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点对点通信第1页，此课件共79页哦1 点到点通信的基本问题2 物理接口的内容与常用标准3 帧同步与流量控制4 差错控制技术5 HDLC规程与PPP协议【本章要点】2第2页，此课件共79页哦【本章目标】要求掌握点到点通信系统模型、物理接口 内容、帧同步的方法、速度匹配规程、差 错控制技术、HDLC、PPP协议。3第3页，此课件共79页哦2.1 通信系统模型2.1.1 通信系统模型2.1.2数字信号的编码方法2.1.3 信道的最大数据速率2.1.4 物理传输媒体与带宽2.1.5 传输技术4第4页，此课件共79页哦2.1.1 通信系统模型点到点点到点通信系统模型5第5页，此课件共79页哦2.1.2信号模拟信号-随时间连续变化的物理量数字信号-随时间离散变化（跳变）的物理量6第6页，此课件共79页哦2.1.3数字编码技术7第7页，此课件共79页哦2.1.4数字调制技术8第8页，此课件共79页哦根据载波信号要素的改变方式，数字数据的调制主要分为下面4种：幅移键控、频移键控、相移键控、正交调幅。（见P26-27)（1）幅移键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）（2）频移键控（FrequencyShiftKeying，FSK）（3）相移键控（PhaseShiftKeying，PSK）（4）正交调幅（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）2.1.4数字调制技术9第9页，此课件共79页哦问题：计算机系统通过MODEM传输信号的工作过程？10第10页，此课件共79页哦2.1.5 传输介质传输介质 -传输物理通路传输物理通路1有线介质（1）双绞线RJ-11(2芯)-电话；RJ-45(8芯)-网络（2）同轴电缆RG-8,RG-58:50 基带(数字）;RG-59:75 宽带（模拟）（CATV).（3）光纤利用光脉冲（有-1；没有-0）2无线介质（P30-31)（1）无线电短波通信（2）地面微波接力通信（3）红外线和激光（4）卫星通信11第11页，此课件共79页哦2.1.6数据传输1.数据传输类型（1）基带传输（数字）和宽带传输（模拟）（2）并行传输（多线）和串行传输（单线）2数据通信的同步技术（1）异步传输模式（单字符起止位同步）（2）同步传输模式（数据块-多字符SYN同步）3数据传输方式（1）单工通信（2）半双工通信（3）全双工通信12第12页，此课件共79页哦4数据传输质量指标衡量传输质量的指标有两个：有效性 可靠性 有效性是指在一定条件下，单位时间内所传输的信息量越多越好，即传输效率要高。可靠性是指数据信息传输的可靠程度。13第13页，此课件共79页哦5.信道的最大数据速率奈奎斯特公式给出了无热噪声（热噪声是指由于信道中分子热运动引起的噪声，这里假定没有热噪声）时信道带宽对最大数据速率的限制，具体为：C=2Hlog2L（b/s）H是信道的带宽（以Hz为单位），而L表示任何给定时刻数字信号可能取的离散值的个数。C则是该信道最大的数据速率。例如，若某信道带宽为4kHz，任何时刻数字信号可取0、1、2和3四种电平之一（即L4），则最大数据速率为：C=2*4000*log24=16000（b/s）。香农公式香农公式 进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况：C=H log2(1+S/N)（b/s）S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。由于实际使用的信道，信噪比都要足够大，常用10log10（S/N）以及分贝（Decibel，记为dB）为单位来计量，在使用上述公式时要特别注意。例如，信噪比为30 dB、带宽为4000 Hz的信道最大的数据速率为：C=4000 log2(1+1030/10)=4000*log21001=40000（b/s）。14第14页，此课件共79页哦2.1.7多路复用技术1频分多路复用15第15页，此课件共79页哦2.时分多路复用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）将多路信号按一定的时间间隔相间传送，以在一条传输线上实现“同时”传送多路信号。16第16页，此课件共79页哦3.波分多路复用波分多路复用（WaveDivisionMultiplexing，WDM）主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频分复用。17第17页，此课件共79页哦4.码分多路复用（CodingDivisionMultiplexingAccess，CDMA）18第18页，此课件共79页哦2.2 物理层接口2.2.1 物理接口的内容 2.2.2 CCITT X21（略 见P39）2.2.3 USB（略 见P39-40）2.2.4 RJ4519第19页，此课件共79页哦2.2.1 物理接口的内容 物理接口通信实体与传输介质的硬件连接接口传输介质的硬件连接接口主要有四大部分(RS-232 COM1 COM2)：（1）功能特性：接口电路的名称和功能定义；（2）电气特性：接口电路的信号源侧和负载侧的电 压值、阻抗值和等效电路等；（3）规程特性：接口电路间的相互关系、动作条件等；（4）机械特性：接口所用接线器的形状、尺寸和引线分配等20第20页，此课件共79页哦2.2.4 RJ45定义(DTE/DCE)21第21页，此课件共79页哦颜色标志RJ45 型T568A 线序网线插头各脚与网线颜色标志的对应关系依次是：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕。而右图T568B 线序依次是：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕。22第22页，此课件共79页哦T568AT568A 线序这种接法用于网络设备需要交叉互连的场合，所谓交叉是指网线的一端和另一端与 RJ45 网线插头的接法不同，一端按 T568A 线序接，另一端按 T568B 线序接，即有几根网线在另一端是先做了交叉才接到 RJ45 插头上去的，适用的具体场合有：（1）计算机与计算机连接，称对等网连接，即两台电脑之间只通过一条网线连接就可以互相传递数据；（2）集线器与集线器连接；（3）交换机与交换机连接。23第23页，此课件共79页哦T568BT568B 线序应用于两种场合，一是直连线互连（也称直通线，平行线），网线的两端均按 T568B 接。例如，PC与ADSL MODEM的连接；ADSL MODEM 与ADSL 路由器的 WAN 口的连接，PC与ADSL 路由器的 LAN 口的连接；PC与集线器或交换机的连接。另一种是交叉互连（交叉线）网线的一端按 T568B 接，另一端按 T568A 接。24第24页，此课件共79页哦2.3 帧同步与流量控制 2.3.1信息包和帧的概念 2.3.2 帧同步 2.3.3 速度匹配（流控制）规程 2.3.3 流量控制2.3.4 链路管理25第25页，此课件共79页哦2.3.1信息包和帧的概念 在进行报文传送时，要对较长的报文分成多个段，在每段上要加上一定的报头信息，指明该段的源地和目的地，它是属于那个报文，是该报文的第几段，是否是报文的首段或最后一段等，这样的报文段称为报文包或报文分报文包或报文分组组（packet），它是在计算机间进行通信传送的最小最小传送单位传送单位。在计算机间传送这些包时，为了进行差错控制，还要加上一层“封皮”这就构成帧（构成帧（Frame），），这层封皮分头尾两部分，并把包的内容放在中间，当一个帧从源点传送到目的点时，则帧的头尾被拆除，将包中的内容按报文段编号顺序组成原来的报文送交接收计算机进行处理。26第26页，此课件共79页哦2.3.2 帧同步 帧同步指的是接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出区分出帧帧的起始与的起始与终终止止。常用的帧同步方法有：.使用字符填充的首尾定界符法（转义字符DLE).使用比特填充的首尾标志法(0插入技术-帧标志“01111110”）.违例编码法（违例编码-帧头、尾；高、低电平4种组合）.字节计数法(特殊字段加字节数）27第27页，此课件共79页哦2.3.3 流量控制规程（l）目的设备向源设备发出其已准备就绪等待接收的信号。（2）源设备收到目的设备已准备就绪的信号后就可按预定速率向目的设备连续发送字符。（3）当目的设备感觉到已应付不了所接收到的字符时，就向源设备发出尚未准备就绪的信号。（4）源设备收到目的设备的尚未就绪信号后，立即停止向目的设备发送字符。（5）当目的设备感觉到有能力继续接收字符时，就又向源设备发出其已准备就绪的信号。（6）源设备收到目的设备的准备就绪信号后，又继续按规定速率向目的设备发送字符。28第28页，此课件共79页哦2.3.4速度匹配控制技术 速度匹配控制技术主要有三种:（1）XONXOFF控制字符方法（缓冲器控制)。（2）ETXACK控制字符方法(数据块确认）。（3）反向通道信号方法（有一根专线）。这三种速度匹配控制技术，按照使用的普遍程度的顺序列表：XONXOFF方法是最普遍的，而反向通道技术是使用得最不普遍的29第29页，此课件共79页哦2.4差错控制技术1差错概念-发接不一致2差错控制的基本方法（1）“回声”法（2）“表决”法（3）ARQ(AutomaticRepeatreQuest)方法根据发送方发送报文方式的不同，ARQ协议可以分为：停等ARQ协议（Stop-and-WaitARQ）、后退N帧ARQ协议（Go-backNARQ）、选择性重传ARQ协议（SelectiveRepeatARQ）。（4）FEC(ForwardErrorCorrection)方法（5）HEC(HybridErrorCorrection)方法30第30页，此课件共79页哦3差错控制编码差错控制编码方法:（1）奇偶校验（2）方块校验（3）循环冗余校验（4）海明码31第31页，此课件共79页哦2.5.1数据链路层协议的分类2.5.2 HDLC规程2.5.3 PPP2.5 数据链路层协议32第32页，此课件共79页哦2.5.1据链路层协议的分类数据链路层协议可分为两类:异步协议-字符起始同步同步协议两类。-字符块时钟同步33第33页，此课件共79页哦 X.25的第二层采用ISO的HDLC中规定的术语及可选部分一个子集，并且有自己的特色。HDLC规程的内容:规程类型、帧结构和规程要素。HDLC规程类型规程类型 HDLC规程类型规定了多种数据链路的结构及操作方式。可分为各种子集，它们与站点类型、链路结构站点类型、链路结构和响应模式响应模式有关。2.5.2 HDLC规程规程34第34页，此课件共79页哦站类型站类型-主站主站/次站次站/复合站复合站主主站站的主要功能是启动数据链路，控制来自各次站以及到各次站的数据流，克服无法由重发解决的系统差错，当需要时在逻辑上拆除次站的连接。次次站站是服从于主站的，一般讲它是被动的，功能也较少，价格较主站便宜。复复合合站站具有主站和次站二者的功能，也称组合站。35第35页，此课件共79页哦HDLC数据链路结构数据链路结构三种三种(1)(1)不平衡型结构不平衡型结构有一个主站和一个或多个次站接至一条链路。(2)(2)对称型结构对称型结构实际上是两个独立点对点不平衡结构在一条链路上合并而成，在数据链路的每一端都有两个分开的主站和次站。(3)平衡型结构平衡型结构由两个复合站点对点连结构成。36第36页，此课件共79页哦HDLC操作方式操作方式-主站与次站间的关系用操作方式描述主站与次站间的关系用操作方式描述 HDLC有三种操作方式有三种操作方式:正常响应方式（正常响应方式（NRM）-主站轮询次站主站轮询次站-发发 异步响应方式（异步响应方式（ARM）-次站被轮询次站被轮询-发发 异步平衡方式（异步平衡方式（ABM）-复合站复合站-同等发同等发37第37页，此课件共79页哦操作方式操作方式(续续)正常响应方式正常响应方式适用于点对点与多点场合，特适用于点对点与多点场合，特别是多点场合。别是多点场合。-当次站被主站轮询后次站才能发送，次站当次站被主站轮询后次站才能发送，次站传输结束或发送顺序号达到最大值时，在这传输结束或发送顺序号达到最大值时，在这最后帧上的最后帧上的P/F比特置比特置“1”，以表示传输，以表示传输结束或要求再次轮询。结束或要求再次轮询。38第38页，此课件共79页哦操作方式操作方式(续续)异步响应方式异步响应方式允许次站未被轮询就可发送信允许次站未被轮询就可发送信息息.-通常它用于有一个主站和一个次站的点对通常它用于有一个主站和一个次站的点对点场合。点场合。-它也可用于多点情况，即有一个主站及多它也可用于多点情况，即有一个主站及多个次站场合，但工作时只允许一个次站接上个次站场合，但工作时只允许一个次站接上线路，而其它次站暂处于离线状态，以免影线路，而其它次站暂处于离线状态，以免影响正常工作的进行。响正常工作的进行。39第39页，此课件共79页哦操作方式操作方式(续续)异步平衡方式异步平衡方式提供通信双方有同等数据传送提供通信双方有同等数据传送能力，每一方都为主次站复合体，即复合能力，每一方都为主次站复合体，即复合站，任何一方无须征得对方允许（在链路已站，任何一方无须征得对方允许（在链路已建立后）便可开始传送数据，并且都具有对建立后）便可开始传送数据，并且都具有对数据链路的控制能力。它只适用于点对点情数据链路的控制能力。它只适用于点对点情况，特别是计算机况，特别是计算机-计算机情况计算机情况40第40页，此课件共79页哦HDLC规程类型规程类型-三种三种 由三种操作模式由三种操作模式NRM、ARM、ABM定义三种应定义三种应的规程类型的规程类型:非平衡正常类型（非平衡正常类型（UNC）非平衡异步类型（非平衡异步类型（UAC）平衡异步类型（平衡异步类型（BAC，也称异步平衡类型）。，也称异步平衡类型）。定义规程类型的定义规程类型的目的目的是组织和指导是组织和指导HDLC的应用。的应用。41第41页，此课件共79页哦 HDLC是一种面向位的通信控制规程。是一种面向位的通信控制规程。HDLC的帧格式如图的帧格式如图所示，规定了帧标志（所示，规定了帧标志（F）、地址（）、地址（A）、控制（）、控制（C）、信息）、信息（I）、帧校验序列（）、帧校验序列（FCS）等）等5个字段。个字段。P52 F A C IFCS FHDLC的帧格式 0比特插入删除技术比特插入删除技术HDLC帧结构帧结构42第42页，此课件共79页哦 HDLC规程要素规程要素 规程要素，规定不同格式帧的命令和相应的响应规程要素，规定不同格式帧的命令和相应的响应 及其含义。及其含义。HDLC规定了三种类型的帧规定了三种类型的帧(I/S/U)每类帧又包含每类帧又包含若干命令和响若干命令和响 应，它们分别应，它们分别由帧内的控制字段的由帧内的控制字段的不同编码来区分不同编码来区分。下表列出了各种类型的帧及其。下表列出了各种类型的帧及其各种命令和对这些命令的响应。各种命令和对这些命令的响应。P52-53 43第43页，此课件共79页哦格式格式命令命令响响应应12345678I 帧帧II0N(S)P/FN(R)S 帧帧RRRR1000P/FN(R)RNRRNR1001P/FN(R)REJREJ1010P/FN(R)SREJSREJ1011P/FN(R)U 帧帧SNRM1100P001SABM1111P100DISC1100P010UA1100F110FRMR1110F001 帧命令及其响应与控制字段帧命令及其响应与控制字段 44第44页，此课件共79页哦 HDLC通信过程可分为链路建立链路建立、信息传送信息传送、链链路复位路复位和链路拆除链路拆除四个阶段。链路复位只出现在故障处理过程，一般通信过程只有三个阶段。HDLC通信过程通信过程45第45页，此课件共79页哦HDLC按停等协议方式工作的流程示意图 接收方接收方0期待帧号期待帧号（期待帧号（期待帧号+1）MOD8 期待帧号期待帧号恢复报文送接口恢复报文送接口等待等待校验和检校验和检查查收到帧的收到帧的Seq=期待帧号期待帧号确认帧号确认帧号Ack=Seq(返回返回)不对不对对对对对不对不对数据帧到达数据帧到达0发送帧号发送帧号从接口取报文从接口取报文装配帧装配帧(seq=发送帧发送帧号号)发送发送,并置计时器并置计时器等待等待(发送帧号发送帧号+1)MOD8=确认帧号确认帧号（发送帧号（发送帧号+1）MOD8 发送帧号发送帧号发送方发送方对对不对不对计时器超时计时器超时发送数据帧发送数据帧I Seq发送确认帧发送确认帧RR Seq46第46页，此课件共79页哦停止等待协议的工作原理图示47第47页，此课件共79页哦停等协议方式（续）停等协议方式（续）停等协议的最大缺点是由于发送方要停停等协议的最大缺点是由于发送方要停下来等待下来等待Ack返回后再继续发送而造成返回后再继续发送而造成信道的浪费。信道的浪费。设信道容量是设信道容量是B bps，帧长度为，帧长度为L bits，信号在信道中的往返传播延迟时间信号在信道中的往返传播延迟时间（propagation delay）是）是2R，并假定返，并假定返回的回的Ack帧长为帧长为H,发送的时间是发送的时间是H/B。在。在一个周期中实际用于发送的时间是一个周期中实际用于发送的时间是(L-H)/B。而空等待的时间是。而空等待的时间是2R。因此，信。因此，信道的实际有效利用率只有道的实际有效利用率只有 停等协议的信道利用率#48第48页，此课件共79页哦实际上，若由于信道差错而收不到实际上，若由于信道差错而收不到Ack而造成超时重传以及有效传送的数据必而造成超时重传以及有效传送的数据必须加上帧头（包括用于校验的冗余位）构成帧来发送，它们也都会造成信道有须加上帧头（包括用于校验的冗余位）构成帧来发送，它们也都会造成信道有效利用率的损失。效利用率的损失。B为信道容量（为信道容量（b/s）R为单程传播延迟时间（为单程传播延迟时间（s）L为数据帧长度（为数据帧长度（bits）并设并设D为帧内有效数据的长度（为帧内有效数据的长度（bits）H为帧头的长度（为帧头的长度（bits）显然有，显然有，L=H+D。另外，可以认为另外，可以认为Ack帧不含有用户数据，故其长度亦为帧不含有用户数据，故其长度亦为H。又令。又令T表示等待表示等待Ack的超时间隔时间（的超时间隔时间（s）P1和和P2分别表示数据帧和分别表示数据帧和Ack帧出错或丢失的概率帧出错或丢失的概率则每个数据帧不能正确发送和收到确认则每个数据帧不能正确发送和收到确认ACK的概率为的概率为最终发送成功的所需的平均发送次数：最终发送成功的所需的平均发送次数：或者说，平均重传次数为或者说，平均重传次数为：49第49页，此课件共79页哦在 时间内，真正用来发送有效用户数据的时间仅为D/B，即信道有效利用率为 信道利用率的分析 超时间隔T必须取得足够大，即TH/B+2R，才能使得在发送成功时不会由于太早超时而误重传。为了使U达到最大，可取T=H/B+2R。此时有 50第50页，此课件共79页哦停等协议的捎带确认停等协议的捎带确认 51第51页，此课件共79页哦顺序接收的管道协议顺序接收的管道协议使用管道协议：使用管道协议：要提高信道的有效利用率，就要允许发送方不要提高信道的有效利用率，就要允许发送方不等确认帧返回就再连续发送若干帧等确认帧返回就再连续发送若干帧 由于允许连续发出多个未被确认的帧，帧号就由于允许连续发出多个未被确认的帧，帧号就不能仅采用一位（只有不能仅采用一位（只有0和和1两种帧号），而要两种帧号），而要采用多位帧号才能区分采用多位帧号才能区分 凡是被发送出去尚未被确认的帧都可能出错或凡是被发送出去尚未被确认的帧都可能出错或丢失而要求重发，因而都要保留下来。这就要丢失而要求重发，因而都要保留下来。这就要求发送方有较大的发送缓冲区保留准备重发的求发送方有较大的发送缓冲区保留准备重发的帧帧 52第52页，此课件共79页哦顺序接收的管道协议（续）顺序接收的管道协议（续）“回退回退n”（go back n）53第53页，此课件共79页哦顺序接收的管道协议（续）顺序接收的管道协议（续）发送窗口发送窗口为了控制发送方的发送速度以及受发送缓冲区大小的制约等因素都要求对发送方为了控制发送方的发送速度以及受发送缓冲区大小的制约等因素都要求对发送方已发出但尚未经确认的数目已发出但尚未经确认的数目帧的加以限制帧的加以限制，这个数目就是，这个数目就是“发送窗口发送窗口”落在这个窗口内的帧号就是等待接收返回的落在这个窗口内的帧号就是等待接收返回的Ack信息的帧号。由于帧号只有信息的帧号。由于帧号只有有限的位数，到一定时间后就又反复循环了有限的位数，到一定时间后就又反复循环了接收窗口接收窗口窗口的滑动窗口的滑动54第54页，此课件共79页哦顺序接收的管道协议（续）顺序接收的管道协议（续）滑动窗口（滑动窗口（sliding window）协议）协议若帧号取若帧号取3位（即位（即000111，或，或0号到号到7号），发送窗口取值为号），发送窗口取值为2，则，则发送的过程发送的过程 图中发送方阴影所示代表了发送窗口，而接收方阴影所示则可相应地被视为图中发送方阴影所示代表了发送窗口，而接收方阴影所示则可相应地被视为接收窗口。在进行的过程中，窗口位置一直在滑动接收窗口。在进行的过程中，窗口位置一直在滑动（停等协议可以看成是停等协议可以看成是发送窗口等于发送窗口等于1的滑动窗口协议的特例的滑动窗口协议的特例）55第55页，此课件共79页哦选择重传协议选择重传协议回退回退n的缺陷：允许已发送未被确认的帧越多，可能要退回来重发的帧也的缺陷：允许已发送未被确认的帧越多，可能要退回来重发的帧也越多越多选择重传（选择重传（selective repeat）的工作原理：）的工作原理：56第56页，此课件共79页哦选择重传协议（续）选择重传协议（续）选择重传协议的优点：选择重传协议的优点：在某帧出错时减少了后面所在某帧出错时减少了后面所有帧都要重传的浪费有帧都要重传的浪费 但接收方要有一个足够大的缓冲区但接收方要有一个足够大的缓冲区来暂存未按顺序正确接收到的帧来暂存未按顺序正确接收到的帧 可以用滑动窗口的观点来统可以用滑动窗口的观点来统一看待停等、回退一看待停等、回退n和选择和选择重传这三种协议，其差别仅重传这三种协议，其差别仅在其窗口的大小在其窗口的大小窗口大小的值由协议类型、窗口大小的值由协议类型、帧号位数、往返延迟、信道帧号位数、往返延迟、信道速率、帧长决定。速率、帧长决定。57第57页，此课件共79页哦PPP（Point-to-Point Protocol点到点协议）点到点协议）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建设计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、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通的解网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。决方案。关于关于PPP58第58页，此课件共79页哦PPP协议包含几个部分协议包含几个部分:链链路路控控制制协协议议LCP（Link Control Protocol）负负责责创创建，维护或终止一次物理连接；建，维护或终止一次物理连接；网网络络控控制制协协议议NCP（Network Control Protocol）；负负责责解解决决物物理理连连接接上上运运行行什什么么网网络络协协议议，以以及及解解决决上层网络协议发生的问题。上层网络协议发生的问题。认认 证证 协协 议议，最最 常常 用用 的的 包包 括括 口口 令令 验验 证证 协协 议议PAP（Password Authentication Protocol）和和挑挑战战握握 手手 验验 证证 协协 议议 CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。）。59第59页，此课件共79页哦链路控制协议链路控制协议LCP为为了了在在一一个个很很宽宽广广的的环环境境内内能能足足够够方方便便的的使使用，用，PPP提供了提供了LCP。LCP用用于于就就封封装装格格式式选选项项自自动动的的达达成成一一致致，处处理理数数据据包包大大小小的的变变化化，探探测测looped-back链链路路和和其其他他普普通通的的配配置置错错误误，以以及及终终止止链链路路。提提供供的的其其他他可可选选设设备备有有：对对链链路路中中同同等等单单元元标标识识的的认认证证，和和当当链链路路功功能能正正常常或或链链路路失失败败时的决定。时的决定。60第60页，此课件共79页哦网络控制协议网络控制协议NCP点点对对点点连连接接可可能能和和当当前前的的一一族族网网络络协协议议产产生生许许多多问问题题。例例如如，基基于于电电路路交交换换的的点点对对点点连连接接（比比如如拨拨号号模模式式服服务务），分分配配和和管管理理IP地地址址，即即使使在在LAN环环境境中中，也也非非常常困困难难。这这些些问问题题由由一一族族网网络络控控制制协协议议（NCP）来来处处理理，每每一一个个协协议议管管理理着着各各自自的的网网络络层层协协议议的的特殊需求。特殊需求。61第61页，此课件共79页哦PPP的帧格式的帧格式 -与与HDLC帧格式很相似帧格式很相似 标志字段为7E（01111110），地址字段为FF（11111111），控制字段为03（00000110）。这三个字段是固定不变的，所有PPP帧都应以07EFF03开始。协议字段占两个字节，当协议字段为0021时，PPP帧的信息就是IP数据报。若为C021，则信息字段是PPP链路控制数据。而8021表示这是网络控制数据。帧校验序列FCS与HDLC的相同。由于PPP不是面向比特的，因此帧的长度应为整数个字节。62第62页，此课件共79页哦协议字段值协议字段值Value(in hex)Protocol Name 0001 Padding Protocol填料协议填料协议 c021 L C P链路控制协议链路控制协议 c023 PAP密码认证协议密码认证协议 c025 Link Quality Report链路品链路品质报告质报告 c223 挑战挑战-认证握手协议认证握手协议新的协议的开发者必须从新的协议的开发者必须从the Internet Assigned Numbers Authority(IANA),atIANAisi.edu.处获得号码。处获得号码。63第63页，此课件共79页哦信息字段信息字段信息字段是信息字段是0或更多的字节。对于在协议字或更多的字节。对于在协议字段里指定的协议，信息字段包含数据报。信段里指定的协议，信息字段包含数据报。信息字段的最大长度，包含填料但不包含协议息字段的最大长度，包含填料但不包含协议字段，术语叫做字段，术语叫做最大接收单元最大接收单元（MRU），），默认值是默认值是1500字节。若经过协商同意，也字节。若经过协商同意，也可以使用其它的值作为可以使用其它的值作为MRU。64第64页，此课件共79页哦PPP的工作过程可通过的工作过程可通过PPP状态图来描述：状态图来描述：65第65页，此课件共79页哦（1）Dead:连接静止阶段（物连接静止阶段（物理层未准备好）理层未准备好）一个连接的开始和结束都要经历此阶段。一个连接的开始和结束都要经历此阶段。当一个外部事件（例如检测到载波或网络管当一个外部事件（例如检测到载波或网络管理人员配置）指示物理层已准备好并可以使理人员配置）指示物理层已准备好并可以使用时，将进入建立连接阶段。用时，将进入建立连接阶段。在此在此阶段，协议自动机（后面将提到）处阶段，协议自动机（后面将提到）处在初始或正在开始状态。当进入到建立连接在初始或正在开始状态。当进入到建立连接阶段后会引发事件通知协议自动阶段后会引发事件通知协议自动机。机。66第66页，此课件共79页哦（2）建立连接阶段建立连接阶段 LCP负责创建链路。在这个阶段，将对基负责创建链路。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（向对方发送配置信息报文（Configure Packets）。一旦一个配置成功信息包）。一旦一个配置成功信息包（Configure-Ack packet）被发送且被接）被发送且被接收，就完成了交换，进入了收，就完成了交换，进入了LCP开启状态。开启状态。所有的配置选项都被假定为缺省值，除所有的配置选项都被假定为缺省值，除非在配置交互的过程中改变。非在配置交互的过程中改变。67第67页，此课件共79页哦（3）认证阶段）认证阶段(鉴别阶段鉴别阶段)在某些连接时，在允许网络层协议数在某些连接时，在允许网络层协议数据包交换之前希望对对等实体进行认证。据包交换之前希望对对等实体进行认证。缺省时，认证不是必要的。如果应用时缺省时，认证不是必要的。如果应用时希望对等实体使用某些认证协议进行认希望对等实体使用某些认证协议进行认证，这种要求必须在建立连接阶段提出。证，这种要求必须在建立连接阶段提出。认证阶段应该紧接在建立连接阶段后。认证阶段应该紧接在建立连接阶段后。然而，可能有连接质量的决定并行出现。然而，可能有连接质量的决定并行出现。应用时绝对不允许连接质量决定数据包应用时绝对不允许连接质量决定数据包的交换使认证有不确定的延迟。认证阶的交换使认证有不确定的延迟。认证阶段后的网络层协议阶段必须等到认证结段后的网络层协议阶段必须等到认证结束后才能开始。束后才能开始。68第68页，此课件共79页哦（4）网络层协议阶段网络层协议阶段 一旦完成了上述阶段，每一个网一旦完成了上述阶段，每一个网络层协议必须单独的由相应的网络控制络层协议必须单独的由相应的网络控制协议（）配置。协议（）配置。每一个网络控制每一个网络控制协议可以随时打开或关闭。协议可以随时打开或关闭。认证阶段完成之后，认证阶段完成之后，PPP将调用在链将调用在链路创建阶段（阶段路创建阶段（阶段1）选定的各种网络控）选定的各种网络控制协议（制协议（NCP）,例如、。选例如、。选定的定的NCP解决解决PPP链路之上的高层协议链路之上的高层协议问题，例如，在该阶段问题，例如，在该阶段IP控制协议控制协议（IPCP）可以向拨入用户分配动态地址。）可以向拨入用户分配动态地址。69第69页，此课件共79页哦（5）终止连接阶段终止连接阶段 P连接可以随时终止。原因可能是载连接可以随时终止。原因可能是载波丢失、认证失败、连接质量失败、超时计波丢失、认证失败、连接质量失败、超时计数器溢出，或者网络管理员关闭连接。数器溢出，或者网络管理员关闭连接。通过交换连接终止包来终止连接。通过交换连接终止包来终止连接。当连接正在被终止的时候，会通知网当连接正在被终止的时候，会通知网络层以便它采取相应的动作。络层以便它采取相应的动作。70第70页，此课件共79页哦3、认证方式认证方式 （1）口令验证协议（）口令验证协议（PAP）PAP是一种简单的明文验证方式。是一种简单的明文验证方式。NAS（网络接入服务器，（网络接入服务器，Network Access Server）要求用户提供用户名）要求用户提供用户名和口令，和口令，PAP以明文方式返回用户信息。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，很明显，这种验证方式的安全性较差，第三方可以很容易的获取被传送的用户第三方可以很容易的获取被传送的用户名和口令，并利用这些信息与名和口令，并利用这些信息与NAS建立建立连接获取连接获取NAS提供的所有资源。所以，提供的所有资源。所以，一旦用户密码被第三方窃取，一旦用户密码被第三方窃取，PAP无法无法提供避免受到第三方攻击的保障措施。提供避免受到第三方攻击的保障措施。71第71页，此课件共79页哦（2）挑战）挑战-握手验证协议握手验证协议（CHAP）NAS向远程用户发送一个挑战口令向远程用户发送一个挑战口令（challenge），其中包括会话），其中包括会话ID和一个任和一个任意生成的挑战字串（意生成的挑战字串（arbitrary challenge string）。远程客户必须使用）。远程客户必须使用MD5单向哈希单向哈希算法算法（one-way hashing algorithm）返回）返回用户名和加密的挑战口令，会话用户名和加密的挑战口令，会话ID以及用户以及用户口令，其中用户名以非哈希方式发送。口令，其中用户名以非哈希方式发送。72第72页，此课件共79页哦 PPP的优点的优点PPP协议是目前广域网上应用最广泛的协议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、具备用户验证能之一，它的优点在于简单、具备用户验证能力、可以解决力、可以解决IP分配等。分配等。73第73页，此课件共79页哦当当PPP用在同步传输链路时，协议规定用在同步传输链路时，协议规定采用采用硬件来完成比特填充硬件来完成比特填充(和和HDLC的做法一样的做法一样)。但当但当PPP用在异步传输时，它就使用一种用在异步传输时，它就使用一种特特殊的字符填充法殊的字符填充法(当0 x7d出现在PPP数据帧中时，那么紧接着的字符的第6个比特要取其补码,详见下页)PPP不提供不提供可靠传输的服务可靠传输的服务。74第74页，此课件共79页哦1)当遇到字符0 x7e时，需连续传送两个字符：0 x7d和0 x5e2)当遇到转义字符0 x7d时，需连续传送两个字符：0 x7d和0 x5d默认情况下，如果字符的值小于0 x20，一般都要进行转义。例如，遇到字符0 x01时需连续传送0 x7d和0 x21两个字符（这时，第6个比特取补码后变为1，而前面两种情况均把它变为0）。这样做的原因是防止它们出现在双方主机的串行接口驱动程序或调制解调器中，因为有时它们会把这些控制字符解释成特殊的含义。另一种可能是用链路控制协议来指定是否需要对这32个字符中的某一些值进行转义。默认情况下是对所有的32个字符都进行转义。特殊的字符填充法特殊的字符填充法75第75页，此课件共79页哦PPP协协议议之之所所以以不不使使用用序序号号和和确确认认机机制制是是出出于以下的几点考虑：于以下的几点考虑：（1）若若使使用用可可靠靠的的数数据据链链路路层层协协议议(如如HDLC)，开销就要增大。，开销就要增大。（2）在在因因特特网网环环境境下下，PPP的的信信息息字字段段放放入入的的数数据据是是IP数数据据报报。数数据据链链路路层层的的可可靠靠传传输输并并不不能能够够保保证证网网络络层层的的传传输输也也是是可可靠靠的的。（3）PPP协协议议在在帧帧格格式式中中有有帧帧检检验验序序列列FCS字段。字段。76第76页，此课件共79页哦PPP协议的实现协议的实现在同步传输链路时，在同步传输链路时，采用硬件采用硬件实现实现在异步传输时在异步传输时,采用软件实现采用软件实现在系统中设置在系统中设置77第77页，此课件共79页哦PPP协议的应用协议的应用家庭拨号上网就是通过家庭拨号上网就是通过PPP在用户端和运营在用户端和运营商的接入服务器之间建立通信链路。商的接入服务器之间建立通信链路。PPP与其他的协议共同派生出了符合宽带接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，如入要求的新的协议，如PPPoE（PPP over Ethernet），），PPPoA（PPP over ATM）。）。网络互连网络互连78第78页，此课件共79页哦习题P59习题二1279第79页，此课件共79页哦