USB 3G卡热插拔那些事5------PPP协议

  或许我们把pppd拨号原理讲完已经万事大吉了，但是这里我想还是需要再说说ppp协议，我们知道3G拨号上网是通过ppp协议，利用的是ppp帧格式，就说3G卡吧，我知道3G卡首先是通过usb接口连接到设备，ppp-->tty-->Gsm/cdma/wcdma，我们在看Gsm/cdma/wcdma的驱动函数的时候，我们会发现usb相关的收发函数，为什么呢？因为在是通过usb接口连接的，那么在设备收发的时候，必须是urb包的形式才能被识别，然后才是Gsm/cdma/wcdma模块驱动，它是串行接口传输.所以在ppp协议到tty部分其实我们不用太关注其他的事情，用正常的理解就可以了.但是到了Gsm/cdma/wcdma模块的驱动部分就复杂了，为什么这么说，首先我们知道它关联了串行驱动tty，还有usb驱动.从硬件上它有一个usb转串的芯片.

   前面说了这么多，那么我们就来分析下ppp协议，网上和书上已经有很多相关资料，我这里就偷工减料了^^

首先可以参考《tcp/ip协议卷1》、《linux网络体系结构-linux内核中网络协议的设计与实现》还可以参考网上一些前辈的文章加速理解.

 

• 链路控制协议LCP（Link Control Protocol）；
• 网络控制协议NCP（Network Control Protocol）；
• 认证协议：口令验证协议PAP（Password Authentication Protocol）和挑战握手验证协议CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。

 

1. LCP协商，协商内容包括除1661中所定义的选项之外，还要考虑OA和OE中规定的内容。
2. LCP协商过 后就到了Establish阶段，开始PAP或CHAP认证。PAP为两次握手认证，口令为明文。PAP认证过程如下：发送用户名同口令到认证方，认证方 查看是否有此用户，口令是否正确，然后发送相应的响应。CHAP为三次握手认证，口令为密文（密钥）CHAP认证由认证方发送一些随机产生的报文，交给被 认证，被认证方用自己的口令字用MD5算法进行加密，传回密文，认证方用自己保存的口令字及随机报文用MD5算法加密，比较二者的密文，根据比较结果返回 响应的响应。
3. 认证成功即进行Network阶段协商（NCP），在IP接入中主要是IPCP协商（如IP地址和地址的协商等）。任何阶段的协商失败都将导致链路的拆除。
4. 协商成功，则链路建立成功，可以开始传输网络层数据报文。

 1. PPP协议组成:

a) 链路控制协议(LCP-Link Control Protocol),完成线路的启动、测试、任选参数的协商和最终线路断开功能

b) 认证协议，最常用的包括口令验证协议PAP（Password Authentication Protocol）和挑战握手验证协议CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）

c) 用户认证，主要通过LCP协商采用何种认证协议，但认证协议本身不是PPP协议的范围

d) IP控制协议IPCP(网络控制协议(NCP))，最常用的NCP协议为。它的一个重要功能就是动态分配IP地址；

2. 认证方式

1. 口令验证协议（PAP） 
PAP是一种简单的明文验证方式。NAS（网络接入服务器，Network Access Server）要求用户提供用户名和口令，PAP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，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NAS建立连接获取NAS提供的所有资源。所以，一旦用户密码被第三方窃取，PAP无法提供避免受到第三方攻击的保障措施。

2． 挑战-握手验证协议（CHAP） 
CHAP是一种加密的验证方式，能够避免建立连接时传送用户的真实密码。NAS向远程用户发送一个挑战口令（challenge），其中包括会话ID和一个任意生成的挑战字串（arbitrary challengestring）。远程客户必须使用MD5单向哈希算法（one-way hashing algorithm）返回用户名和加密的挑战口令，会话ID以及用户口令，其中用户名以非哈希方式发送。 
CHAP对PAP进行了改进，不再直接通过链路发送明文口令，而是使用挑战口令以哈希算法对口令进行加密。因为服务器端存有客户的明文口令，所以服务器可以重复客户端进行的操作，并将结果与用户返回的口令进行对照。CHAP为每一次验证任意生成一个挑战字串来防止受到再现攻击（replay attack）。在整个连接过程中，CHAP将不定时的向客户端重复发送挑战口令，从而避免第3方冒充远程客户（remote client impersonation）进行攻击。

目前大多数模拟拨号连接都采用PPP做为数据链路协议，主要有下面特点：

错误检测

自动协商网络层地址

CHAP or PAP 认证

数据压缩

符合ISO标准

PPP和串行线路Internet协议（SLIP）常常使人混淆，SLIP仅仅支持IP协议，PPP支持IP、IPX、以及AppleTalk等多协议。

PPP将数据链路层为为3个子层：

NCP   建立和协商网络层协议及相应的地址

LCP   建立链路、认证用户和检测链路质量

HDLC  在链路上封装数据包

表2-1 概述PPP及其子层

OSI层        常见协议

第3层      IP、IPX、AppleTalk

第2层      NCP、LCP、HDLC

第1层   EIA/TIA-232、X.24、V.23、V.35和ISDN等

PPP的大多数扩展功能如数据纠错及支持多种网络协议等，都是由LCP和NCP来控制的。LCP用于配置和测试数

据链路，工作方式如下：

第1步  链路建立阶段―――首先打开连接，然后确定相关通信参数（包括MTU、compress type、及链路认证类型。链路设置完后确认帧，然后是可选的链路质量确认阶段，LCP确定链路质量

第2步  可选（必要）的认证阶段―――两种认证方式：质询应答握手认证协议（CHAP）和密码认证协议（PAP）。PPP本身不需要认证，cisco路由器异步线路需要认证，建议使用CHAP认证方式。

第3步  网络层协议阶段―――LCP引导NCP激活和配置网络层协议。这一阶段结束后即可传输数据包。

第4步  链路终止阶段―――LCP指导NCP关闭layer 3。

LCP使用3种类型LCP数据帧完成上述步骤：

链路建立帧（Link establishment frames）―――建立链路

链路终止帧（Link terminateon frames）―――关闭链路

链路维护帧（Link maintenance frames）―――维护链路

 PPP 主要由以下几部分组成：

  封装：一种封装多协议数据报的方法。PPP 封装提供了不同网络层协议同时在同一链路传输的多路复用技

术。PPP 封装精心设计，能保持对大多数常用硬件的兼容性。克服了SLIP不足之处的一种多用途、点到点协

议，它提供的WAN数据链接封装服务类似于LAN所提供的封闭服务。所以，PPP不仅仅提供帧定界，而且提供

协议标识和位级完整性检查服务。

  链路控制协议：PPP 提供的 LCP 功能全面，适用于大多数环境。LCP 用于就封装格式选项自动达成一致

，处理数据包大小限制，探测环路链路和其他普通的配置错误，以及终止链路。LCP 提供的其他可选功能有

：认证链路中对等单元的身份，决定链路功能正常或链路失败情况。

  网络控制协议：一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路连接。

  配置：使用链路控制协议的简单和自制机制。该机制也应用于其它控制协议，例如：网络控制协议（NCP

）。

  为了建立点对点链路通信，PPP 链路的每一端，必须首先发送 LCP 包以便设定和测试数据链路。在链路

建立，LCP 所需的可选功能被选定之后，PPP 必须发送 NCP 包以便选择和设定一个或更多的网络层协议。

一旦每个被选择的网络层协议都被设定好了，来自每个网络层协议的数据报就能在链路上发送了。

  链路将保持通信设定不变，直到有 LCP 和 NCP 数据包关闭链路，或者是发生一些外部事件的时候（如，

休止状态的定时器期满或者网络管理员干涉）。

 PPP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，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和HDLC之间最主要的区别是，PPP是面向字符的，HDLC是面向位的。

与PPP相关的RFC：

RFC1144  TCP/IP数据包压缩

RFC1220  PPP在网桥上的扩充

RFC1334  PPP认证协议

RFC1378  PPP AppleTalk控制协议（ATCP）

RFC1552  PPP互联网数据包交换控制协议（IPXCP）

RFC1570  PPP LCP协议扩充

RFC1661  PPP协议（PPP）

RFC1662  PPP中的HDLC封装

RFC1990  PPP多链路协议（MP）

 上面是我从网上摘的一些片段，大致就是这个，这里我们不再具体分析ppp协议数据包具体收发函数流程.

下面我说一下pppoe相关的，因为这里我有点困惑，才搞明白.

首先我们知道ppp协议是针对串行传输的，那么它也有它自己的固定的帧格式，当然是不能直接在以太网上传输的，比如3G拨号，它没有通过以太网口，而是通过3g模块，以串行方式把数据发出去了，最后转行成无线信号. 但是我们知道：

以太网接口（WAN）支持三种连接模式：

l              自动模式：DHCP客户端，使用DHCP方式获取IP地址。

l              手动模式：即手动为接口配置IP地址和子网掩码。

l              PPPoE：即配置接口作为PPPoE客户端。PPPoE是Point-to-Point Protocol over Ethernet的简称，它利用以太网将大量主机组成网络，通过一个远端接入设备连入因特网，并对接入的每个主机实现控制、计费功能，极高的性能价格比使PPPoE在包括小区组网建设等一系列应用中被广泛采用。

它是和3G是不同的，那么这个时候就用到了pppoe模块，它把ppp协议的帧经过处理封装到以太网帧中传输到网络中.

两者的区别基本有两点：

1.3G不经过pppoe再封装.直接串口传输.

2.wan呢，则是需要pppoe封装的，因为它物理接口是以太网.

备注：这里或许有些东西是重复的，请谅解.