PPP协议概述

PPP（Point-to-Point Protocol点到点协议）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。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。
　　PPP是目前使用最广泛的数据链路层协议，不管是低速的拨号猫连接还是高速的光纤链路，都适用PPP协议。因特网用户通常都要连接到某个ISP 才能接入到因特网。 PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。 ISP使用PPP协议为计算机分配一些网络参数（如IP地址、域名等）。
　　PPP不同于其他协议，它应该被视为一个协议集。PPP协议包含了LCP、NCP等协议集。(LCP、NCP是PPP的子集）

PPP协议的六个阶段

1. 链路不可用阶段： 初始阶段
2. 链路建立阶段： LCP协商
3. 验证阶段： PAP/CHAP验证
**4. 网络层协议阶段：**NCP协商
5. PPP会话维持阶段： 维持PPP会话， 定时发送Echo Request报文，并等待Echo Reply报文
6. 网络终止阶段： 终止PPP会话，回到链路不可用阶段。

（一）PPP 帧

　　PPP帧从HDLC（High-level link Control）。

• Flag：标志位、用于标识帧的开始和结束
• Addr：地址位，用于标识Station地址。PPP帧发源自HDLC帧，保留了此字段。对于PPP帧来说，由于是点对点协议，不需要地址位。PPP帧的地址位恒为0xFF。
• Control：在DHLC帧中，Control位用来标识帧的顺序和重传行为，但由于该功能在PPP协议中并没有普遍实现，因此PPP帧中，Control值固定为）0x03.
• Protocol：协议字段，标识所携带报文的类型。如0x0021时，表示PPP帧的信息字段是IP数据报文。不同的Protocol标识Data字段的不同含义。

+ Data： 信息字段，即PPP帧的负载(如LCP帧、NCP帧）
+ Pad: 填充字段
+ FCS：循环冗余码。 覆盖了两个Flag（不包括）之间的字段。

• 注：
  　　由于Addr和Control字段在PPP帧中是固定值，在传输过程中经常使用Address and Control Field Compression (ACFC)选项省略掉这两个字段。
  

PPP工作流程

a） LCP协商阶段：创建链路完成链路的启动、测试、任选参数的协商和最终链路的断开
b）认证阶段： LCP向对端发送协商请求， 双方确定链路的配置参数后，LCP向认证层发送Up事件。常用的认证协议有PAP（口令验证协议）和CHAP（挑战握手验证协议）。
c） NCP协商阶段（IPCP协议）：调用链路层创建阶段选定的网络控制层协议。主要包括动态分配IP地址功能等。常用的NCP协议有IPCP协议。
d）会话维持阶段：进行PPPoE心跳保活
**d）PPP正常终结：**NCP分别终结，然后LCP终结，最后物理层终结

一、 LCP 协商

　　 LCP（Link Control Protocol）用来创建链路完成链路的启动、测试、任选参数的协商和最终链路的断开
　　LCP的操作只关注连接的两端，而不在乎Mac层协议（如以太网协议、WIFI），也就是不需要考虑具体的传输媒介是什么。

LCP帧

　　LCP帧以PPP帧为基础。格式如下：

LCP帧有自己特有的四个字段：Code、Ident、Length、LCP Data。
另外，（PPP帧的）字段Protocol的值应为0xC021，标识该PPP帧为LCP帧。
+ Code： 表示LCP数据报文（Request或Reply）类型。 值如下：

+ **Ident：**LCP报文的序列号，有Request帧的发送者生成，在之后的序列帧中递增。对于应答报文（如ACK，NACK，REJECT应答报文， Ident帧的值是从Request报文中copy过来的。（由此，Request方可以通过Ident字段识别Rely的对应关系）。
+ Length: LCP报文的长度，以字节为单位。 Code+Ident+Length+LCP Data
+ LCP Data： LCP数据报文。

不同类型的LCP帧的作用：

总的来说，LCP帧根据用途可以分为三大类， 链路配置报文，链路终止报文，链路维护报文：

(1). 链路配置报文：
　　包含Config-Request、Config-Ack、Config-Nak和Config-Reject四种报文。
　　当通信双方需要建立链路时，双方都需要发送Config-Request报文并携带自已所希望协商的配置参数选项。当接收方收到Config-Request报文时，会根据是否识别、认可Configure-Request报文中的配置参数来在剩下的三种配置报文中选择一种应答。 如果识别且认可全部参数，则应答Configure-ACK报文（携带全部配置参数）； 如果识别，但只认可部分配置参数，则应答configure-NACK报文（携带不认可的配置参数）； 如果不能识别所有的配置，则应答configure-Reject报文（携带全部报文）。
(2). 链路终止报文：
　　包含Terminate-Request和Terminate-Reply两种报文。
　　LCP报文中提供了一种机制来关闭一个点对点的连接，想要关断链路的一端会持续发送Terminate-Request报文，直到收到一个 Terminate-Reply为止。接收端一旦收到了一个Terminate-Request报文后，必须回应一个Terminate-Reply报 文，同时等待对端先将链路断开后，再完成本端的所有断开的操作。
(3). 链路维护报文：
　　链路维护报文中比较杂。比如，我们需要定时进行PPP保活（确认当前PPP链路是否仍在活跃状态），则PPP链路双方分别发送Echo Request报文，如果对方回复了Echo Reply报文，则表示PPP链路仍在活跃状态。

LCP协商过程

LCP 两端通过发送LCP Config-Request和Config-Ack交互协商选项。 LCP一方通过发送LCP Config-Request来向另一方请求自己需要的LCP协商选项。如果Config-Request报文的接收方支持并接受这些选项则回复LCP Config-Ack报文。如果Config-Request部分（或者全部）不支持所有的LCP选项则回复其他报文。
（1）Config-ACK：若完全支持对端的LCP选项，则回应Config-ACK报文，报文中必须完全协带对端Request报文中的选项。
（2）Config-NAK：若支持对端的协商选项，但不认可该项协商的内容，则回应Config-NAK报文，在Config-NAK的选项中填上自己期望的内容，如:对端MRU值为1500，而自己期望MRU值为1492，则在Config-NAK报文中埴上自己的期望值1492。
（3）Config-Reject：若不能支持对端的协商选项，则回应Config-Reject报文，报文中带上不能支持的选项，如Windows拨号器会协商CBCP（被叫回呼），而ME60不支持CBCP功能，则回将此选项拒绝掉。

—-Config-request报文———

—-Config-Ack报文———

二. 认证阶段

　　PPP认证，常用认证协议有 PAP（口令验证协议）和CHAP（挑战握手验证协议）
　　会话双方通过LCP协商好的认证方法进行认证，如果认证通过了，才可以进行下面的网络层的协商。认证过程在链路协商结束后就进行。
+ PAP验证： 两次握手，明文传输口令，安全性低
+ CHAP验证： 三次握手， 密文传输口令。
PAP验证过程

CHAP验证过程：

三. NCP协商协议

　　NCP有很多种，如IPCP、BCP、IPv6CP，最为常用的是IPCP（Internet Protocol Control Protocol）协议。NCP的主要功能是协商PPP报文的网络层参数，如IP地址，DNS Server IP地址，WINS Server IP地址等。PPPoE用户主要通过IPCP来获取访问网络的IP地址或IP地址段。
　　NCP流程与LCP流程类似，用户与ME设备之间互相发送NCP Config-Request报文并且互相回应NCP Config-Ack报文后，标志NCP己协商完，用户上线成功，可以正常访问网络了。
　　NCP协商协议的基本流程如下：

用户和接入设备对IP服务阶段的一些要求进行多次协商，以决定双方都能够接收的约定。
　　通LCP类似，当Request中的一些选项不被接收方接受时， 接收方不会回复Configuration-ACK报文，而是回复其他如Configuration-NACK报文。

NCP Configuration-Request报文

NCP Configuration-NAK报文

四. 会话维持（Session Keep-alive）

设备主动发送Echo Request进行PPPoE心跳保活，若3次未得到服务器的响应，则设备主动释放地址。发LCP Echo Request 的时候，魔术字字段要和之前通信的Configure_Request使用的魔术字字段保持一致。
有些设备或终端不支持主动发送 Echo-Request 报文, 只能支持回应Echo-Reply报文。

五. 会话结束（Session Termination）

PPPoE 还有一个PADT（PPPOE Active Discovery Terminate）分组，它可以在会话建立后的任何时候发送，来终止PPPoE会话，也就是会话释放。它可以由主机或者接入集中器发送，目的地址填充为对端的以太网的MAC地址。
当对方接收到一个 PADT（PPPOE Active Discovery Terminate）分组，就不再允许使用这个会话来发送PPP业务。PADT分组不需要任何标签，其CODE字段值为0xa7（PADT Code），SESSION-ID字段值为需要终止的PPP会话的会话标识号码。在发送或接收PADT后，即使正常的PPP终止分组也不必发送。PPP对端应该使用PPP协议自身来终止PPPoE会话，但是当PPP不能使用时，可以使用PADT。