PPP协议和LCP协议详解：从物理层连接到数据传输
PPP协议和LCP协议详解：从物理层连接到数据传输
PPP协议（Point-to-Point Protocol，点对点协议）是一种在同步或异步线路上对数据包进行封装的数据链路层协议，用于在两个节点之间建立直接的点对点连接。PPP协议不仅支持多种网络层协议，如IP、IPX等，还提供了身份验证、压缩和错误检测等功能。PPP协议的工作状态可以分为以下几个阶段：
物理层连接建立：当用户通过调制解调器呼叫路由器时，路由器检测到调制解调器发出的载波信号，从而建立物理连接。此时，用户端与ISP（互联网服务提供商）之间建立了物理连接。
链路控制协议（LCP）阶段：LCP是专门用于建立、配置和测试数据链路连接的协议。用户端向ISP发送LCP分组（封装成PPP帧），并发送LCP配置请求帧（configure-request）。链路另一端的回应可能包括：
- 配置确认帧（configure-ack）：表示所有选项都被接受。
- 配置协商帧（configure-nak）：表示所有选项都理解但需要协商。
- 配置拒绝帧（configure-reject）：表示某些选项无法识别或不被接受。
配置选项通常包括链路上的最大帧长、鉴别的协议规约等。此外，PPP帧的地址和控制字段可以省略，因为它们是固定的。
鉴别状态：该状态下只允许传送LCP协议的分组、鉴别协议的分组和监测链路质量的分组。如果使用口令鉴别协议，需要用户端的口令（密码）和身份标识符（账号）。鉴别成功后进入下一阶段，失败则进入链路终止状态。
网络层协议状态：PPP链路两端的网络控制协议NCP（Network Control Protocol）根据网络层的不同协议互相发送网络控制分组。如果PPP链路运行的是IP协议，那么对链路的每一端配置IP协议模块时使用到NCP中支持IP的协议-IP控制协议IPCP（IP Control Protocol）。
链路打开状态：链路的两个PPP端点可以向彼此发送分组。还可以互相发送回送请求（echo-request）分组和回送回答分组（echo-reply），用来检查链路状态。
相关技术概念
局域网拓扑结构
局域网按拓扑结构可以分为星形网、环形网和总线网。其中，总线网的特点是各主机直接相连在一条总线上，总线两端的匹配电阻吸收总线上传播的电磁波信号的能量，避免产生有害的电磁波辐射。
信道共享技术
- 静态划分信道：包括频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等。
- 动态媒体接入控制：又称为多点接入（multiple access），信道不是固定分配给用户，而是根据需要动态分配。可分为随机接入和受控接入两类：
- 随机接入：所有用户可以随机发送信息，但可能发生碰撞。
- 受控接入：用户不能随机发送信息，必须受到一定的控制，例如在令牌环局域网中使用轮询的方式。
网络接口卡（NIC）
网络接口卡（NIC）实现了物理层和数据链路层的功能。其主要特点包括：
- 适配器与计算机之间通信采用并行方式，与局域网之间通信采用串行方式。
- 具有数据串并转换功能，并配备缓存以临时存放等待发送的数据。
- 每个适配器都有唯一的硬件地址（MAC地址），存储在ROM中。只有当数据帧的目的地址与适配器ROM的硬件地址一致时，适配器才会接收该帧。
CSMA/CD协议
CSMA/CD（载波监听多点接入碰撞检测）协议用于解决网络中的碰撞问题。其主要特点包括：
- 多点接入：总线型网络中计算机以多点接入方式相连。
- 载波监听：每个站在发送数据前或发送数据中都要检测信道，看是否有其他数据正在发送。
- 碰撞检测：通过检测信道上的信号电压变化情况来判断是否发生碰撞。
碰撞处理机制
当检测到碰撞时，采用截断二进制指数退避算法确定重传时间。基本退避时间为争用期（contention period）的两倍，也称为碰撞窗口期（collision window）。一个站发送完数据后，只有在争用期没有检测到碰撞，才能确认这次发送不会再有碰撞。