做法一样)。

WAN&Internet

• 广域网不等于互联网。
• 互联网可以连接不同类型的网络（既可以连接局域网，又可以连接广域网），通常使用路由器来连接。
  • 广域网是单一的网络，通常使用结点交换机连接各台主机（或路由器），而不使用路由器连接网络。
  • 其中结点交换机在单个网络中转发分组，
  • 路由器在多个网络构成的互联网中转发分组
  • 尽管广域网的覆盖范围较大，但从互联网的角度看，广域网和局域网之间并非包含关系(协议/技术不同)，而是平等的关系
  • 不管是在广域网中还是在局域网中，主机间在网内进行通信时，都只需使用其物理地址。
• 以太网是局域网的一种实现形式
• 其他实现形式还有令牌环网
• FDDI(光纤分布数字接口，IEEE802.8)等。
• 其中以太网的逻辑拓扑是总线形结构，物理拓扑是星形或拓展星形结构。
• 令牌环网的逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星形结构。
• FDDI逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结构。