PPP(Point-to-Point Protocol)

박시동

(1999.10 ~ 2000.04 ADSL Project 수행시)

 

¨         관련 RFC : RFC 1661, 1172, 1332, 1877

¨         WAN 구간 사이의 프로토콜 (보통 라우터와 라우터 사이, 가정집과 RAS사이)

¨         Transition State

¨         PPP 프레임 구조

l       Protocol 필드

-    프로토콜 식별자(LCP,Authentication, NCP, Network layer 구분)

-     0***∼3*** : Network layer 프로토콜, 8***∼b*** : NCP 프로토콜, c***∼f*** : LCP 프로토콜

-    주요 프로토콜식별자(C021: LCP, 8021: IPCP, C023: PAP, 0021: IP, CO25: L.Q.R, C223: CHAP)

¨         상호 PPP 프로토콜 사이의 데이터 플로우

l       LCP 협상(링크계층-Layer 2에 대한 조건을 협의)

-    이 때 각각의 Peer(통신의 상대방)는 자기가 가진 조건을 상대편 Peer에게 협의요청을 한 후, 서로 Comfirm이 되면 다음 단계를 진행합니다. (서로의 조건이 맞아야 함)

-    PPP 프로토콜 구현에 따라서 조건이 안 맞으면 이 단계에서 drop해버리는 경우도 있고, 어떤 경우는 상대방이 거부한 옵션은 버리고 다시 nego를 해서 맞춰가는 경우도 있음

l       LCP nego가 끝나면(서로 상대방의 조건에 ok 답장함)

l       Authentication

-    LCP nego한 옵션 중 authentication을 하자는 옵션이 있었다면 인증 과정을 거침. LCP nego 옵션 중 어떤 인증과정(PAP, CHAP, MS-CHAP 프로토콜)이냐에 따라 달라짐

-    상호 인증을 하는 경우도 있고(진짜 peer-to-peer인 경우, 상호 active, 주로 router끼리 하는 경우), 한쪽만 authentication 하는 경우(client/server인 경우, 주로 사용자 PC와 RAS 사이)도 있음

l       LCP, Authentication이 끝나면 NCP(네트웍계층(Layer 3)에 대한 협의) 시작

-    네트웍계층의 종류에 따라 다른 프로토콜이 사용되며(IP에서는 IPCP, IPX에서는 IPXCP 등), 네트웍계층에 서의 통신시 필요한 여러 사항들이 협의. 이 때에서 각각의 Peer는 각기 자기가 가지고 있는 기본 협의사항을 가지고 협의를 하며, 두 Peer의 조건이 모두 충족되면 네트웍계층의 통신이 시작.

l       NCP 과정이 끝나면

-    Network 계층의 통신이 시작되는 데(Networ 계층이 IP인 경우 프로토콜 식별자가 0021로 표시), 이 때 다시 네트웍 프로토콜이 가지고 있는 협의기능(예를 들면 DHCP 등) 을 이용하여 여러 조건들을 협의할 수 있습니다.

l       모든 조건이 끝나고 network 계층간 통신 시작시 PPP 프로토콜의 역할은 물리 계층에서 오는 데이터를 받아서 프로토콜식별자를 빼고 윗단 계층으로 단순히 넘겨주는 역할만 수행. LCP의 옵션에 따라 상대방 link의 다운을 알기 위해 LCP에서 keep alive check 데이터(echo request)를 주기적으로 보내는 경우도 있음

 

l       PPP flow #1

l       PPP flow #2

¨         LCP(Link Control Protocol)

l       링크 설정, 유지, 구성, 해제 담당, Option Nego 기능

l       code(LCP 패킷종류), ID(상대방이 reply시 sync위해), Length(LCP패킷전체길이)

code	Packet type	Description
0x01	Configure-request	Contains the list of proposed options and their values
0x02	Configure-ack	Accepts all options proposed
0x03	Configure-nak	Announces that some options are not acceptable
0x04	Configure-reject	Announces that some options are not recognized
0x05	Terminate-request	Requests to shut the line down
0x06	Terminate-ack	Accepts the shut-down request
0x07	Code-reject	Announces an unknown code
0x08	Protocol-reject	Announces an unknown protocol
0x09	Echo-request	A type of hello message to check if the other end is alive.
0x0A	Echo-reply	The response to the echo-request message
0x0B	Discard-request	A request to discard the packet

l       Type의 종류

-    MRU_OPTION                                         1 (The maximum size of the packet that can be received on a link, default = 1500)

-    ACCM_OPTION                                      2 (Asynchronous Character Control Map)

Async-Control-Character-Map의 각각의 Bit는 그 값에 해당하는 ASCII control character를 나타냅니다. 예) 만약 19번 Bit가 0이 되면, ASCII control character 19 (DC3, Control-S) 는 map이 되지 않습니다

-    AUTH_OPTION                                       3 (The protocol to be used for authentication, default = none)

Authentication Type
c023 : PAP (Password Authentication Protocol)
c225 : CHAP (Challenged Handshake Authentication Protocol)

-    LQR_OPTION                                           4 (The protocol to be used for link quality monitoring and management)

Reporting-Period는 msec 단위로 Link-Quality-Report 패켓을 보내는 시간을 정의 합니다.
Link-Quality-Report 패켓의 보고 형태는 프로토콜식별자가 c023인 패켓으로 주기적으로 교환 됩니다.
별도의 Negotiation 프로토콜 참조

-    MAGIC_OPTION                                     5 (Magic number)

Magic-Number는 Link한쪽에 유일한 하나의 번호가 할당 됩니다.
이것은 회선이 Loop-back이 되어있는지, 또는 Link layer의 이상유무를 판단하는 데 사용 됩니다.
예를 들어 회선이 Loop-back이 되었으면 똑같은 Magic-Number를 가진 패켓이 되돌아 옵니다

-    PFC_OPTION                                           7 (Enabling/disabling the protocol field compression, default = off)

이것은 Data Link Layer Protocol field의 Compression에 적용 됩니다.
압축방식은 ISO 3309 extension에 따릅니다.

-    ACFC_OPTION                                        8 (Enabling/disabling compression of the address and control fields, default = off)

이것은 Data Link Layer Address and Control field의 압축에 대한 Negotiation을 합니다.
만약 압축하는 것으로 Nego.가 되었다면 0xff 와 0x03으로 시작하는 패켓은 압축이 안된 것으로 그렇지않은 것은 압축된 것으로 해석합니다.

-    FCS_OPTION                                           9

l       type+length+data 에서 length = type+length+data

l       예)

Tx(PPPoA) : CID=0 len=16

  [000] C0 21 01 00 00 0E 05 06 00 00 48 B1 07 02 08 02       !        H

Rx(PPPoA) : CID=0 len=16

  [000] FF 03 C0 21 01 01 00 0C 01 04 05 DC 03 04 C0 23         !           #

Rx(PPPoA) : CID=0 len=12

  [000] FF 03 C0 21 04 00 00 08 07 02 08 02                     !

Tx(PPPoA) : CID=0 len=14

  [000] C0 21 02 01 00 0C 01 04 05 DC 03 04 C0 23             !           #

Tx(PPPoA) : CID=0 len=12

  [000] C0 21 01 01 00 0A 05 06 00 00 48 B1                   !        H

Rx(PPPoA) : CID=0 len=14

  [000] FF 03 C0 21 02 01 00 0A 05 06 00 00 48 B1               !        H

Rx(PPPoA) : CID=0 len=12

[000] FF 03 C0 21 09 00 00 08 00 00 00 00                     !

Tx(PPPoA) : CID=0 len=10

[000] C0 21 0A 00 00 08 00 00 48 B1                         !      H

¨         Authentication – PAP(Password Authentication Protocol)

l       2단계 처리 절차, 사용자 이름과 패스워드 전달, 유효성 확인 후에 연결 허용 또는 거부

l       예)

Tx(PPPoA) : CID=0 len=21

  [000] C0 23 01 05 00 13 0D 63 70 65 30 33 32 40 68 61    #     cpe032@ha

  [010] 6E 61 72 6F 00                                       naro

Rx(PPPoA) : CID=0 len=15

  [000] C0 23 02 05 00 0D 08 4C 6F 67 69 6E 20 6F 6B          #     Login ok

¨         Authentication – CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)

l       3 way handshake 인증 프로토콜, 패스워드가 보내지는 것은 아님

¨         NCP(Network Control Protocol) - IPCP(IP Control Protocol)

l       IP network layer에 대한 협의

l       CODE 내용

code	Packet type
0x01	Configure-request
0x02	Configure-ack
0x03	Configure-nak
0x04	Configure-reject
0x05	Terminate-request
0x06	Terminate-ack
0x07	Code-reject
나머지 code는 code-reject됨

l       Type 내용

type	종류	역할	길이
1	IP Address	현재 사용안함, configure-reject됨
2	IP-compression-protocol	IP compression 프로토콜 정의	>=4
3	IP Address	IP Address nego	6
0x81	Primary DNS	DNS 서버 nego	6
0x82	Primary NBNS	NBNS 서버 nego	6
0x83	Secondary DNS		6
0x84	Secondary NBNS		6

l       IP-compression-protocol일 경우

참고 : Van Jacobson TCP/IP header compression을 사용하고자 할 때
- Protocol 필드
0x0021 : Type IP. The IP protocol is not TCP, or the packet is a frament, or cannot be compressed.
0x002d : Compressed TCP. The TCP/IP headers are replaced by the compressed header.
0x002f : Uncompressed TCP. The IP protocol field is replaced by the slot identifier

l       IP-address 일 경우

ip-address 영역이 0으로 채워져 있으면 상대방이 IP를 지정해 달라는 뜻

l       DNS/NBNS 인 경우

¨         IPCP 프로토콜의 협의 방법

l       망측 장비에서의 협의 방법

망측 장비는 자기의 IP 어드레스, DNS 서버 주소등의 정보를 가입자측 PC로 알려줍니다.

망측 장비로부터 정보를 받은 가입자측 PC는 망측 장비의 정보를 확인하고 Comfirm(Ack.) 메시지를 보냅니다.

l       가입자측 PC에서의 협의 방법

가입자측 PC는 자기의 IP 어드레스와 DNS 서버 주소를 모르기 때문에, 망측 장비로 해당 어드레스를 알려달라는 메시지를 보냅니다. : IPCP의 Configure request에서 IP 어드레스와 DNS 어드레스를 0.0.0.0 으로 설정하여 망측 장비로 보냅니다.

가입자측 PC로부터 IP 어드레스등의 정보에 대한 요청을 받은 망측 장비는 해당 어드레스를 할당하여 가입자측 PC로 수정요구를 요청하는 메시지를 발송 합니다. (그런데 보통은 PC에서 NBNS 항목에 대한 요구가 함께 요청이 와, 처음에는 해당 항목을 표시하여 Reject 메시지를 보낸후 이러한 과정을 수행합니다.) 이것에 대한 협의 과정은 앞에서 나온 PPP 협의 과정을 참조하기 바랍니다.

수정 요청을 받은 가입자 PC는 해당 IP 어드레스등을 자기 PC의 어드레스등으로 설정한 후, 해당 요청 에 대한 수용완료를 나타내는 메시지(Configure Ack.)를 망측 장비로 보내 IPCP의 협의를 종료합니다.

l       예

Tx(PPPoA) : CID=0 len=36

  [000] 80 21 01 03 00 22 03 06 00 00 00 00 81 06 00 00    !   "

  [010] 00 00 82 06 00 00 00 00 83 06 00 00 00 00 84 06

  [020] 00 00 00 00

Rx(PPPoA) : CID=0 len=12

  [000] 80 21 01 01 00 0A 03 06 D3 6C 31 01                   !       l1

Rx(PPPoA) : CID=0 len=18

  [000] 80 21 04 03 00 10 82 06 00 00 00 00 84 06 00 00    !

  [010] 00 00

Tx(PPPoA) : CID=0 len=12

  [000] 80 21 02 01 00 0A 03 06 D3 6C 31 01                   !       l1

Tx(PPPoA) : CID=0 len=24

  [000] 80 21 01 04 00 16 03 06 00 00 00 00 81 06 00 00    !

  [010] 00 00 83 06 00 00 00 00

Rx(PPPoA) : CID=0 len=24

  [000] 80 21 03 04 00 16 03 06 D3 6C 31 02 81 06 D2 5E    !       l1    ^

  [010] 00 07 83 06 A4 7C 65 02                                   |e

Tx(PPPoA) : CID=0 len=24

  [000] 80 21 01 05 00 16 03 06 D3 6C 31 02 81 06 D2 5E    !       l1    ^

  [010] 00 07 83 06 A4 7C 65 02                                   |e

Rx(PPPoA) : CID=0 len=24

  [000] 80 21 02 05 00 16 03 06 D3 6C 31 02 81 06 D2 5E    !       l1    ^

  [010] 00 07 83 06 A4 7C 65 02                                   |e

¨         IPCP까지 Nego가 다 끝난 후

l       NCP 까지의 협의가 모두 종료한 후 가입자 PC와 망측 장비사이에는 프로토콜 식별자가 0021(IP Network layer)로 설정하고 Information 필드에는 TCP/IP 패켓이 포함되어 통신이 이루어 지게 됩니다.

l       Network Layer에서 DHCP 프로토콜을 이용한 추가적인 협의가 가능합니다.

l       예

Tx(PPPoA) : CID=0 len=62

  [000] 00 21 45 00 00 3C 34 EC 00 00 20 01 8F 01 D3 6C    !E  <4        l

  [010] 31 02 D2 5E 00 07 08 00 41 5C 03 00 09 00 61 62   1  ^    A\    ab

  [020] 63 64 65 66 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F 70 71 72   cdefghijklmnopqr

  [030] 73 74 75 76 77 61 62 63 64 65 66 67 68 69            stuvwabcdefghi

Rx(PPPoA) : CID=0 len=62

  [000] 00 21 45 00 00 3C 91 CB 40 00 FD 01 15 21 D2 5E    !E  <  @    ! ^

  [010] 00 07 D3 6C 31 02 00 00 49 5C 03 00 09 00 61 62      l1   I\    ab

  [020] 63 64 65 66 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F 70 71 72   cdefghijklmnopqr

  [030] 73 74 75 76 77 61 62 63 64 65 66 67 68 69            stuvwabcdefghi

¨         회선 점검

링크계층 프로토콜의 특징은 정기적인 회선 점검을 지속적으로 하여, 항상 링크 상태를 점검하게 되어 있습니다.

따라서, PPP 프로토콜은 LCP 패켓을 이용하여 정기적인 회선 점검을 실시하는 데, 이 때 사용하는 패켓이 Echo_Request, Echo_Reply 패켓입니다.

LCP 패켓은 Network layer의 패켓이 통신하는 중에도, 협의가 가능합니다.

 

참고) 

http://www.bora.net/sub/techinfo/tip/protocol_c.html

경희대 세미나 자료 : 15장 PPP