计算机网络 第7章 PPP与Internet接入.ppt

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1、 2006 工程兵工程学院 计算机教研室计算机网络（第2版）第七章PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络第 7 章 PPP与Internet接入本章主要内容n Internet接入过程；n 点对点协议；n 拨号接入技术；n 以太网接入技术。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络7.1 Internet接入过程本讲主要内容n 接入网络；n 接入控制设备。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络一、接入网络n 传统意义上讲，接入网络用于建立用户终端至接入控制

2、设备之间传输路径，接入控制设备作为路由器实现接入网络和Internet互连；n 实际的接入网络必须由接入控制设备完成对用户终端的身份鉴别、IP地址分配和路由项建立。接入网络结构PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n 不同接入技术的主要区别在于用户终端和接入控制设备之间的传输通路；n 拨号接入是语音信道；n 以太网接入是以太网的交换路径。一、接入网络PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络二、接入控制设备接入控制设备功能n 接入用户身份鉴别；n 动态分配IP地址；n 动态建立指向用户终端的路由项。建立

3、动态路由项PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络7.2 点对点协议本讲主要内容n PPP基本链路层功能；n PPP接入控制过程。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n 点对点协议首先是基于点对点物理链路的链路层协议，因此，需要解决通过点对点物理链路传输数据相关的操作，如检错、帧定界等；n 点对点协议同时又是接入控制协议，接入控制设备通过PPP完成对用户身份鉴别、IP地址分配等接入控制功能。7.2 点对点协议PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n P

4、PP只检错，不重传，采用CRC为检错码；n IP分组帧实现IP分组传输，其他类型帧实现PPP链路建立和接入控制过程；n PPP是面向字符的协议，用十六进制7E作为帧开始结束标志；n PPP帧由于面向点对点物理链路，不需要地址字段；n 其他字段用转义符7D+5E和7D+5D分别表示7E和5D。一、PPP基本链路层功能 PPP帧结构PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n PPP接入控制过程分为5个阶段；n 箭头旁边给出阶段发生转换的条件；n 建立语音信道后，开始PPP链路建立过程；n PPP链路建立过程就是语音信道两端协商参数过程；n 完成参数协商

5、后，采用协商参数时确定鉴别协议完成对用户身份鉴别；n 鉴别成功后，对用户终端分配IP地址，并在接入控制设备中建立指向用户终端的路由项；n 一旦语音信道中断或是协商参数、身份鉴别出现错误，终止PPP链路。接入控制过程二、PPP接入控制过程 PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n LCP帧建立PPP链路；n PAP帧完成身份鉴别；n IPCP完成IP地址分配；n PPP链路是在物理链路基础上增加检错功能的逻辑链路。二、PPP接入控制过程 PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络7.3 拨号接入技术本讲主

6、要内容n 拨号接入网络结构；n PSTN和点对点语音信道建立过程；n 成功接入后的拨号接入网络配置；n 用户终端访问Internet过程；n 远程用户接入设备的作用。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络 PSTN是目前最普遍的传输网络，而用户线几乎进入了每一户家庭，因此，通过PSTN用户线接入Internet是最方便、成本最低的接入方式。但通过用户线接入Internet需要解决那些问题呢？n调制解调n物理连接建立n用户身份认证和IP地址分配n数据传输过程7.3 拨号接入技术PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网

7、络 计算机网络一、拨号接入网络结构n 终端通过RS-232接口连接Modem，Modem连接PSTN用户线；n 远程用户接入设备就是一个接入控制设备，一方面需要通过呼叫连接建立过程建立和终端之间的语音信道，一方面需要通过PPP实现对终端的接入控制；n 远程用户接入设备用E3而不用用户线连接PSTN的原因是一条E3链路可以同时支持480条语音信道，等同于480对用户线。拨号接入网络结构PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n PSTN由各级交换机和互连交换机的物理链路组成。n 交换机各端口间不是固定连接关系，因此，需要根据主叫和被叫位置动态建立端口

8、间连接。n 根据主叫和被叫位置动态建立各级交换机端口间连接的过程称为呼叫连接建立过程。二、PSTN和点对点语音信道建立过程PSTN结构PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n 交换机必须配置路由表。n 交换机根据被叫号码和路由表确定输出端口。信令消息，由信令协议规范。路由多个语音信道共享交换机间链路带宽二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络针对主叫和被叫之间完成语音通信的过程，PSTN必须解决两个问题：n 一是主叫话机如何把用户输入的被叫号码送给每一跳交换机。n

9、语音信道如何占用交换机间链路的带宽。第一个问题涉及PSTN的路由和信令协议，后一个问题涉及PSTN的PCM和复用问题。呼叫连接建立过程呼叫连接建立过程二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络PCMPCM和时分复用和时分复用 早期电话一旦建立主叫和被叫之间的的呼叫连接，呼叫连接所经过的交换机间线路就被该呼叫连接占用。这会带来问题。n 一是如北京和南京之间同时进行的呼叫连接不计其数，如何设置南京长话局和北京长话局之间线路。n 二是随着线路的改进，如同轴电缆和光纤，其传输带宽到达几百兆，甚至更高，而语音信号带宽只需4k

10、Hz。这好比用5m直径的水管来流淌线一样细的水流。浪费！二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n 语音信号是模拟信号，通过A/D转换成为数字信号。n A/D转换经过采样、量化和编码三步将模拟信号变为数字信号。n 采样频率2 最大谐波频率。量化用有限种幅值近似无限种幅值，编码用若干位二进制数表示有限种幅值。PCMPCM和时分复用和时分复用二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络 假定信号幅值范围为05伏，如果用2位二进制数来表示采样

11、后的幅值，可用00表示0伏，01表示1.25伏，10表示2.5伏，11表示3.75伏。如果采样后的幅值Vi1.25伏，就用00表示。1.25Vi2.5就用01表示，2.5Vi3.75就用10表示，3.75Vi就用11表示。由于用2位二进制数只能表示4种幅值，连续幅值的信号只能用这4种幅值进行拟合，拟合后的幅值与采样后得到的原始幅值的最大误差为5伏/221.25伏 PCMPCM和时分复用和时分复用二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n 8位二进制数，可以有256种编码，则当采样后的幅值V符合(5/28)XV(5

12、/28)(X+1)(X：0255)，用编码X表示电压幅值V。n 由于语音信号频带4kHz，采样频率2 4kHz8kHz。n 由此可以得出语音信号数字化后需要的传输速率8b 8kHz=64kbps，或8b/125s。PCMPCM和时分复用和时分复用二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络假定中间链路的传输速率256kbps，A、B、C、D四路输入的速率64Kbps，确定一个时间片，这里为125s，中间链路在以该时间片里可以传输256 103 125 10-6=32b，而四路输入在一个时间片内分别输入64 103 1

13、25 10-6=8b，因此，可以将125s的时间片分割成4个小时间片，每个小时间片刚好传输8b，分配给一路输入，这个小时间片成为时隙，而由四个小时间片组成的时间片称为物理帧。如果确定物理帧的时间长度T和每一路输入速率X，则物理帧中的时隙数N取决于链路的传输速率M，N=M/X。每一时隙的二进制位数（T/N）XPCMPCM和时分复用和时分复用二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n E1的传输速率2.048Mbps，每125s能够传输2.047 106 125 10-6=256b，而一路语音每125s需要传输8b，

14、则可以将E1分成256/8=32个时隙。其中30个时隙用于传输语音信号，2个时隙做其他用途。PCMPCM和时分复用和时分复用二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n。中国采用E系列数字链路，速率越高，可以复用的语音信号数越多，这就是用一对光纤可以同时进行成千上万路语音通信的原因E系列传输速率和语音路数 PCMPCM和时分复用和时分复用二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络转接表和时隙交换转接表和时隙交换时隙交换的本质是每一个时隙

15、相当于64Kbps的物理链路，转接表给出的输入、输出时隙的对应关系，完全等同于输入、输出端口之间的连接。二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络n 语音信道占用交换机间线路的一个时隙；n 建立呼叫连接时创建的转接表完成交换机输入、输出线路之间时隙对应关系；n 数字语音信号传输过程中，由交换机实现输入线路时隙至输出线路时隙的交换过程，这种交换仍然是电路交换。时隙交换实例转接表和时隙交换转接表和时隙交换二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算

16、机网络nModem建立和远程用户接入设备之间的语音信道的过程完全等同于主叫和被叫之间的呼叫连接建立过程；nPSTN交换机之间采用数字通信，用户线采用模拟通信，Modem需要完成调制解调功能；n交换机间数字链路采用时分复用机制，因此，交换机用转接表给出输入链路和输出链路的时隙交换关系。二、PSTN和点对点语音信道建立过程PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络三、成功接入后的接入网络配置一旦完成接入控制过程，拨号接入网络就是一个以远程用户接入设备为互连设备实现点对点信道和以太网互连的互连网端到端传输的IP分组封装成PPP帧后经过语音信道，封装成MAC

17、帧后经过以太网，远程用户接入设备为用户终端分配IP地址后，在路由表中动态生成将该IP地址和连接用户终端语音信道绑定的路由项。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络四、用户终端访问Internet过程n 用户终端直接将IP分组封装成PPP帧通过点对点语音信道传输给远程用户接入设备；n 构成PPP帧的字节流通过RS-232口传输给Modem，调制成模拟信号后，经用户线传输给PSTN交换机；n PCM码到达远程用户接入设备，经D/A还原成模拟信号，经解调，还原成字节流，经过帧定界，从字节流中分离出PPP帧；n PCM码通过为语音信道保留的时隙进行传输。

18、PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络五、远程用户接入设备的作用n 能响应呼叫请求；n 将用户终端IP地址和连接用户终端的语音信道绑定在一起；n 能鉴别用户身份；n 能动态分配IP地址。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络7.4 以太网接入技术本讲主要内容n 接入网络结构；n PPPoE；n PPP接入控制机制。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络7.4 以太网接入技术n 引入以太网接入技术的原因n 以太网接入需要解决的问题n 网络结构n 数据传输

19、过程n 身份认证n IP地址分配PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络引入以太网接入技术原因引入以太网接入技术原因n 光缆价格的下降；n 光纤无中继传输距离的提高（70km）；n 以太网交换设备的价格下降；n 以太网的速率优势。7.4 以太网接入技术PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络一、接入网络结构 终端接入速率为10Mbps或100Mbps仍然需要对接入用户进行身份认证和IP地址分配。接入网络的用户之间没有通信需求。PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计

20、算机网络n PPPoE是一种基于以太网建立点对点虚拟链路，并在点对点虚拟链路基础上开始PPP操作过程的一种协议，n 它主要完成以下三个功能：一是获悉点对点虚拟链路两端的MAC地址。建立PPP会话（即点对点虚拟链路）。将PPP帧封装为MAC帧。经过以太网将MAC帧从PPP会话一端传输到另一端。二、PPPoEPPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络PPP会话建立过程用于发现宽带接入服务器。用于建立PPP会话。获悉双方的MAC地址。分配用于标识该PPP会话唯一的标识符：PPP ID二、PPPoEPPP PPP与 与Internet Internet接入

21、接入计算机网络 计算机网络PPP会话标识符的作用会话标识符区分共享同一个以太网的多对点对点连接二、PPPoEPPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络PPP帧封装成MAC帧过程PPP帧经过基于以太网的PPP会话传输时，必须封装成MAC帧。二、PPPoEPPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络三、PPP接入控制机制n PPP帧基于点对点链路n PPP会话提供点对点链路的传输功能n 以太网实现PPP会话两端之间传输功能PPP会话PPP帧终端宽带接入服务器点对点线路MAC帧终端宽带接入服务器PPP帧PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络通过PPPoE建立PPP会话。基于PPP会话进行PPP操作。PPP完成认证身份、分配IP地址功能。数据封装成PPP帧，PPP帧封装成MAC帧，经过以太网传输MAC帧。三、PPP接入控制机制PPP PPP与 与Internet Internet接入 接入计算机网络 计算机网络IP分组封装成PPP帧，PPP帧封装成MAC帧，MAC帧中增加PPPoE的控制信息，因此，增加传输开销。终端和宽带接入服务器之间通过PPP完成身份认证和IP地址分配。重叠！PPP链路层封装以太网MAC帧传输三、PPP接入控制机制