Протокол двухточечного соединения РРР(Point-To-Point Protocol)
В пределах одною здания для соединения компьютеров широко применяются локальные сети. На больших территориях инфраструктура строится на основе выделенных линий, соединяющих отдельные машины по принципу «точка — точка».
На практике соединение «точка — точка» используется прежде всего в двух ситуациях. Во-первых, у многих организаций есть по одной или по несколько локальных сетей. в каждой из которых есть несколько персональных компьютеров, рабочих станций пользователя, серверов с маршрутизаторами (или функционально близких к ним мостов). Маршрутизаторы часто соединяются магистральной локальной сетью. Обычно вся связь с внешним миром осуществляется через один или два маршрутизатора, связанных выделенными линиями «точка—точка» с удаленными маршрутизаторами. Именно эти маршрутизаторы вместе с выделенными линиями образуют подсети, из которых состоит Интернет.
Еще одна важная роль, которую соединения «точка — точка» играют в Интернете, заключается в том, что они связывают миллионы индивидуальных пользователей с помощью модемов и телефонных каналов. Обычно пользователь дозванивается со своего домашнего компьютера до поставщика услуг Интернета (провайдера) и работает как полноценный интернет-хост. Этот метод отличается от использования выделенной линии между персональным компьютером и маршрутизатором только лишь тем, что, когда пользователь заканчивает сеанс связи, соединение прерывается. Домашний персональный компьютер, звонящий поставщику услуг Интернета изображен на рис.2.16. Модем показан в данном случае как внешнее устройство, однако современные компьютеры могут быть укомплектованы и внутренними модемами.
 |
Рис. 2.16. Домашний персональный компьютер, действующий как хост Интернета
Как для соединения двух маршрутизаторов по выделенной линии, так и для соединения маршрутизатора с хостом требуется протокол, который бы занимался формированием кадров, обработкой ошибок и другими функциями уровня передачи данных. Одним из таких протоколов, широко распространенным в Интернете, является РРР.
В Интернете двухточечные протоколы применяются очень часто в самых разных случаях, включая обеспечение соединения между маршрутизаторами, между пользователями и провайдерами. Обсуждаемый далее протокол называется РРР (Point-to-point Protocol — протокол передачи от точки к точке). Протокол РРР обеспечивает обнаружение ошибок, поддерживает несколько протоколов, позволяет динамически изменять IP-адреса во время соединения, разрешает аутентификацию, а также имеет ряд других свойств. Протокол РРР решает следующий набор задач:
1. Формирование кадров, однозначно обозначающее конец одного кадра и начало следующего. Формат кадров также обеспечивает обнаружение ошибок.
2. Управление каналом, позволяющее устанавливать каналы связи, тестировать их. Договариваться о параметрах их использования и снова отключать их, когда они не нужны. Этот протокол называется LCP (Link Control Protocol). Он поддерживает синхронные и асинхронные соединения, бит- и байт-ориентированное кодирование.
3. Возможность договориться о параметрах сетевого уровня, который не зависит от используемого протокола сетевого уровня. Дня каждого поддерживаемого сетевого уровня должен быть свой сетевой протокол управления (NCP, Network Control Protocol).
Чтобы посмотреть, как все это работает вместе, рассмотрим типичный сценарий, когда домашний пользователь звонит поставщику услуг Интернета, чтобы превратить тем самым свой домашний компьютер во временный хост. Сначала персональный компьютер звонит через модем на маршрутизатор провайдера. После того как, модем маршрутизатора ответит на звонок и установит физическое соединение, персональный компьютер посылает маршрутизатору серию NCP-пaкетов в поле данных пользователя одного или нескольких РРР-кадров. Эти пакеты и ответы на них определяют параметры протокола РРР.
После того как обе стороны согласовывают параметры, посылается серия NCP-пакетов для настройки сетевого уровня. Обычно персональный компьютер желает запустить стек протоколов TCP/IP для чего ему нужен IP-адрес. На всех пользователей IP-адресов не хватает, поэтому обычно у каждого поставщика услуг Интернета имеется целый набор таких адресов, и он динамически назначает их каждому присоединившемуся персональному компьютеру на время сеанса связи. Если у провайдера есть п IP-адресов, он может одновременно подключить к Интернету до п машин, однако общее количество его клиентов может быть во много раз больше.
После этого персональный компьютер фактически становится хостом Интернета и может посылать и принимать IP-пакеты также, как и постоянные хосты.
Когда пользователь заканчивает сеанс связи. NCP используется, чтобы разорвать соединение сетевого уровня и освободить IР-адрес. Затем LCP используется для разрыва соединения уровня передачи данных. Наконец, компьютер дает модему команду освободить линию на физическом уровне.
Формат кадра PPP выбран близкий к формату кадра HDLC. В отличие от бит-ориентированного протокола HDLC, протокол РРР является байт-ориентированным, поэтому все кадры состоят из целого числа байтов. Формат кадра РРР показан на рис.2.17.
|
Байты 1 1 1 1 или 2 Переменный 2 или 4 1 |
||||||
|
Flag 01111110
|
Address 11111111 |
Control 00000011
|
Protocol |
Данные |
Проверочные разряды |
Flag 01111110
|
Рис. 2.17. Формат кадра РРР для работы в ненумерованном режиме
Все РРР-кадры начинаются со стандартного флага протокола HDLC (0111110). Если такой байт встречается в поле данных, то применяется процедура ВИБ. Следом за ним идет поле Address (адрес), которому всегда присваивается двоичное значение 11111111, что означает, что все станции должны принимать этот кадр. Использование такого адреса позволяет избежать необходимости назначения адресов передачи данных.
За полем адреса следует поле Control, его значение по умолчанию равно 00000011. Это число означает ненумерованный кадр. Другими словами, РРР по умолчанию не обеспечивает надежной передачи с использованием порядковых номеров и подтверждений. В зашумленных каналах, например при беспроводной связи, может применяться надежная передача с порядковыми номерами. На практике такой способ применяется редко.
Так как в конфигурации поля Address и Control являются константами, протокол LCP предоставляет возможность двум сторонам договориться о возможности пропускать оба поля и сэкономить, таким образом, по 2 байта на кадр.
Четвертое поле кадра РРР — Protocol (протокол). Оно определяет тип пакета, содержащегося в поле данных (Payload). Определены коды для протоколов LCP, NCP, IP, IPX, Apple Talk и др. Номера протоколов сетевого уровня, например, IP, IPX, OSI CLNP, XNS. начинаются с бита 0. С бита I начинаются коды, используемые для переговоров об использовании других протоколов. К ним относятся LCP, а также различные протоколы NCP для каждого поддерживаемого протокола сетевого уровня. Размер ноля Protocol по умолчанию составляет 2 байта, однако путем переговоров с помощью LCP этот размер может быть уменьшен до 1 байта.
Поле полезной нагрузки, или поле данных может быть переменной длины, вплоть до некое оговоренного максимального значения. Если размер не оговорен во время установки соединения при помощи LCP, то по умолчанию он может составлять до 1500 байт. При необходимости данные пользователя могут дополняться специальными символами.
Следом за полем Данные располагается поле проверочных символов которые в обычном состоянии занимает 2 байта, но в случае необходимости по договоренности может занимать 4.
Итак, протокол РРР является механизмом формирования кадров, поддерживающим различные протоколы, которым можно пользоваться при модемных соединениях, в последовательных по битам каналов HDLC, сетях SONET и других физических средах. Протокол РРР поддерживает обнаружение ошибок, переговоры о параметрах, сжатие заголовков, а также, по желанию, надежное соединение с использованием кадров НDLC.
Рассмотрим теперь способы установления и разрыва соединения. Упрощенная диаграмма на рис.2.18 показывает фазы установлении и разъединении соединения. Эта последовательность применима как к соединению с помощью модемов, так и к соединениям между маршрутизаторами.
Начальное состояние протокола таково: канал отключен (состояние «Выключено»), физический носитель отсутствует, соединения на физическом уровне не существует. После того как физическое соединение установлено, канал переходит в состояние «Установить». В этот момент начинаются переговоры о параметрах с помощью протокола LCP. При успешном результате переговоров канал переходит в фазу «Идентифицировать». Теперь обе стороны по желанию могут проверить, кем является собеседник. При переходе к фазе «Сеть» включается соответствующий протокол NCP для настройки сетевого уровня. Если настройка проходит успешно, канал переходит в фазу «Открыть», при этом может осуществляться передача данных. Когда передача данных закончена, канал переходит к фазе «Завершение», а затем снова в состояние «Выключено», когда физическое соединение разрывается.
Протокол LCP используется для переговоров об используемых параметрах уровня передачи данных во время установочной фазы. Причем в его ведении находятся отнюдь не сами обсуждаемые параметры, а механизм переговоров. Он предоставляет способ инициировать процесс подачи предложения и поддерживает ответный процесс принятия или отказа от поданного предложения целиком или частично. Кроме того, он предоставляет методы проверки качества канала, чтобы договаривающиеся процессы могли решить, стоит ли вообще устанавливать соединение на этом канале. Наконец, протокол LCP позволяет отключить канал, если он больше не используется.
 |
Рис. 2.18. Упрощенная диаграмма установки и разрыва соединения