PPP协议相关知识简介.pdf

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1、 PPP 协议相关知识简介 PPP协议 摘 要：PPP协 议 是 目 前 广 域 网 上 应 用 最 广 泛 的 协 议 之 一，它 的 优 点 在 于 简 单、具 备 用 户 验 证 能 力、能 够 解 决 IP 分 配 等。家 庭 拨 号 上 网 就 是 通 过 PP P 在 用 户 端与 运 营 商 的 接 入 服 务 器 之 间 建 立 通 信 链 路。目 前，宽 带 接 入 正 在 成 为 取 代 拨号 上 网 的 趋 势，在 宽 带 接 入 技 术 日 新 月 异 的 今 天，PPP 也 衍 生 出 新 的 应 用。典型 的 应 用 是 在 ADS L（非 对 称 数 据 用 户

2、环 线，Asy mmet rical Digit al Su bscr iber Lo op）接 入 方 式 当 中，PP P 与 其 他 的 协 议 共 同 派 生 出 了 符 合 宽 带 接 入 要 求 的 新的 协 议，如 P PPoE（PP P ov er Et hern et），PP PoA（PPP over ATM）。因 此 本文 将 介 绍 PPP 的 链 接 与 应 用。关 键 词：PPP 链 路 PPP 协 议 一、PPP：点 对 点 协 议（Point to Point Protocol）点 对 点 协 议（PPP）为 在 点 对 点 连 接 上 传 输 多 协 议数 据

3、包 提 供 了 一 个 标 准 方 法。PPP 最 初 设 计 是 为 两 个对 等 节 点 之 间 的 IP 流 量 传 输 提 供 一 种 封 装 协 议。在 TCP-IP 协 议 集 中 它 是 一 种 用 来 同 步 调 制 连 接 的 数 据链 路 层 协 议（OSI 模 式 中 的 第 二 层），替 代 了 原 先 非标 准 的 第 二 层 协 议，即 SLIP。除 了 IP 以 外 PPP 还能 够 携 带 其 它 协 议，包 含 DECnet 与 Novell 的 Internet 网 包 交 换（IPX）。PPP 要 紧 由 下 列 几 部 分 构 成：封 装：一 种 封 装

4、 多 协 议 数 据 报 的 方 法。PPP 封 装 提供 了 不 一 致 网 络 层 协 议 同 时 在 同 一 链 路 传 输 的 多 路 复 用技 术。PPP 封 装 精 心 设 计，能 保 持 对 大 多 数 常 用 硬 件 的兼 容 性。链 路 操 纵 协 议：PPP 提 供 的 LCP 功 能 全 面，适 用 于大 多 数 环 境。LCP 用 于 就 封 装 格 式 选 项 自 动 达 成 一 致，处 理 数 据 包 大 小 限 制，探 测 环 路 链 路 与 其 他 普 通 的 配 置 错误，与 终 止 链 路。LCP 提 供 的 其 他 可 选 功 能 有：认 证 链路 中 对

5、 等 单 元 的 身 份，决 定 链 路 功 能 正 常 或 者 链 路 失 败 情况。网 络 操 纵 协 议：一 种 扩 展 链 路 操 纵 协 议，用 于 建 立、配 置、测 试 与 管 理 数 据 链 路 连 接。配 置：使 用 链 路 操 纵 协议 的 简 单 与 自 制 机 制。该 机 制 也 应 用 于 其 它 操 纵 协 议，比如：网 络 操 纵 协 议（NCP）。配 置：使 用 链 路 操 纵 协 议 的 简 单 与 自 制 机 制。该 机 制也 应 用 于 其 它 操 纵 协 议，如：网 络 操 纵 协 议(NCP).二、HDLC帧 结 构 与 PPP帧 结 构 比 较 1.

6、HDLC的 帧 结 构：从 网 络 层 交 下 来 的 分 组，变 成 为 数 据 链 路 层 的 数 据。这 就 是 图 1中 的 信 息 字 段。信 息 字 段 的 长 度 没 有 具 体 规 定。数 据 链 路 层 在 信 息 字 段 的 头 尾 各 加 上 24bit的 操 纵 信 息，这 样 就 构 成 了 一 个 完 整 的 帧。HDLC规 定 了 一 个 帧 的 开 头（即 首 部 中 的 第 一 个 字 节）与 结 尾（即 尾 部 中 的 最 后 一 个字 节）各 放 入 一 个 特 殊 的 标 记，作 为 一 个 帧 的 边 界。这 个标 记 就 叫 做 标 志 d字 段 F

7、。标 志 字 段 F为 6个 连 续 1加 上 两 边各 一 个 0共 8位。地 址 字 段 A也 是 8个 比 特，它 通 常 被 写 入次 站 的 地 址。帧 校 验 序 列 FSC字 共 占 16位，使 用CRC-CCITT生 成 多 项 式。操 纵 字 段 功 8位，是 最 复 杂 的 字段,HDLC的 许 多 重 要 功 能 都 要 靠 操 纵 字 段 来 实 现。根 据 其前 面 两 个 比 特 的 取 值，可 将 HDLC的 许 多 帧 划 分 为 三 大 类，即 信 息 帧、监 督 帧 与 无 编 号 帧。此 主 题 有 关 图 片 如 下：8 16 24 40 bits Va

8、riable 16-32 bits Flag Address Control Protocol Information FCS 2.点 对 点 协 议 PPP的 帧 结 构：PPP帧 格 式 与 HDLC的 相似，PPP帧 的 前 3个 字 段 与 最 后 两 个 字 段 与 HDLC的 格 式 是一 样 的。PPP不 是 面 向 比 特 的，因 而 所 有 的 PPP帧 的 长 度都 是 整 数 个 字 节。与 HDLC不 一 致 的 是 多 了 一 个 2个 字 节 的协 议 字 段。当 协 议 字 段 为 0X0021时，信 息 字 段 就 是 IIP数据 报。若 为 0XC021,则

9、信 息 字 段 是 链 路 操 纵 数 据，而0X8021表 示 这 是 网 络 操 纵 数 据。三、PPP链 路 建 立 过 程 与 认 证 方 式 1.PPP链 路 建 立 过 程 PPP协 议 中 提 供 了 一 整 套 方 案 来 解 决 链 路 建 立、保护、拆 除、上 层 协 议 协 商、认 证 等 问 题。PPP协 议 包 含 这样 几 个 部 分：链 路 操 纵 协 议 LCP（Link Control Protocol）；网 络 操 纵 协 议 NCP（Network Control Protocol）；认 证协 议，最 常 用 的 包 含 口 令 验 证 协 议 PAP（P

10、assword Authentication Protocol）与 挑 战 握 手 验 证 协 议 CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。LCP负 责 创 建，保 护 或 者 终 止 一 次 物 理 连 接。NCP是一 族 协 议，负 责 解 决 物 理 连 接 上 运 行 什 么 网 络 协 议，与 解决 上 层 网 络 协 议 发 生 的 问 题。下 面 介 绍 PPP链 路 建 立 的 过 程：PPP链 路 状 态 机 如 图 1所 示。一 个 典 型 的 链 路 建 立 过程 分 为 三 个 阶 段：创 建 阶 段、认 证

11、阶 段 与 网 络 协 商 阶 段。阶 段 1：创 建 PPP链 路 LCP负 责 创 建 链 路。在 这 个 阶 段，将 对 基 本 的 通 讯 方式 进 行 选 择。链 路 两 端 设 备 通 过 LCP向 对 方 发 送 配 置 信 息报 文（Configure Packets）。一 旦 一 个 配 置 成 功 信 息 包（Configure-Ack packet）被 发 送 且 被 接 收，就 完 成 了交 换，进 入 了 LCP开 启 状 态。应 当 注 意，在 链 路 创 建 阶 段，只 是 对 验 证 协 议 进 行 选 择，用 户 验 证 将 在 第 2阶 段 实 现。阶 段

12、2：用 户 验 证 在 这 个 阶 段，客户 端 会 将 自 己 的 身 份 发 送 给 远 端 的 接入 服 务 器。该阶 段 使 用 一 种 安 全 验 证 方 式 避 免 第 三 方 窃 取数 据 或 者 冒 充 远 程 客 户 接 管 与 客 户 端 的 连 接。在认 证 完 成之 前，禁 止 从 认 证 阶 段 前 进 到 网 络 层 协 议 阶 段。假 如 认 证失 败，认 证 者 应 该 跃 迁 到 链 路 终 止 阶 段。在 这 一 阶 段 里，只 有 链 路 操 纵 协 议、认 证 协 议，与 链路 质 量 监 视 协 议 的 packets是 被 同 意 的。在 该 阶 段

13、 里 接 收到 的 其 他 的 packets务 必 被 静 静 的 丢 弃。阶 段 3：调 用 网 络 层 协 议 认 证 阶 段 完 成 之 后，PPP将 调 用 在 链 路 创 建 阶 段（阶段 1）选 定 的 各 类 网 络 操 纵 协 议（NCP）。选 定 的 NCP解决 PPP链 路 之 上 的 高 层 协 议 问 题，比 如，在 该 阶 段 IP操 纵协 议（IPCP）能 够 向 拨 入 用 户 分 配 动 态 地 址。这 样，通 过 三 个 阶 段 以 后，一 条 完 整 的 PPP链 路 就 建立 起 来 了。2.认 证 方 式 1）口 令 验 证 协 议（PAP）PAP是

14、一 种 简 单 的 明 文 验 证 方 式。NAS（网 络 接 入 服务 器，Network Access Server）要 求 用 户 提 供 用 户 名 与口 令，PAP以 明 文 方 式 返 回 用 户 信 息。很 明 显，这 种 验 证方 式 的 安 全 性 较 差，第 三 方 能 够 很 容 易 的 获 取 被 传 送 的 用户 名 与 口 令，并 利 用 这 些 信 息 与 NAS建 立 连 接 获 取 NAS提供 的 所 有 资 源。因 此，一 旦 用 户 密 码 被 第 三 方 窃 取，PAP无 法 提 供 避 免 受 到 第 三 方 攻 击 的 保 障 措 施。2）挑 战-握

15、 手 验 证 协 议（CHAP）CHAP是 一 种 加 密 的 验 证 方 式，能 够 避 免 建 立 连 接 时传 送 用 户 的 真 实 密 码。NAS向 远 程 用 户 发 送 一 个 挑 战 口 令（challenge），其 中 包 含 会 话 ID与 一 个 任 意 生 成 的 挑 战字 串（arbitrary challengestring）。远 程 客 户 务 必 使 用MD5单 向 哈 希 算 法（one-way hashing algorithm）返 回用 户 名 与 加 密 的 挑 战 口 令，会 话 ID与 用 户 口 令，其 中 用 户名 以 非 哈 希 方 式 发 送

16、。CHAP对 PAP进 行 了 改 进，不 再 直 接 通 过 链 路 发 送 明 口 令，而 是 使 用 挑 战 口 令 以 哈 希 算 法 对 口 令 进 行 加 密。由 于 服 务器 端 存 有 客 户 的 明 文 口 令，因 此 服 务 器 能 够 重 复 客 户 端 进行 的 操 作，并 将 结 果 与 用 户 返 回 的 口 令 进 行 参 照。CHAP为 每 一 次 验 证 任 意 生 成 一 个 挑 战 字 串 来 防 止 受 到 再 现 攻击（replay attack）。在 整 个 连 接 过 程 中，CHAP将 不 定时 的 向 客 户 端 重 复 发 送 挑 战 口 令

17、，从 而 避 免 第 3方 冒 充 远程 客 户（remote client impersonation）进 行 攻 击。四、PPP协 议 的 应 用 尽 管 有 关 驻 地 网 的 各 类 争 论 仍 在 继 续，但 宽 带 驻 地 网用 户 的 接 入 业 务 目 前 已 经 在 各 地 推 出，不 管 如 何，网 络 基础 设 施 的 建 设 都 会 先 行 一 步，我 们 的 讨 论 将 从 技 术 角 度 入手。比 较 典 型 的 驻 地 网 用 户 接 入 方 式 是 使 用 PPPoE或 者Web+DHCP方 式，这 两 种 方 式 各 有 什 么 利 弊 呢？一)、PPPoE方

18、 式 PPPoE方 式 是 在 用 户 端 安 装 了 一 个 PPPoE客 户 端 软 件。用 户 上 网 前 运 行 该 客 户 端 软 件，输 入 用 户 名 与 密 码，由 客户 端 软 件 发 出 第 二 层 广 播 包，寻 找 PPPoE宽 带 接 入 服 务 器（BAS），由 BAS将 用 户 信 息 送 往 Radius服 务 器，对 该 用 户进 行 认 证。假 如 认 证 通 过，BAS发 送 计 费 开 始 包 至 计 费 服务 器，对 该 用 户 进 行 计 费，并 同 意 用 户 上 网，BAS为 每 一个 用 户 储 存 一 个 表。用 户 下 网 时，点 击 客

19、户 端 软 件 的 断 开按 钮，客 户 端 软 件 发 出 下 网 信 息 给 BAS,由 BAS通 知 计 费 服务 器 停 止 计 费，并 清 除 用 户 表 项，用 户 退 网。从 以 上 原理 性 描 述 中，能 够 看 到，PPPoE利 用 了 PPP协 议 的 优 点，模拟 了 电 话 拨 号 用 户 的 上 网 方 式，大 概 是 一 个 完 美 的 解 决 方案。该 方 式 要 紧 有 下 列 优 点：1.PPPoE类 似 于 电 话 拨 号 上 网 的 过 程，能 够 利 用 原 有电 话 拨 号 用 户 的 运 营 模 式，集 中 设 立 用 户 数 据 库，集 中 设立

20、 AAA Server，可 管 理 性 较 强。2.PPPoE便 于 开 展 多 服 务 选 择 服 务。对 不 一 致 服 务，能 够 用 不 一 致 的 用 户 名 后 缀 来 区 分。3.PPPoE方 式 能 够 对 用 户 进 行 严 格 的 速 率 限 制，便 于对 用 户 速 率 需 求 进 行 量 体 裁 衣，区 别 收 费。但 是，在 运 营过 程 中，PPPoE的 也 暴 露 了 一 些 缺 点：1.PPPoE接 入 方 式 在 用 户 端 安 装 了 客 户 端 软 件，带 来了 许 多 问 题。首 先，现 在 流 行 的 客 户 端 软 件 都 是 第 三 方软 件，不

21、是 开 发 操 作 系 统 厂 家 的 产 品，在 实 际 应 用 中，会出 现 许 多 不 兼 容 的 现 象。比 如，经 常 性 发 生 流 量 停 顿、用户 上 网 不 流 畅 等 现 象。还 有，一 些 软 件 对 不 一 致 系 统 的 兼容 性 不 好，比 如,有 的 能 够 在 Windows 95/98上 安 装，却 不能 在 Windows 2000系 列 上 安 装。其 次，用 户 端 的 情 况 比 较复 杂，用 户 的 运 行 虚 拟 拨 号 的 机 器 上 很 多 都 同 时 运 行 了 代理 软 件，甚 至 运 行 了 Web Server、办 公 自 动 化 等

22、软 件，造成 应 用 之 间 的 冲 突，导 致 PPPoE软 件 运 行 不 正 常，用 户 报障 频 繁，给 运 营 商 带 来 了 巨 大 的 保 护 压 力。再 有，客 户端 软 件 需 要 购 买 正 版 版 权，这 对 运 营 商 来 说 是 一 个 繁 重 的负 担。2.PPPoE方 式 基 于 第 二 层 广 播 机 制，使 BAS与 用 户 处于 同 一 个 广 播 域，这 样，大 大 限 制 了 网 络 的 扩 展 性。同 时，所 有 用 户 都 处 于 一 个 广 播 域，使 用 户 在 第 二 层 互 通，造 成了 用 户 对 安 全 问 题 的 投 诉。3.PPPoE

23、方 式 的 用 户 流 量 全 部 通 过 BAS，用 户 流 量 增大 后，BAS将 会 成 为 瓶 颈。二)、Web+DHCP方 式 Web+DHCP方 式 不 需 要 在 用 户 端 安 装 客 户 端 软 件,用 户开 机 后，计 算 机 通 过 二 层 广 播 寻 找 DHCP服 务 器，DHCP服 务器 授 予 用 户 计 算 机 地 址、网 关、DNS，这 时 用 户 只 能 够 访问 一 个 固 定 的 登 陆 地 址，用户 打 开 浏 览 器 输 入 固 定 登 陆 网址，在 登 陆 页 面 上，输 入 用 户 名 与 口 令，Web Server能 够内 置 于 用 户 网

24、 关 设 备 上，同 时 做 为 Radius的 客 户 端。由 该设 备 将 用 户 信 息 送 往 Radius认 证 服 务 器 进 行 认 证。用户 通过 认 证 后，用 户 网 关 设 备 上 为 每 一 用 户 建 立 一 个 用 户 表项，授 予 用 户 操 纵 策 略，并 通 知 计 费 服 务 器 开 始 计 费。用户 下 网 时，在 登 陆 页 面 上 点 击 退 出 按 钮，Web Server收 到退 出 信 息 后，通 知 Radius停 止 计 费，同 时 清 除 用 户 表 项。从 以 上 原 理 性 叙 述 能 够 看 出 Web+DHCP的 认 证 方 式 有

25、 下 列优 点：1.同 PPPoE方 式 一 样，能 够 利 用 原 有 电 话 拨 号 用 户 的运 营 模 式，通 过 设 立 集 中 用 户 数 据 库，集 中 认 证、计 费，可 管 理 性 较 强。2.用 户 端 不 需 要 安 装 客 户 端 软 件，诸 如 客 户 端 软 件所 引 起 的 兼 容 性、稳 固 性 与 版 权 的 问 题 均 不 存 在 了，大 大减 轻 了 运 营 商 的 保 护 压 力，降 低 了 用 户 报 障 率。3.DHCP Server能 够 与 用 户 处 于 同 一 网 段，用 户 的DHCP 请 求 能 够 通 过 DHCP Relay跨 越 路

26、 由 器，不 必 像 PPPoE方 式 那 样 需 要 使 BAS与 用 户 处 于 同 一 网 段，大 大 增 加 了 网络 的 扩 展 性。但 是，该 种 方 式 也 有 缺 点:1.关 于 防 止 用 户 IP地 址 的 盗 用 缺 乏 有 效 手 段，但 是它 能 够 通 过 用 户 网 关 设 备 上 的 用 户 表 项，通 过VLAN+IP+MAC来 处 理,而 且，作 为 电 信 级 服 务，也 应 该 这 样做。2.现 阶 段 的 产 品 不 能 对 用 户 速 率 进 行 严 格 的 限 制。但 是,应 该 看 到,网 络 带 宽 的 价 格 会 越 来 越 便 宜,未 来

27、的 趋势 将 是 用 户 以 10/100Mbps上 网,运 营 商 吸 引 用 户 的 是 多 样的 内 容 服 务，而 不 是 带 宽 的 多 少。3.许 多 用 户 在 第 二 层 混 合，容 易 引 起 安 全 上 的 问 题。五、总 结 Web+DHCP与 PPPoE各 有 优 点，假 如 运 营 商 偏 重 于 多业 务 能 力 与 对 用 户 的 不 一 致 速 率 的 区 别 服 务 的 话，能 够 使用 PPPoE方 式;假 如 运 营 商 侧 重 于 降 低 保 护 成 本、减 轻 保护 压 力、增 加 用 户 满 意 度，则 Web+DHCP有 明 显 优 势。参与文献：1.Cisco 网络技术教程 魏大新 李育龙 编著 电子工业出版社