（通信与信息系统专业论文）基于isdn的ppp协议的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 i c 卡电话机曾一度因其广阔的分布给人们的通信带来了很大的方便，但随着 信息时代的到来，单纯的话音服务已不能满足人们的通信需求。为此，华中科技 大学电信系与武汉精伦电子股份有限公司合作开发了一种新型的具有语音业务、 浏览网页、收发e m a i l 、电子支付等多种功能的多业务i c 卡信息终端，此终端充 分利用了现有公用i c 卡电话机的线路资源，并一定程度上满足了现今人们获取信 息的需求。 在此终端设备的软件系统中，p p p 协议作为数据链路层的协议与t c p i p 协议 簇一起，构成了其核心软件的网络部分。本论文重点研究了p p p 网络接口的设计 与实现。 ， 论文首先讨论了p p p 协议栈及建立、维护和拆除p p p 数据链路的过程。p p p 协议栈包含三个协商协议，链路的建立过程，实际上就是一个协商的过程。通过 协商机制，实现p p p 协议栈的l c p 协议、认证协议和n c p 协议。协议的协商过 程通过有限状态机实现，状态机的运转通过消息驱动。) 1 厂 其次讨论了如何实现在p p p 链路上承载m 数据包fp p p 网络接口向上利用系 统提供的统一接口与t c p i p 层通信，向下通过消息队列与i s d n 协议栈通信。由 于p p p 网络接口与底层物理链路之间相隔i s d n 协议栈，底层发送完一帧数据和 接收完一帧数据都不可能再利用中断方式通知p p p 网络接口，所以在实现上采用 了如下方法：利用与i s d n 协议栈通信的消息队列屏蔽掉所有底层的细节，b 所 有与实际物理链路相关的发送和接收数据包的操作均由i s d n 协议栈完成，p p p 接口只负责完成从消息队列中收取接收到的数据，并把发送的数据发送到消息队 列中。对发送数据不再利用与t c p ，m 接口结构提供的缓冲队列进行缓冲，而是利 用与i s d n 通信的消息队列来同时完成缓冲功能。为避免数据的多次拷贝影响速 度，在层与层之间只传递了数据缓冲区的指针7 最后针对我们的系统，提出了白盒测试和黑盒测试相结合的测试方案，系统 经测试运行稳定、正常。 关键词：点到点协议网络接口 n u c l e u sp l u s 综合业务数字网 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i mt h ei n f o r m a t i o na g ec o m i n g 。i cc a r dt e l e p h o n e w h i c ho n l yo f f e r sv o i c e s e r v i c e ，c o u l d n ts a t i s f yp e o p l e sc o m m u n i c a t i o nd e m a n d sa n ym o r e t h e r e f o r ee i d e p a r t m e n to fh u s tc o o p e r a t e sw i t hw u h a nj i n g l u ne l e c t r o n i ci n ci nd e v e l o p i n ga m u l t i a p p l i c a t i o np u b l i c i n f o r m a t i o nt e r m i n a l ，w h i c hm a k e sf u l l u s eo ft h ec i r c u i t r e s o u r c eo ft h ei cc a r dt e l e p h o n ea n do f f e r st h es e r v i c e ss u c ha sv o i c es e r v i c e b r o w s i n gw e b ，s e n d i n ga n dr e c e i v i n ge m a i l ，e o p a y m e n t ，e t c t h ed a t al i n kp r o t o c o lp p p a n dt c p ，【pp r o t o c o ls t a c km a k e u pt h en e t w o r kp a r t o ft i f f st e r m i n a l sc o r es o f t w a r e n l ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ep p pn e t w o r k i n t e r f a c eb u t es t u d i e di nt h i st h e s i s f i r s t ，t h i st h e s i sd i s c u s s e sp p pp r o t o c o la n dt h ee s t a b l i s h i n g ，m a i n t a i n i n ga n d c l o s i n go ft h ep p pd a t a - l i n k n l ep p ps t a c kc o n s i s t so ft h r e en e g o t i a f i o np r o t o c o l s e a c hp r o t o c o li sr e a l i z e db yaf i n i t e s t a t ea u t o m a t o n ，w h i c hi s p u s h e db ym e s s a g e q u e u em e c h a n i s m n ee s t a b l i s h i n gl i n kp r o c e s sa c t u a l l yi s an e g o t i a t i o np r o c e s s t h r o u g h t h en e g o t i a t i o nm e c h a n i s m ，t h el c p , a u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l ，a n dn c p i nt h e p p ps t a c ka r er e a l i z e d t h e nt h i st h e s i sd i s c i i s s e sh o wt ob e a ri p p a c k e t s p p p n e t w o r ki n t e r f a c e c o m m u n i c a t e sw i t ht c p i pt h r o u l g ht h et m i f o r i l li n t e r f a c et h a ti so f f e r e d b y t h en u e | e u s p l u ss y s t e m ，a n dc o m m u n i c a t e sw i t hi s d ns t a c kt h r o u 曲m e s s a g eq u e u e b e c a u s e t h ep p pn e t w o r ki n t e r f a c ei sf a ra w a yf r o mt h ep h 3 ，s i c a lc h a n n e l ，w h e naw h o l ef l a m e h a sb e e nr e c e i v e do rs e n t i ti sn ol o n g e rf i tf o rt h ep h y s i c a lc h a n n e lt oi n f o r mt h ep p p l a y e rt h r o u g hi n t e r r u p t s i nt h ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m e ，t h ec o m m u n i c a t i n gm e s s a g e q u e u ei su s e dt os c r e e np p pn e t w o r kl a y e rf r o mt h ed e t m lo ft h ep h y s i c a ll a y e r , a n d b u f f e r st h et r a n s p o r td a t a i no r d e rt oa v o i d a f f e c t i n gt h et r a n s p o r t i n gs p e e df o rc o p y i n g t h ed a t as om a n yt i m e s ，i ti st h ep o i n t e rp o i n t i n gt ot h ed a t ab u f f e r si s t r a n s p o r t e d b e t w e e nt h el a y e r f i n a l l y , a t e s ts c h e m e ，w h i c hi n t e g r a t e st h ew h i t eb o xt e s ta n dt h eb l a c kb o x t e s t ，i s p r o p o s e d t h es y s t e m i st e s t e dt ob es t a b l ea n dn o r m a l k e y w o r d s ：p o i n t - t o p o i n tp r o t o c o l ，n e t w o r ki n t e r f a c e ，n u c l e u sp l u s ，i s d n 华中科技大学硕士学位论文 1 综述 信息时代的到来，人们越来越盼望着能够随时随地地获取信息，但现今人们仍 只能通过台式机或便携机上网，这大大的限制了人们上网的时间和地点，并在定 程度上也限制了上网的用户群，而在服务时间、地点和用户群上有优势的公用i c 卡电话机却又只提供了打电话的功能。综合两者，我们利用现有公用i c 卡电话机的 线路资源，仿照p c 机提供的上网功能，设计开发了种命名为p b i 的新型公用i c 卡信息终端设备( 简称为p b i 或p b i 信息终端) ，此信息终端除了为用户提供基本 的语音业务外，还可以与专用的接入服务器和管理中心配合以提供网页浏览、电子 自p 件收发、信息服务及电子支付等多种电信增值业务。从而在一定程度上满足了现 今人们获取信息的要求。 1 1 接入网 1 1 1 接入网概述 从信息盼传送过程来看，通信网由三类网构成。它们是用户驻地网、接入网和 核心网。用户驻地网指用户终端至用户一网络接口间所包含的网络部分，其任务就 是将原信号原封不动地传给接入网。核心网是公用电信网中的一部分，由长途网一 长途端局以上区段，中继网一长途端局与市话局之间，市话局与市话局( 本地局) 之间区段组成，完成信息的远程传输和转接功能。公用电信网中的另一部分为接入 网，完成用户接入到核心网的功甜”。 1 9 9 5 年7 月，r r u t 第1 3 研究组通过的建议g 9 0 2 中对接入网做出如下定义： 接入网是由业务节点接口( s n i ) 和用户网络接口( u n i ) 之间的一系列传送实体( 例 如，线路设施和传输设施) 组成，为传送电信业务而提供所需传送承载能力的实施 系统，可经由q 3 接口配置和管理。所以，接入网所覆盖的范围可由3 个接口来界 定：通过用户网络接口( u i 婀) 与用户终端设备相连，通过业务结点接口( s n i ) 与位于市话局或远端交换模块的业务结点( s n ) 相连，通过q 3 接口与电信管理网 ( t m n ) 相连。接入网由电信管理网进行配置和管理，完成电信业务的交叉连接、 复用和传输口】。 华中科技大学硕士学位论文 1 1 2接入类型 接入网按数据传输速率可分为窄带( 数据速率2m b p s ) 和宽带( 数据速率 2m b p s ) 两大类。窄带接入有p s t n 拨号接入、x 2 5 分组交换网、窄带综合业务数 字网1 4 - i s d n 、帧中继f r 、数字数据网d d n 。宽带接入的发展途径大致有两条： ( 1 ) 充分利用现有的铜线接入网资源，对其进行技术改造，提高接入带宽，典型如 x d s l 。( 2 ) 采用高带宽的非铜线接入技术，如h f c 、f 丌x 等。下面我们就目前在 远程拨号接入i n t e m e t 中普遍使用的三种接入方式进行分析和比较例。 1 ) p s t n 拨号接入 这是一种历史最悠久的远程接入技术，它基于电话网的铜线回路，以电话拨号 方式建立连接，通过公用电话网传输数据，采用p p p ( p o i n t - t o - p o i n t p r o t o c 0 1 ) 协议， 建立的是点到点的模拟信道，目前的最高数据传输速率为3 3 6 k b p s ( 主机到主机) 或5 6 k b p s ( 主机到i s p ) 。其主要优点是实现方便，成本最低；主要缺点是传输速 率低，传输质量差，只支持点到点连接。适用于终端用户低成本接入i n t e r n e f f i n t r a n e t ， 以及用作由x 2 5 、帧中继、d d n 等组成的广域互连系统的备份链路。凡是仅支持 点到点连接的接入网都具有一个共同的缺陷，即用于网络互连时，只适合实现星型 拓扑或多孔拓扑结构，若用于实现网状拓扑则成本太高。 2 ) 窄带综合业务数字网 i s d n 利用公用电话网向用户提供点到点的数字信道连接，在一条电话线路上 提供多个分时共享的传输通道，各通道可分别提供语音、数字、视频或传真业务， 故又称“一线通”。目前普遍开放的i s d n 业务是n i s d n 。n i s d n 有两种接入速 率标准：基本速率接口b i u 和一次群速率接口p r i 。b r i 由2 个独立的b 信道和1 个d 信道组成( 2 b + d ) ，每个b 信道的速率为6 4 k b p s ，一般用于传输语音、数据 或图像；d 信道的速率为1 6 k b p s ，以分组交换方式传输信令或分组信息。p r i 的d 和b 信道速率均为6 4 k b p s ，其信道组合有两种标准：2 4 b + d 和3 0 b + d ，分别对应 t 1 和e 1 标准，e 1 标准总的接口速率为2 0 4 8 m b p s 。b r i 的用户设备通过n t l 设 备接入，p r i 的用户设备则需通过h d s l 设备( 利用市话双绞线) 或光m o d e m + 光 端机( 利用光纤) 接入网络。 i s d n 的主要优点为：( 1 ) 一线多能：同时连接多个终端设备，同一时刻能综 合传输多种信息流。( 2 ) 终端可移动性：i s d n 的终端可以在通信过程中暂停正 在进行的通信，并在允许的时间内重新恢复通信。( 3 ) 实现方便：基于已有的电话 线路，凡是电话网覆盖到的地方，只要电话交换机有i s d n 模块，即可为用户提供 华中科技大学硕士学位论文 ! ! ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺暑! = ! = ! ! = ! ! ! ! ! 竺! i s d n 服务。( 4 ) 使用灵活：如对于2b + d ，用户既可以将两个b 信道分别连接两 部电话，也可以用一个b 信道连网而另一个连接普通电话，还可以将两个b 信道组 合实现1 2 8 k b p s 的网络接入。( 5 ) 经济实用：对于通信量较少、通信时间较短的用 户，其费用远低于d d n 或帧中继。 i s d n 的主要缺陷在于速率，如一个b r i 的传输速率最高只能达到1 2 8 k b p s 。此 外，i s d n 低成本的优点主要体现在点到点连接，并不适用于多点互连的应用。因 此，i s d n 主要适合于家庭用户和s o h o 用户接入i n t e m e t i n t r a n e t ，中、小规模i n t r a n e t 中点到点的l a n 互连，以及用作由帧中继、d d n 等组成的广域互连系统的备份链 路。 3 ) a d s l a d s l 是一种实现用户宽带接入i n t e m e t 的技术，它根据网络和用户闻的业务流 量特点，在信号调制、数字相位均衡、回波抵消等方面采用了先进的器件和动态控 制技术，其技术优势主要有：( 1 ) 现实中，许多用户的业务流量是明显不对称的， 如用户的视频点播和i n t e r n e t 网页浏览。在这些情况下，用户的上行流量远远小于 下行流量。a d s l 就是基于这类业务的非对称性，可在双绞线介质上为用户提供高 达8 m b p s 的下行速率和l l v i b p s 上行速率，从而可传输多种宽带数据业务，如用于 视频业务、会议电话及提高i n t e m e t 接入速率。( 2 ) 采用了d m t ( 离散多频音调制) 、 c a p ( 无载波调幅调相) 、q a m ( 正交幅度调制) 等先进的信号调制技术来提高 接入速率和抗干扰能力，并能同时进行数据通信和电话通信。( 3 ) 采用点到点的网 络拓扑结构，用户可独享高带宽，同时提高了信息的安全性、保密性。( 4 ) 可在一 定程度上将数据业务从公共交换电话网转移到数据局网中，消除由大量i n t e m e t 业 务涌入而引起的日益严重的电话网拥塞问题。( 5 ) a d s l 技术使用现有的锕线电话 网络，能充分利用现有投资和资源。 使用a d s l 接入技术，用户端设备由d s lm o d e m 和语音分离器组成。d s l m o d e m 对用户数据包进行a d 转换，并提供数据传输接口。目前影响a d s l 发展 的主要原因，一方面是a d s l 设备的成本较高，另一方面是a d s l 技术的成熟性， 包括a d s l 技术在实际线路中的传输性能，设备厂家间的兼容性等。随着a d s l 建设规模扩大，其成本与市场价格开始下降，标准日臻完善，不同厂家间兼容性日 益成熟，为a d s l 技术的普及和应用铺平道路。目前a d s l 的简化版g l i t ea d s l 己投入实用，其最大下行速率为1 5 m b p s ，最大上行速率为2 5 6 k b p s 。 华中科技大学硕士学位论文 t 1 3p b i 信息终端的接入方式选择 p b i 是一种新型公用i c 卡信息终端，利用现有公用i c 卡电话机的线路资源， 昕以不可能使用专线入网。由于使用a d s l 接入技术需对线路进行改造，并且终端 的成本也过高，所以p b i 终端也不适合使用a d s l 接入技术。从对业务需求、传输 质量、稳定性、速度，联网费用和终端成本费等方面的综合考虑，在p s t n 拨号接 入和窄带i s d n 接入两者中，窄带i s d n 是最佳的选择。 1 2 综合业务数字网( i s d n ) 1 2 1i s d n 概述 i s d n 起源于1 9 7 2 年，但是直到1 9 8 0 年才明确定义。c c n t 对i s d n 是这样 定义的：“i s d n 是以综合数字电话网( m n ) 为基础发展演变而成的通信网，能够 提供端到端的数字连接，用来支持包括话音和非话在内的多种电信业务，用户能够 通过有限的一组标准化的多用途用户一网络接口接入网内。” 5 1 从i s d n 的定义可 以看出，i s d n 有三个基本特性【4 - 硼： 端到端的数字连接。i s d n 实现了用户线的数字化，是一个完全的数字网 络。 综合的业务。从理论上说，任何形式的原始信号，只要能够转变成数字信 号，都可以利用i s d n 来进行传送和交换，实现用户之间的通信。 标准的入网接口。不同的终端可以经过同一个接口接入网络。 1 2 2 i s d n 用户一网络接口 用户一网络接口提供用户进入网络的手段，它对于i s d n 是至关重要的。c c r i t i 4 l l 建议提出了i s d n 用户一网络接口的参考配置如图1 1 所示，其中c c i t t 采用 了功能群和参考点两个抽象概念。 功能群一用户接入i s d n 所需的一组功能，这些功能可以由一个或多个设备来 完成。 参考点一用来分割功能群的概念上的点。在不同的实现方案中，一个参考点可 以对应也可以不对应于一个物理接口。 华中科技大学硕士学位论文 n t l ：网络终端i ，包含o s i 第l 层的功能，即用户线传输终端的有关功能。 n t l 是i s d n 网在用户处的物理和电气终端装置。此外，n t l 还负责线路的维护功 能，支持多个信道的传输。最后，n t i 还以点对多点的方式支持多个终端设备同时 接入。 n t 2 ：网络终端2 ，又叫智能的网络终端，它可以包含o s ii 3 层的功能。n 1 2 可以完成交换和集中的功能。 t e l ：1 类终端设备，又叫做i s d n 标准终端设备。它是符合i s d n 接口标准( 也 就是s 参考点上的标准) 的用户设备。 t e 2 ：2 类终端设备，又叫做非i s d n 标准终端设备，是不符合i s d n 接口标准 的用户设备。它包含了现有通信网中的终端设备。t e 2 需要经过终端适配器1 a 的 转换，才能接入i s d n 的标准接口。t e 2 完成面向某种应用的高层功能以及和非标 准接口( r 参考点) 有关的底层功能。 t a ：终端适配器，完成适配功能( 包括速率适配及协议转换) ，使t e 2 能接入 i s d n 的标准接口。t a 具有o s i 第1 层的功能以及高层功能。 rs 图1 1i s d n 用户网络接口与业务接入点配置图 图1 1 的参考配置和i s d n 业务有一定的关系。图中的和点( 即参考点t 和s ) 是承载业务的接入点。这类业务包含了o s i 模型l 3 层的功能。i 和点 用于用户终端业务的接入点，它包含网络提供的通信能力和终端本身所具有的通信 能力。这类业务包含了o s i 模型l 7 层的全部功能。使用i s d n 标准终端的用户终 端业务从点处接入；使用非i s d n 标准终端的用户终端业务从点处接入。 定义了用户一网络接口的功能群和参考点之后，c c i t t 在此基础上建议了各种 可能的物理配置。这些实际的物理配置可能不同于图1 1 中的参考配置：在用户处 华中科技大学硕士学位论文 可能同时存在s 和t 接口；也可能只有s 没有t ；或者只有t 没有s ；还可能是s 和t 接口重合在一起4 一”。 1 2 3i s d n 协议结构 i s d n 和用户设备之间的线路是数字线路，直接传输数字信号，用户设备和i s d n 交换设备之间接口的协议结构如图1 2 所示。在这个协议结构中，物理层协议是共 同的，是用户设备和i s d n 交换设备之间的物理层连接标准，而链路层以上部分协 议分成呼叫控制协议和用户访问协议两部分。呼叫控制协议是用户设备和i s d n 交 换设备之间的协议，通过d 通道传输协议数据单元。用户设备和i s d n 交换设备之 间通过交换呼叫控制协议数据单元( p d u ) ，在两个用户设备之间建立数字通信的 承载通道( b 通道) 。用户设备通过i s d n 的b 通道向另一用户设备进行传送的位流 模式和用户设备通过d 通道向i s d n 交换设备进行传输的位流模式均符合同一物理 层标准：1 4 3 0 ( 基本速率接口) 和1 4 3 1 ( 一次群速率接口) 。 用户层 运输层 1 口 网络层 q 9 3 1 呼n q 控制协议 x 2 5 分组层其他 i px 2 髟黻 链路层l a p d ( q 9 2 1 ) p p p帧中继l a p b 物理层i a 3 0 基本速率接口i a 3l 一次群速率接口 控制信令分组交换遥测电路交换帧中继分组交换 d j 献堇蛾 图1 2l s d n 用户网络接口协议结构 i s d n 的b 通道和模拟电话线路一样，只是实现两个用户设备之间的物理连接， 链路层以上协议由通过b 通道连接的两端用户设备决定，如果两端用户设备是主机 或是类似于路由器的网络设备，则一般将p p p 作为链路层协议，将口作为网络层 6 华中科技大学硕士学位论文 协议，p p p 和口分别作为b 通道两端用户设备的链路层和网络层协议。如果通过b 通道连接的用户设备，一端是主机或类似于路由器的网络层设备，一端是帧中继网 络交换设备，则b 通道作为用户设备接入帧中继网络的物理连接。用户设备和帧中 继网络交换设备都使用用于帧模式承载服务的链路接入规程( l a p f ) 作为链路层协 议。由于帧中继网络交换设备属于第二层交换设备，没有网络层协议，因此，用户 设备和帧中继网络交换设备之间接口只有物理层( b 通道) 和链路层( l a p f ) 两层 协议结构，网络层协议只是对通过帧中继网络互联的两端用户设备而言的。 如有通过b 通道连接的用户设备一端是主机或类似于路由器的网络设备，另一 端是公共分组交换网络交换设备，则b 通道作为用户设备接入公共分组交换网络的 物理接入线路，用户设备和公共分组交换网络设备之间用平衡性链路接入规程 ( l a p b ) 作为链路层协议，用x 2 5 作为网络层协议【4 j 。 1 3 本文研究的内容和意义 当前，我国8 0 左右用户访问i n t e r n e t 主要是通过p s t n i s d n 拨号来完成的。 s d n 高速、高可靠、快速呼叫连接以及和模拟拨号服务相同的用户线路等特点， 使得i s d n 线路越来越多地被用户用来连接远程端点。所以现在许多公司致力于开 发各种i s d n 终端设备来满足人们的通信需求。 武汉精伦电子股份有限公司是一家专门从事电信终端设备及管理系统研发和生 产的高新技术企业。该公司在2 0 0 0 年成立p b i 产品研发项目组，华中科技大学电 信系承担了其中i s d n 信令及承载通道子系统的开发工作。p b i 是一个利用i s d n 和 x 2 5 分组交换功能的多功能信息终端，支持i s i ) n 基本速率接入，包含t e 、n t i 和 n t 2 的功能，实现在u 参考点接入网络。 本论文主要讲述i s d n 信令及承载通道子系统中p p p 网络接口的设计与实现。 p p p 协议作为数据链路层的协议与t c p i p 协议簇起，构成了此新型公用信息终端 核心软件的网络部分。利用p b i 终端拨号入网的网络拓扑结构如图1 1 3 所示。 p b i 信 i s p 远程用户接入设备 图1 j 利用p m 拨号入网 华中科技大学硕士学位论文 2 1p p p 概述 2 1 1p p p 的产生 2p p p 协议及其分析 串行互联网协议s l ( s e r i a ll i n ei n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 和点到点协议p p p ( p o i n t - t o - p o i n tp r o t o c 0 1 ) 定义了通过标准的r s 2 3 2 异步串行线( 如拨号电话线) 传送包 的方法。s l i p 是用于远程用户和本地主机互联的早期协议，是第一批远程访问协议 之一。s l i p 只定义了在串行线路上发送封装成链路层帧格式的口报文中字符的顺 序，没有提供动态口地址分配、报文类型标识、检错纠错、数据压缩等功能。p p p 继s l m 之后出现，是一种新的协议，设计目标高且规范、标准。p p p 提供了点对点 连接之上的传输多种协议数据包的标准方法。 比较s l 口和p p p ，p p p 是一种更好的协议：( 1 ) p p p 支持多协议传输机制，不 仅能运行t c p i p ，而且还能在同一连接上同时运行i p x 和a p p l e t a l k 等多种通信协 议；( 2 ) p p p 支持协商配置，在开始连接时双方可以协商配置参数( 如p 地址，头 压缩等) ；( 3 ) p p p 提供多种自动登录方法，现在应用最多的是：口令确认协议p a p ( p a s s w o r d a u t h e n t i c a t i o n p r o t o c 0 1 ) 和应答握手确认协议c h a p ( c h a l l e n g e h a n d s h a k e a u t h e n t i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，2 种方法都自动发送l o g i ni d 和口令；( 4 ) 具有错误检测 手段，比较可靠【1 0 1 。 2 1 2p p p 的应用 i n t e m e t 是按照t c p i p 协议族来组网的，而整个t c p i p 协议栈中并没有数 据链路层的概念，只提供了一个物理网络接口与各种网络连接。在点到点的实现方 式中，p p p 所起的作用与o s i 的数据链路层一致，完成链路的操作、维护和管理功 能。p p p 灵活的选项配置、多协议的封装机制、良好的选项协商机制以及丰富的认 证协议，使得它在远程接入技术中得到了广泛的应用。并且随着上网用户的增加， 华中科技大学硕士学位论文 对于众多的普通接入用户如果仍利用静态口方式实现远程接入对于接入运营商而 言是很难接受的，尤其是在目前公网口地址紧缺的情况下，因此，具有拨号动态分 配i p 地址的p p p 接入技术成为实现远程用户访问i n t e m e t 的关键技术之一 1 l 】。 现今，p p p 已经可以运行在许多的成帧协议上，包括高级数据链路控制协议( p p p o v e rh d l c ，r f c 1 6 6 2 ) 、帧中继( p p pi nf r a m e r e l a y ，r f c 一1 9 7 3 ) 、i s d n ( p p po v e r i s d n ，r f c 一1 6 1 8 ) 、x 2 5 ( p p pi nx 2 5 ，r f c 一1 5 9 8 ) 、s o n e t s d h ( p p po v e r s o n e t s d h ，r f c 一1 6 1 9 ) 等。p p p 甚至可以使用隧道，例如，点到点隧道协议 ( p p p t p ，p o i n t - t o - p o i n tt u n n e l i n g ) 和第二层隧道协议( l 2 t p ，l a y e r2t u n n e l i n g p r o t o c 0 1 ) 。p p p 既可以运行在同步成帧协议上，也可以运行在异步成帧协议上【1 2 】。 2 2p p p 的协议结构 p p p 被设计用来在链路的两个对等实体间传输报文，这个链路是全双工的，而 且报文的到达顺序和发送顺序一致，p p p 适用于多种不同特性的点对点串行传输系 统，是一种用于连接各种类型的主机、网桥和路由器的通用方法。 2 2 1 物理屡要求 p p p 在设计时即考虑与常用的硬件兼容，支持任何瑚匝d c e 接口( 包括e i a r s 。2 3 2 - c 、e i ar s - 4 2 2 、e i ar s 4 2 3 和c c l t rv 3 5 ) ，包括异步模式( 启动停止) 和面向比特的同步模式。p p p 对传输速率没有限制，不需要使用m o d e m 的控制信 号，例如r t s 、c t s 、d t r 等，也不需要任何特殊的同步译码，只要求提供全双工 电路( 专用的或者是电路交换的) 。p p p 协议对传输速率没有任何限制，故能适用于 多种远程接入的情形。 2 2 2 协议结构 p p p 提供在点对点链路上传输多种网络层协议数据的功能，p p p 主要由以下三 个组件组成，协议结构如图2 1 所示【l “。 一种在串行链路上封装多种网络层协议数据报的方法。 一个用于建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议l c p ( 1 i n k c o n t r o l p r o t o c 0 1 ) ； 一个用于建立、配置不同网络层协议的网络控制协议n c p ( n e t w o r k c o n t r o l 华中科技大学硕士学位论文 网络层协议( 如i p 、i p x ) 网络控制协议( 如i p c p 、i p x c p ) 链路控制协议l c p 链路层封装格式 物理层( 如a r s 2 3 2 、v 2 4 、v 3 5 ) p p p 协议部分 图2 1p p p 协议结构 1 ) 封装格式【1 2 1 4 】 在默认的情况下，p p p 使用i s o 的高级数据链路控制规程h d l c 封装，允许在 同步及异步环境中运行，并提供了在同一个链路上传输不同网络层协议( 如i p 、i p x 、 a p p l e t a l k 等) 数据单元的机制，因此很容易连接各种各样的主机、路由器及远程接 入设备。标准的p p p 帧格式如图2 2 所示。 if l a ga d d r e s sc o n t r o lp r o t o c o li n f o r m a r l 0 n p a d d i n gf 匹f l a g l b y t e 1 b y t e 1b y t e2b y t e2b y t e 1 b y t e 一* * 4 # * # 目 图2 2p p p 帧格式 标志序列为0 1 1 1 1 1 1 0 ( 0 x 7 e ) ，是帧的定界符，用以识别单个的p p p 帧。 地址域为1 1 1 1 1 1 1 1 ( 0 ) 溃) ，指示所有站都可以接收该帧，使用固定值避免了分 配数据链路地址的问题。 控制域为0 0 0 0 0 0 1 1 ( 0 x 0 3 ) ，这个值指示了一个无编号的帧，p p p 并没有使用 序号和确认以保证传输的可靠性。 协议域占2 个字节，其值指示封装在p p p 帧中的信息所使用的协议。到目前为 止，坍议字段的值在最近的a s s i g n e dn u m b e rr f c l 7 0 0 里有详细的说明【i 习，本论文 用到的值如表2 一l 所示。 o 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 1 协议字段值 v a l u e ( i nh e x ) p r o t o c o ln a m e c 0 2 1l i n kc o n t r o lp r o t o c o l链路控制协议 c 0 2 3p a s s w o r da u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l口令认证协议 c 2 2 3 c h a l l e n g e h a n d s h a k ea u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l质询握手认证协议 8 0 2 1i n t e m e tp r o t o c o lc o n t r o lp r o t o c o li p 控制协议 0 0 2 1i n t e m e tp r o t o c o li p 协议 信息域包含有0 个或更多的字节，为网络层的协议数据单元，缺省的最大长度 为1 5 0 0 个字节。 填充域可以填充任意数目的字节，直至信息域的最大接收单元。信息域与填充 域的区别是由相应的协议自己来完成的。 f c s 域默认使用1 6 比特的循环冗余校验c r c 算法计算校验和，也可以是 c r c 3 2 或无。校验和的计算范围如图2 2 所示，不包括任何起止比特( 为了完成透 明传输而插入的字节) ，也不包括标志序列和f c s 本身。 p p p 使用c o n t r o le s c a p e 字符来解决控制字符及标志字段出现在信息域的情况。 该字符定义为0 1 1 1 1 1 0 1 ( 即为0 x 7 d ) ，此处比特位置的标号为8 7 6 5 4 3 2 1 。在计算校 验和f c s 后，发送方检测标志序列之间的整个帧。若在信息域中出现标志序列， c o n t r o le s c a p e 字符以及其值小于0 x 2 0 的字符( 该字符在l c p 的选项协商中指定需 要隐藏) ，则用两个字符来代替，前一个字符是c o n t r o le s c a p e 字符，后一个为源字 符的第六个比特位变反后而形成的。如0 x 7 e 变成两个字符0 x 7 d ，0 x 5 e 。在计算帧 校验序列之前，接收方同样检测标志序列之间的整个帧，若发现c o n t r o lf s c a p e 字 符，则将该字符删除，同时将下一个字符的第6 比特位变反。 2 ) l c p 协议l 1 2 1 | ”j 链路控制协议l c p 负责建立、维护和拆除两个p p pl c p 实体之间的物理路径。 在建立起链路后，l c p 还提供对链路的测试，可以借此检测该链路是否还正常a 链 路层连接的建立过程是通过交换分组来实现的，l c p 定义了三类分组： 链路配置分组，用于建立和配置p p p 链路，确定与该链路相关的参数。这 组分组包括：c o n f i g t a , e - r e q u e s t 、c o n f i g u r e - a c k 、c o n f i g u r e - n a k 和 c o n f i g u r e r e j e c t 。 链路终止分组，用于终止p p p 链路。这组分组包括：t e r m i n a t e - r e q u e s t 和 t e r m i n a t e - a c k 。 华中科技大学硕士学位论文 链路维护分组，用于管理和调试p p p 链路。这组分组包括：c o d e r e j e c t 、 p r o t o c o l r e j e c t 、e c h o r e q u e s t 、e c h o r e p l y 和d i s c a r d - r e q u e s t 。 p p p 可以协商链路层的多个选项，如最大接收单元、异步控制字符映射、认证 协议、质量协议、魔号、协议域压缩、地址和控制域压缩等，用以配置数据链路连 接。魔号( m a 西c - n u m b e r ) 选项特别有用，一个p p p 实体将以某种方式创建一个 3 2 比特的随机编号，在l c p 沈商期间将这个编号发送给另外一方。如果另外一方 接收到一个和自己不匹配的魔号配置选项，则它便可以推断出该串行线路不在环回 状态。回波请求在链路建立起来之后便可以定期进行发送。如果一个魔号已经被协 商，它将被插入到回波请求中的一个字段中。如果一个端站接收到一个包含自己魔 号的回波请求，则该端站可以马上宣布该链路处于环回状态，并且在清除了环回条 件以后立即开始一个新的l c p 协商。 3 ) n c p 协议“m p p p 使用一族网络控制协议n c p 配置不同的网络层。普遍考虑的n c p 为i p c p ( i n t e r a c tp r o t o c o lc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，用于配置p 层，使用与l c p 相同的报文结构 ( i p c p 仅定义了l c p 的前七个报文) 及协商机制完成选项协商的任务。 现今i p c p 共定义了8 个配置选项，其中一个已过时。当前的协议规范主要讨 论了口压缩协议( i p - c o m p r e s s - p r o t o e 0 1 ) 配置选项及坤地址( i p - a d d r e s s ) 配置选 项。在r f c l 8 7 7 描述了p r i m a r y d n ss e r v e r a d d r e s s 、p r i m a r y n b n ss e r v e r a d d r e s s 、 s e c o n d a r y d n ss e r v e r a d d r e s s 、s e c o n d a r y n b n ss e r v e r a d d r e s s 四个选项。 i p a d d r e s s 选项几乎在每条链路上都要使用。如果使用的是动态p 地址，那么 显然i p a d d r e s s 选项就必须被协商，但是该选项在静态p 地址的情况下也要被协商。 它使得对等体可以保证它们的m 地址是不同的。该选项的协商十分简单，就是一方 向另外一方发送一个提议，在其中包含它想要使用的口地址，该地址将被以肯定或 者否定的形式进行确认。如果该地址被拒绝，n a k 响应中可能会包含该对等体应该 使用的正确地址。如果一个对等体，例如呼叫的一方，希望另外一方告诉它使用什 么口地址，它将发送一个i p - a d d r e s s 字段设置为0 0 0 0 的配置请求。n a k 响应包 含申请到的p 地址。 特定于d n s 的选项主要是应用在客户机上而不是路由器或者其他类似的中间 设备上。如果该客户机能够通过p c p 找到d i n s 服务器的地址，便无需对它静态配 置这些信息了。 华中科技大学硕士学位论文 2 3 p p p 的运行机制 2 3 1 p p p 协议的阶段流程图 在建立、配置和测试数据链路的过程中，p p p 经过了几个不同的阶段。如图2 3 所示【l l j f l 3 】。 图2 3p p p 阶段流程图 系统初始化处于链路d e a d 阶段，链路必须开始并且终止于这个阶段。此时物 理连接没有建立，不能进行数据通信。 当某个外部事件( 如检测到载波或管理员配置) 发生，底层向p p p 发送u p 信 号，指示物理层可以使用时，p p