Frame relay технология кадры ethernet. Технология Frame Relay. Использование технологии АТМ

PPP (сетевой протокол)

PPP (англ. Point-to-Point Protocol ) - двухточечный протокол канального уровня (Data Link) сетевой модели OSI . Обычно используется для установления прямой связи между двумя узлами сети, причем он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование (с использованием ECP, RFC 1968) и сжатие данных. Используется на многих типах физических сетей: нуль-модемный кабель, телефонная линия, сотовая связь и т. д.

Часто встречаются подвиды протокола PPP такие, как Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE), используемый для подключения по Ethernet, и иногда через DSL; и Point-to-Point Protocol over ATM (PPPoA), который используется для подключения по ATM Adaptation Layer 5 (AAL5), который является основной альтернативой PPPoE для DSL .

PPP представляет собой целое семейство протоколов: протокол управления линией связи (LCP), протокол управления сетью (NCP), протоколы аутентификации (PAP , CHAP), многоканальный протокол PPP (MLPPP).

Основные характеристики

PPP протокол был разработан на основе HDLC и дополнен некоторыми возможностями, которые до этого встречались только в проприетарных протоколах.

Автоматическая настройка

После того, как соединение было установлено, поверх него может быть настроена дополнительная сеть. Обычно, используется Internet Protocol Control Protocol (IPCP), хотя Internetwork Packet Exchange Control Protocol (IPXCP) и AppleTalk Control Protocol (ATCP) были когда-то популярны. Internet Protocol Version 6 Control Protocol (IPv6CP) получит большее распространение в будущем, когда IPv6 заменит IPv4 как основной протокол сетевого уровня.

Многопротокольная поддержка

PPP позволяет работать нескольким протоколам сетевого уровня на одном канале связи. Другими словами, внутри одного PPP-соединения могут передаваться потоки данных различных сетевых протоколов ( , Novell IPX и т. д.), а также данные протоколов канального уровня локальной сети. Для каждого сетевого протокола используется Network Control Protocol (NCP) который его конфигурирует (согласовывает некоторые параметры протокола).

Обнаружение закольцованных связей

PPP обнаруживает закольцованные связи, используя особенность, включающую magic numbers. Когда узел отправляет PPP LCP сообщения, они могут включать в себя магическое число. Если линия закольцована, узел получает сообщение LCP с его собственным магическим числом вместо получения сообщения с магическим числом клиента.

Наиболее важные особенности

• Link Control Protocol устанавливает и завершает соединения, позволяя узлам определять настройки соединения. Также он поддерживает и байто-, и бито-ориентированные кодировки.
• Network Control Protocol используется для определения настроек сетевого уровня, таких как сетевой адрес или настройки сжатия, после того как соединение было установлено.

Конфигурационные опции PPP

Так как в PPP входит LCP протокол, то можно управлять следующими LCP параметрами:

• Аутентификация . RFC 1994 описывает Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP), который является предпочтительным для проведения аутентификации в PPP, хотя Password Authentication Protocol (PAP) иногда еще используется. Другим вариантом для аутентификации является Extensible Authentication Protocol (EAP).
• Сжатие . Эффективно увеличивает пропускную способность PPP соединения, за счет сжатия данных в кадре. Наиболее известными алгоритмами сжатия PPP кадров являются Stacker и Predictor.
• Обнаружение ошибок . Включает Quality-Protocol и помогает выявить петли обратной связи посредством Magic Numbers RFC 1661 .
• Многоканальность . Multilink PPP (MLPPP, MPPP, MLP) предоставляет методы для распространения трафика через несколько физических каналов, имея одно логическое соединение. Этот вариант позволяет расширить пропускную способность и обеспечивает балансировку нагрузки.

PPP кадр

Каждый кадр PPP всегда начинается и завершается флагом 0x7E. Затем следует байт адреса и байт управления, которые тоже всегда равны 0xFF и 0x03 соответственно. В связи с вероятностью совпадения байтов внутри блока данных с зарезервированными флагами, существует система автоматической корректировки «проблемных» данных с последующим восстановлением.

Поля «Флаг», «Адрес» и «Управление» (заголовок кадра HDLC) могут быть опущены и не передаваться, но это если PPP в процессе конфигурирования (используя LCP), договорится об этом. Если PPP инкапсулирован в L2TP -пакеты, то поле «Флаг» не передается.

Тип кадра данных в PPP

Поле «Данные», PPP кадра, в свою очередь разбиты ещё на два поля: флаг протокола (который определяет тип данных до конца кадра), и сами данные.

• Флаги протокола от 0x0XXX до 0x3XXX идентифицируют протоколы сетевого уровня. Например, популярному протоколу соответствует флаг 0x0021, а Novell IPX - 002B.
• Флаги протокола от 0x4XXX до 0x7XXX идентифицируют протоколы с низким уровнем трафика.
• Флаги протокола от 0x8XXX до 0xBXXX идентифицируют протокол управления сетью (NCP).
• Флаги протокола от 0xCXXX до 0xEXXX идентифицируют управляющие протоколы. Например, 0xC021 обозначает, что кадр содержит данные протокола управления соединением LCP .

Активации канала PPP и его фазы

Фазы PPP по RFC 1661 указаны ниже:

• Link Dead . Эта фаза наступает, когда связь нарушена, либо одна из сторон указала не подключаться (например, пользователь завершил модемное соединение.)
• Link Establishment Phase . В данной фазе проводится настройка Link Control. Если настройка была успешной, управление переходит в фазу аутентификации, либо в фазу Network-Layer Protocol, в зависимости от того, требуется ли аутентификация.
• Authentication Phase . Данная фаза является необязательной. Она позволяет сторонам проверить друг друга перед установкой соединения. Если проверка успешна, управление переходит в фазу Network-Layer Protocol.
• Network-Layer Protocol Phase . В данной фазе вызывается NCP для желаемого протокола. Например, IPCP используется для установки IP сервисов. Передача данных по всем успешно установленным протоколам также проходит в этой фазе. Закрытие сетевых протоколов тоже включается в данную фазу.
• Link Termination Phase . Эта фаза закрывает соединение. Она вызывается в случае ошибок аутентификации, если было настолько много ошибок контрольных сумм, что обе стороны решили закрыть соединение, если соединение неожиданно оборвалось, либо если пользователь отключился. Данная фаза пытается закрыть все настолько аккуратно, насколько возможно в данных обстоятельствах.

Документы RFC

Протокол PPP определен в RFC 1661 (The Point-to-Point Protocol, июль 1994). Ряд соответствующих RFC, были написаны чтобы определить, как различные сетевые протоколы, включая TCP/IP , DECnet, AppleTalk , IPX и другие, работают с PPP.

• RFC 1661 , Standard 51, Протокол точка-точка (PPP)
• RFC 1662 , Standard 51, Использование HDLC в разработке PPP
• RFC 5072 , IPv6 и PPP

Примечания

См. также

• PLIP (англ.) русск.

PPP (Point-to-Point-Protocol) – протокол второго уровня модели OSI, использующийся на WAN линках. PPP – открытый протокол, что позволяет его использовать при необходимости соединения устройств Cisco с устройствами других производителей (в отличие от HDLC, в отношении спецификации которого у циски своё мнение).

Сразу стоит сделать важное замечание: протокол PPP – многофункциональный и широко распространённый, в то же время, в рамках курса CCNA рассматривается только один способ его применения: подключение двух маршрутизаторов друг к другу через serial кабель. На самом деле, сфера применения протокола не ограничивается этими случаями. PPP может работать через нуль-модемный кабель, телефонную линию, в сотовой связи. Другие популярные способы использования протокола PPP – инкапсуляция его в другие протоколы второго уровня. Поясню: сам PPP находится на втором уровне модели OSI и обеспечивает прямое соединение между двумя устройствами, но если его инкапсулировать в другой протокол второго уровня – Ethernet (PPP over Ethernet – PPPoE), то ethernet будет заниматься доставкой фреймов с мак адреса отправителя на мак адрес получателя, после получатель будет декапсулировать из Ethernet-а PPP фрейм и дальше для завёрнутых в PPP протоколов (IPv4, IPX, …) будет создаваться полная «иллюзия» того, что соединение точка-точка. Сам же PPP в этом случае будет заниматься такими вещами как аутентификация и сжатие траффика. Существуют другие способы использования PPP, например PPP over ATM – PPPoA, Microsoft Windows использует для создания VPN протокол PPTP, который так же является надстройкой над PPP. Но это всё лирическое отступление, чтобы было понятно, зачем вообще изучать PPP. В курсе «CCNA Accessing the WAN» PPP – это протокол для соединения двух маршрутизаторов через serial кабель.

Что умеет PPP в сравнении с HDLC?

1. Управление качеством линии (PPP отключает линк, если количество ошибок превысит заданное значение).
2. Аутентификация с помощью PAP или CHAP.
3. Multilink – технология напоминающая Etherchannel в Ethernet-е: несколько разных линков объединяются в один логический, со скоростью, равной сумме входящих в него линков.
4. PPP Callback – технология, использующаяся для повышения безопасности: клиент устанавливает соединение с сервером, сервер разрывает соединение и устанавливает со своей стороны новое – к клиенту.

На самом деле, при передачи данных с маршрутизатора на маршрутизатор, PPP инкапсулируется в HDLC, который выполняет «транспортные» функции для PPP фреймов. Подробнее про HDLC можно почитать в статье «Протокол HDLC – пример настройки и описание». PPP – обладает уровневой структурой, когда фрейм PPP приходит из сети он поднимается по внутренним подуровням PPP снизу вверх:

1. Первый подуровень HDLC – получает фрейм, проверяет адрес получателя, контрольную сумму и передаёт полезнуюинформацию дальше.
2. Подуровень LCP (Link Control Protocol), как видно из названия, занимается управлением соединением, отправляет и получает разные служебные флаги, следит за состоянием соединения (подключено/выключено), следит за качеством линии, следит за согласованностью параметров конфигурации между точками.
3. Подуровень NCP (Network Control Protocol) состоит из большого количества модулей, каждый из которых занимается связью с каким-то конкретным протоколом третьего уровня (IPv4, IPv6, IPX, AppleTalk, …). Благодаря этому, в рамках одного установленного PPP соединения с одним логином и паролем, можно передавать траффик разных протоколов сетевого уровня.

Установка связи между двумя маршрутизаторами по протоколу PPP происходит по уровням снизу вверх, разрыв связи – сверху вниз.

То есть устанавливается связь в таком порядке: LCP,NCP, полезные данные третьего уровня. А разрывается: конец передачи полезных данных, NCP, LCP. Как видно, HDLC не устанавливает и не разрывает соединения, так как в PPP используются HDLC фреймы без подтверждения доставки.

Структура PPP фрейма имеет следующий вид:

1. FLAG – признак начала фрейма, специальная последовательность нулей и единиц («01111110»), которая говорит получателю, что далее будет следовать тело фрэйма.
2. ADDRESS – адрес получателя, в протоколе PPP всегда используется широковещательный «11111111».
3. CONTROL – поле содержит значение «00000011»
4. PROTOCOL – поле, содержащее номер протокола третьего уровня, пакет которого «завёрнут» в данный фрейм.
5. DATA – поле с полезными данными вышестоящих протоколов.
6. FCS – контрольная сумма, которая считается при отправке фрейма и сравнивается с полученным пересчётом, который делается при получении фрейма. В результате, если суммы не совпадают, кадр считается «битым» и отбрасывается.
7. FLAG – признак окончания фрейма, содержит то же значение что и признак начала фрейма.

Настройка PPP на оборудовании cisco, как уже было сказано, в курсе CCNA не сложная. Выполняется она на интерфесе:

1. Выбираем алгоритм сжатия командой compress
2. Устанавливаем качество линии, которое будет считаться приемлемым (при количестве ошибок, больше заданного связь будет разрываться). Для этого служит команда ppp quality .
3. Выбираем способ аутентификации PAP или CHAP (подробнее об этом можно узнать из статьи «В чём разница между PAP и CHAP ». Способ аутентификации задаётся командной ppp authentication .
4. Необходимо настроить пользователя под которым наш маршрутизатор будет подключаться к другому. Здесь команды разнятся для CHAP и PAP. Сам поьзователь добавляется командой username <имя> password <пароль>, причём делать это надо не на интерфейсе, а в режиме глобальной конфигурации, но в случае использования PAP, надо ещё использовать на интерфейсе команду ppp pap sent-username <имя> password <пароль>.

Использование PAP в реальных конфигурациях не желательно, поэтому мы ограничимся примером настройки CHAP. Итак, предположим, что топология следующая, необходимо настроить PPP с аутентификацией CHAP. Настройка на первом маршрутизаторе:

Router#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Router(config)#hostname R1 R1(config)#username R2 password 123456789 R1(config)#interface serial 0/3/0 R1(config-if)#en R1(config-if)#encapsulation ppp R1(config-if)#ppp authentication chap R1(config-if)#ip address 192.168.0.1 255.255.255.0 R1(config-if)#no shutdown %LINK-5-CHANGED: Interface Serial0/3/0, changed state to down

Настройка на втором маршрутизаторе:

Router#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Router(config)#hostname R2 R2(config)#username R1 password 123456789 R2(config)#interface serial0/3/0 R2(config-if)#encapsulation ppp R2(config-if)#ppp authentication chap R2(config-if)#ip address 192.168.0.2 255.255.255.0 R2(config-if)#no shutdown %LINK-5-CHANGED: Interface Serial0/3/0, changed state to up %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Serial0/3/0, changed state to up

Обратите внимание, что пользователь, которого мы заводим на маршрутизаторе R1 имеет имя R2, а на R2 – R1. Это необходимо, так как когда один роутер подключается к другому, он указывает своё имя, соответственно, другой должен знать это имя (видеть его в своём списке локальных пользователей). Ещё одна немаловажная деталь: пароли к пользователям R1 и R2 обязательно должны совпадать.

Для проверки можем выполнить команду:

R2#sh ip inter brief Interface IP-Address OK? Method Status Protocol … Serial0/3/0 192.168.0.2 YES manual up up …

Если status будет «up», а протокол – «down», то это, как правило означает, что какие-то проблемы с PPP – не та аутентификация, не совпали пароли, качество линии ниже того, что мы заказывали и т.п. В этом случае придётся проверять конфиги и запускать debug ppp, чего я не пожелаю и врагу.