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闫庚哲的个人博客

数据链路层的点对点通信(PPP)和广播通信(Ethernet)的研究

数据链路层主要是分为点对点通信(PPP协议)和广播通信(CSMA/CD)

PPP (点对点协议(Point to Point Protocol))

点对点协议(PPP)为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。PPP 最初设计是为两个对等节点之间的 IP 流量传输提供一种封装协议。在 TCP-IP 协议集中它是一种用来同步调制连接的数据链路层协议(OSI 模式中的第二层),替代了原来非标准的第二层协议,即 SLIP。除了 IP 以外 PPP 还可以携带其它协议,包括 DECnet 和 Novell 的 Internet 网包交换(IPX)。

功能

  1. PPP具有动态分配IP地址的能力,允许在连接时刻协商IP地址;
  2. PPP支持多种网络协议,比如TCP/IP、NetBEUI、NWLINK等;
  3. PPP具有错误检测以及纠错能力,支持数据压缩;
  4. PPP具有身份验证功能。
  5.  PPP可以用于多种类型的物理介质上,包括串口线、电话线、移动电话和光纤(例如SDH),PPP也用于Internet接入。

工作流程

当用户拨号接入 ISP 时,路由器的调制解调器对拨号做出确认,并建立一条物理连接。PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组(封装成多个 PPP 帧)。这些分组及其响应选择一些 PPP 参数,和进行网络层配置(此前如有PAP或CHAP验证先要通过验证),NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址,使 PC 机成为因特网上的一个主机。
通信完毕时,NCP 释放网络层连接,收回原来分配出去的 IP 地址。接着,LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。

PPP协议的状态图

应用范围

       PPP是一种多协议成帧机制,它适合于调制解调器、HDLC位序列线路、SONET和其它的物理层上使用。它支持错误检测、选项协商、头部压缩以及使用HDLC类型帧格式(可选)的可靠传输。PPP提供了三类功能:
  1. 成帧:他可以毫无歧义的分割出一帧的起始和结束。
  2. 链路控制:有一个称为LCP的链路控制协议,支持同步和异步线路,也支持面向字节的和面向位的编码方式,可用于启动路线、测试线路、协商参数、以及关闭线路。
  3. 网络控制:具有协商网络层选项的方法,并且协商方法与使用的网络层协议独立。

LCP

链路控制协议(LCP) LCP 建立点对点链路,是 PPP 中实际工作的部分。LCP 位于物理层的上方,负责建立、配置和测试数据链路连接。LCP 还负责协商和设置 WAN 数据链路上的控制选项,这些选项由 NCP 处理。

NCP

PPP允许多个网络协议共用一个链路,网络控制协议 (NCP) 负责连接PPP(第二层)和网络协议 (第三层)。对于所使用的每个网络层协议,PPP 都分别使用独立的 NCP来连接。例如,IP 使用 IP 控制协议 (IPCP),IPX 使用 Novell IPX 控制协议 (IPXCP)。

广播信道的以太网(Ethernet)

以太网技术指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技术)技术,并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。以太网不是一种具体的网络,是一种技术规范。

介绍

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包,双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性最好。
以太网(Ethernet)是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准,如令牌环网(token ring)、FDDI和ARCNET。
以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑,但目前的快速以太网(100BASE-T、1000BASE-T标准)为了最大程度的减少冲突,最大程度的提高网络速度和使用效率,使用交换机(Switch hub)来进行网络连接和组织,这样,以太网的拓扑结构就成了星型,但在逻辑上,以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 即带冲突检测的载波监听多路访问)的总线争用技术。

CSMA/CD协议

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)即带冲突检测的载波监听多路访问技术。在传统的共享以太网中,所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务,就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。

其原理简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发

应用

集线器,星型网络。

网桥,网络桥接。

以太网的宽带接入PPPoE(PPP over Ethernet)

与传统的接入方式相比,PPPoE具有较高的性能价格比,它在包括小区组网建设等一系列应用中被广泛采用,目前流行的宽带接入方式ADSL 就使用了PPPoE协议。
通过ADSL方式上网的计算机大都是通过以太网卡(Ethernet)与互联网相连的。同样使用的还是普通的TCP/IP方式,并没有附加新的协议。另外一方面,调制解调器的拨号上网,使用的是PPP协议,即Point to Point Protocol,点到点协议,该协议具有用户认证及通知IP地址的功能。PPP over Ethernet(PPPoE)协议,是在以太网络中转播PPP帧信息的技术,尤其适用于ADSL等方式。

工作流程

建立PPPoE通道(ADSL拨号)分两个阶段:发现阶段和PPP会话阶段
在发现阶段,以太网上的客户机要找到一个访问集中器(AC,Access Concentrator),也就是局端的AC,不是客户端的那个猫,发现阶段完成后,客户机和AC都得到要在以太网上建立PPP通道的相关信息。此阶段用来建立连接,当一个用户主机想开始一个PPPoE会话时,首先必须进行发现阶段以识别PPPoE Server的以太网MAC地址,并建立一个PPPoE会话标识(Session ID)。

当PPPoE进入PPP会话阶段后,客户端和服务器将进行标准的PPP协商,PPP协商通过后,数据通过PPP封装发送。PPP报文作为PPPoE帧的净荷被封装在以太网帧内,发送到PPPoE链路的对端。Session ID必须是Discovery阶段确定的ID,且在会话过程中保持不变,MAC地址必须是对端的MAC地址。

发现阶段是无状态的,也就是两边都不用保存以前的状态信息;只有PPP会话开始后,双方就要建立一个虚拟的PPP通信接口,具体在Linux下会有ppp0网卡,在windows下网络连接中增加ADSL的接口。

 

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