Введение
Собственно SLIP и PPP - это протоколы, адаптирующие IP для работы на последовательных линиях. Они представляют собой некую прокладку между IP и модемными протоколами. SLIP и PPP имеет смысл использовать вкупе со скоростными модемами на достаточно скоростных линиях.
Основная функция программного обеспечения SLIP/PPP - организовать пересылку IP -пакетов по последовательной линии, которая не предусматривает деления пересылаемой информации на какие-либо отдельные блоки и пересылает все данные единым непрерывным потоком. SLIP/PPP как раз и занимается организацией такой пересылки, чтобы на другом конце можно было этот сплошной и непрерывный поток данных разделить на составляющие его IP -пакеты, выделить их и передать дальше уже как IP -пакеты.
SLIP/PPP очень удобен для подключения домашнего компьютера к локальной сети, которая, в свою очередь, входит в Internet. Например, можно воспользоваться PPP , чтобы подключить свою домашнюю персоналку к сети вашей организации. И тогда ваш компьютер будет иметь такие же возможности работы в Internet, как и любой другой компьютер вашей организации, подключённый к Сети через Ethernet.
SLIP/PPP подходят и для подключения домашнего компьютера (или очень маленькой локальной сети) к собственно првайдеру, который может предоставить непосредственный доступ в Internet.
Однако следует понимать, что эти протоколы, вообще-то, совсем не предназначены для подключения к Internet сетей средней величины или больших сетей: они не предназначены для работы на высокоскоростных линиях, которые требуются для обслуживания большого количество пользователей.

Протоколы SLIP и CSLIP
Первым стандартом де-факто, позволяющим устройствам, соединенным последовательной линией связи, работать по протоколам TCP/IP , был протокол SLIP (Serial Line IP ), созданный в начале 80-х годов и в 1984 году встроенный Риком Адамсом (Rick Adams) в ОС 4.2 Berkley UNIX. Позднее SLIP был поддержан и в других версиях UNIX и реализован в программном обеспечении для ПК.
Популярность протокола SLIP объясняется тем, что он дал возможность подключаться к сети Internet посредством стандартного порта RS232, имеющегося в большинстве компьютеров. В настоящее время SLIP широко используется в основном на домашних компьютерах, подключенных к последовательным линиям, которые имеют пропускную способность от 1200 бит/с до 19,2 Кбит/с.

Ограничения

Соединение по протоколу SLIP (Serial Lines Internet Protocol). Каждый протокол обладает свойством инкапсулировать данные. Протокол SLIP использует специальные символы для ограничения кадра данных в последовательном канале. Для того чтобы распознать границы SLIP-кадров, передаваемых по последовательной линии связи, и отделить один кадр от другого, протокол SLIP предусматривает использование специального символа END, значение которого в шестнадцатеричном представлении равно C0. Применение специального символа может породить конфликт: если байт пересылаемых данных тождественен символу END, то он будет ошибочно определен как признак конца кадра. Чтобы предотвратить такую ситуацию, байт данных со значением, равным значению символа END, заменяется составной двухбайтовой последовательностью, состоящей из специального символа ESC (DB) и кода DC. (Применяемый в протоколе SLIP символ ESC, не равный символу ESC в кодировке ASCII, будем обозначать SLIP ESC.) Если же байт данных имеет тот же код, что и символ SLIP ESC, то он заменяется двухбайтовой последовательностью, состоящей из собственно символа SLIP ESC и кода DD. После последнего байта пакета передается символ END.
Механизм формирования составных последовательностей показан на рис.1. Здесь приведены стандартный пакет IP, один байт которого тождественен символу END, а другой - символу SLIP ESC, и соответствующий ему пакет SLIP, который больше на 4 байта.

Хотя в спецификации протокола SLIP не определена максимальная длина передаваемого SLIP-кадра, реальный его размер определяется длной IP- пакета и не должен превышать 1006 байтов. Данное ограничение связано с первой реализацией протокола SLIP в соответствующем драйвере для Berkley Unix, и его соблюдение необходимо для поддержки совместимости разных реализаций SLIP .
Популярность протокола SLIP объясняется тем, что он дал возможность подключаться к сети Internet посредством стандартного порта RS 232, имеющегося в большинстве компьютеров. Программа управления SLIP загружается и выгружается по мере надобности. Большинство программ управления SLIP имеют возможность набирать телефонный номер провайдера.
Программное обеспечение, реализующее работу с протоколом SLIP (TCP-manager), выполняет функции управления сетевым устройством, то есть является драйвером сетевого устройства, такого, как модем. Оно принимает IP -пакеты от программы (точнее процесса), посылающей их (от программы сетевого уровня), обкладывает своей служебной информацией и передаёт устройству последовательной передачи данных (модему, в последовательный порт и т.п.). На другом конце последовательной линии аналогичная программа принимает символы, приходящие с устройства последовательной передачи данных, освобождает от служебной информации и передаёт то, что получилось, а должны получаться при этом IP -пакеты, соответствующей программе (сетевого уровня), которая обрабатывает IP -пакеты.

Ограничения. Для установления связи по протоколу SLIP в стеке протоколов TCP/IP компьютеры должны иметь информацию об адресах IP друг друга. Однако возможна ситуация, когда, скажем, при осуществлении соединения между хостом и маршрутизатором последнему понадобится передать хосту информацию о его адресе IP. Но в протоколе SLIP нет механизмов, дающих возможность обмениваться адресной информацией. Это ограничение не позволяет использовать SLIP для некоторых видов сетевого сервиса. Например, каждый раз после установления SLIP -соединения компьютер превращается в полноправный хост Internet со своим собственным IP -адресом. Если провайдер использует динамическое присвоение IP -адресов, то при каждом новом соединении компьютер будет получать новый IP адрес. Следовательно, другие компьютеры в сети будут вынуждены искать его под неизвестно каким адресом.
Другой недостаток SLIP - отсутствие индикации типа протокола, пакет которого инкапсулируется в пакет SLIP. Поэтому через последовательную линию по протоколу SLIP можно передавать трафик лишь одного сетевого протокола.
При работе с реальными телефонными линиями, зашумленными и поэтому искажающими пересылаемые данные, требуются процедуры обнаружения и коррекции ошибок. В протоколе SLIP такие процедуры не предусмотрены. Эти функции обеспечивают:

• Либо вышележащие протоколы, например, в стеке TCP/IP протокол IP проводит тестирование целостности пакета по заголовку IP, а один из двух транспортных протоколов (UDP или TCP) проверяет целостность всех данных по контрольным суммам. Однако в протоколе UDP не обязательно использование контрольных сумм, поэтому совместное использование UDP и SLIP нежелательно.
• Либо нижележащие протоколы. Поскольку для установления соединения по протоколу SLIP обычно используется модем, работающий по телефонной линии и подключенный к асинхронному, последовательному порту. Два компьютера, установившие такое соединение, обмениваются данными с паузами переменной длины. К сожалению, в телефонной линии всегда присутствуют помехи, иначе называемые шумом, поэтому модемы, подключаемые к телефонной сети, отличают данные от возможных помех, пользуясь различными параметрами связи. При использовании модема и программного обеспечения для обмена данными настраиваются определенные параметры связи, такие как скорость, размер данных, контроль четности. Для успешного взаимодействия двух модемов оба они должны быть одинаково настроены.

Но, несмотря на это, для повышения эффективности работы протоколу SLIP не помешало бы иметь собственный механизм (пусть даже простейший) коррекции ошибок.

Отсутствие этих возможностей делает протокол SLIP очень простым в реализации и, следовательно, популярным.

Compressed SLIP
Низкая пропускная способность последовательных линий вынуждает сокращать время передачи пакетов, уменьшая объем содержащейся в них служебной информации. Эта задача решается с помощью протокола Compressed SLIP , поддерживающего сжатие заголовков пакетов. Этот протокол был создан в Lawrence Berkeley Labs (LBL) Ван Якобсоном, как способ повысить эффективность последовательной передачи и уровень сервиса прикладных программ, использующих TCP/IP на медленных линиях. Появление CSLIP объясняется тем, что при использовании программ типа telnet, rlogin и других для пересылки одного байта данных требуется переслать 20-байтовый заголовок пакета IP и 20-байтовый заголовок пакета TCP . Спецификация CSLIP обеспечивает сжатие 40 байтов заголовка до 3-5 байтов.
На низких скоростях передачи данных эта разница заметна только при работе с пакетами, несущими малые объёмы информации, такие пакеты порождаются, например, при работе telnet или rlogin. На больших же скоростях CSLIP даёт меньший выигрыш и почти ничего не даёт для пакетов с большими объёмами данных, например, ftp -пакетов.
CSLIP для пересылки пакета использует информацию из предыдущего пакета, т.е. передача имеет структуру цепочки. Первый пакет в цепочке - несжатый. Если какой-либо пакет теряется, то цепочка рвётся, нельзя этот же пакет запросить в самом конце, его нужно пересылать заново тут же, т.е. прекращать процесс передачи и начинать новую цепочку. Таким образом, эта технология при частых пропажах или искажениях пакетов приводит к большим потерям времени, чем обычный SLIP . Это происходит из-за задержек на остановку и передачу нового несжатого пакета.

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol).

Библиографическая справка

В конце 1980 гг. Internet (крупная международная сеть, соединяющая множество исследовательских организаций, университетов и коммерческих концернов) начала испытывать резкий рост числа главных вычислительных машин, обеспечивающих TCP/IP . Преобладающая часть этих главных вычислительных машин была подсоединена к локальным сетям (LAN) различных типов, причем наиболее популярной была Ethernet. Большая часть других главных вычислительных машин соединялись через глобальные сети (WAN), такие как общедоступные сети передачи данных (PDN) типа Х.25 . Сравнительно небольшое число главных вычислительных машин были подключены к каналам связи с непосредственным (двухточечным) соединением (т.е. к последовательным каналами связи). Однако каналы связи с непосредственным соединением принадлежат к числу старейших методов передачи информации, и почти каждая главная вычислительная машина поддерживает непосредственные соединения. Например, асинхронные интерфейсы RS-232-С встречаются фактически повсюду.
Одной из причин малого числа каналов связи IP с непосредственным соединением было отсутствие стандартного протокола формирования пакета данных Internet. Протокол Point-to-Point Protocol (PPP) (Протокол канала связи с непосредственным соединением) предназначался для решения этой проблемы. Помимо решения проблемы формирования стандартных пакетов данных Internet IP в каналах с непосредственным соединением, РРР также должен был решить другие проблемы, в том числе присвоение и управление адресами IP , асинхронное (старт/стоп) и синхронное бит-ориентированное формирование пакета данных, мультиплексирование протокола сети, конфигурация канала связи, проверка качества канала связи, обнаружение ошибок и согласование варианта для таких способностей, как согласование адреса сетевого уровня и согласование компрессии информации. РРР решает эти вопросы путем обеспечения расширяемого Протокола Управления Каналом и семейства Протоколов Управления Сетью (Network Control Protocols) (NCP) , которые позволяют согласовывать факультативные параметры конфигурации и различные возможности. Сегодня PPP , помимо IP , обеспечивает также и другие протоколы, в том числе IPX и DECnet .
В отличие от SLIP- протокола РРР может работать через любой интерфейс DTE/DCE (например, EIA RS-232-C, EIA RS-422, EIA RS-423 и CCITT V.35). Протокол PPP достаточно неприхотлив и может работать без управляющих сигналов модемов (таких, как Request to Send, Clear to Send, Data Carrier Detect и Data Terminal Ready). Единственным абсолютным требованием, которое предъявляет РРР , является требование обеспечения дублированных схем (либо специально назначенных, либо переключаемых), которые могут работать как в синхронном, так и в асинхронном последовательном по битам режиме, прозрачном для блоков данных канального уровня РРР . РРР не предъявляет каких-либо ограничений, касающихся скорости передачи информации, кроме тех, которые определяются конкретным примененным интерфейсом DTE/DCE.

Компоненты PPP
РРР обеспечивает метод передачи дейтаграмм через последовательные каналы связи с непосредственным соединением. Он содержит три основных компонента:
Алгоритм работы.
Для того чтобы организовать связь через канал связи с непосредственным соединением, инициирующий РРР сначала отправляет пакеты для выбора конфигурации и (факультативно) проверки канала передачи данных. После того, как канал установлен и пакетом проведено необходимое согласование факультативных средств, инициирующий РРР отправляет пакеты NCP , чтобы выбрать и определить конфигурацию одного или более протоколов сетевого уровня. Как только конфигурация каждого выбранного протокола определена, дейтаграммы из каждого протокола сетевого уровня могут быть отправлены через данный канал. Канал сохраняет свою конфигурацию для связи до тех пор, пока явно выраженные пакеты или NCP не закроют этот канал, или пока не произойдет какое-нибудь внешнее событие (например, истечет срок бездействия таймера или вмешается какой-нибудь пользователь).
может согласовывать модификации стандартной структуры блока данных РРР . Однако модифицированные блоки данных всегда будут четко различимы от стандартных блоков данных. (Подробнее смотри далее).


Фаза Dead начинает и заканчивает процесс связи. В случае появления внешнего события (например, готовность аппаратного обеспечения осуществить связь) будет инициирована фаза Establish, в которой происходит согласование различных параметров соединения (обмен пакетами ). В случае невозможности согласовать некоторый параметр процесс прервется и протокол перейдет в состояние Dead. Если же все необходимые параметры согласованы, будет инициирована фаза Authenticate, в которой проводится проверка на подлинность участников сеанса (если таковая требуется). В случае неудачной аутентификации будет инициирована фаза Terminate, подготавливающая разрыв соединения. Если же фаза Authenticate прошла успешно, протокол переходит к фазе Network. В этой фазе осуществляется пересылка данных в соответствии с ранее сконфигурированными параметрами связи (в частности - типом сетевого протокола). Фаза Network начинается с того, что каждый протокол сетевого уровня (например, IP или IPX) конфигурирует различные параметры (скажем, согласует алгоритм сжатия заголовка пакета, обменивается адресной информацией) с помощью соответствующих протоколов Network Control Protocol (например, IP Control Protocol или IPX Control Protocol). Фаза Terminate (используется по окончании передачи кадров или в случае возникновения каких-либо ошибок) прерывает передачу кадров и переводит протокол РРР в состояние Dead.

Структура кадра протокола PPP.
РРР использует принципы, терминологию и структуру блока данных процедур HDLC (High Level Data Link Control ) (ISO 3309-1979) Международной Организации по Стандартизации (ISO), модифицированных стандартом ISO 3309-1984/PDAD1. ISO 3309-1979 определяет структуру блока данных HLDC для применения в синхронных окружениях. ISO 3309-1984/PDAD1 определяет предложенные для стандарта ISO 3309-1979 модификации, которые позволяют его использование в асинхронных окружениях. Процедуры управления РРР используют дефиниции и кодирование управляющих полей, стандартизированных ISO 4335-1979 и ISO 4335-1979/Addendum 1-1979.

1 байт	1 байт	1 байт	2 байта	(до 1500 байтов)	2 байта	1 байт
Flag	Address	Control	Protocol	Information	CRC	Flag
(7E)	(FF)	(03)				(7Е)

Flag Длина последовательности "флаг" равна одному байту; она указывает на начало или конец блока данных. Эта последовательность состоит из бинарной последовательности 01111110. Address
Длина поля "адрес" равна 1 байту; оно содержит бинарную последовательность 11111111, представляющую собой стандартный широковещательный адрес. РРР не присваивает индивидуальных адресов станциям, то есть содержимое поля "адрес" никогда не изменяется.
Control Поле "управление" составляет 1 байт и содержит бинарную последовательность 00000011, которая требует от пользователя передачи информации непоследовательным кадром. Предусмотрены услуги без установления соединения канала связи, аналогичные услугам LLC Type 1. Protocol Длина поля "протокол" равна 2 байтам; его значение идентифицирует протокол, заключенный в информационном поле блока данных. Значения поля Protocol и соответствующие им пакеты

Значение поля Protocol	Тип пакета
0021	IP
0023	ISO CLNP
0025	Xerox NS IDP
0027	DECnet Phase IV
0029	Apple Talk
002В	IPX
002D	Van Jacobson Compressed TCP/IP 1
002F	Van Jacobson Compressed TCP/IP 2
8021	IP Control Protocol
8023	ISO CLNP Control Protocol
8025	Xerox NS IDP Control Protocol
8027	DECnet Phase IV Control Protocol
8029	Apple Talk Control Protocol
802B	IPX Control Protocol
C021	Link Control Protocol
C023	User/Password Authentication Protocol

Information Длина поля "данные" - от нуля и больше; оно содержит дейтаграмму для протокола, заданного в поле протокола. Максимальная длина умолчания информационного поля равна 1500 байтам. В соответствии с априорным соглашением, разрешающие реализации РРР могут использовать другие значения максимальной длины информационного поля.
Если при синхронном типе связи в поле "данные" появляется байт со значением 7E (значение байта-флага), то ситуация обрабатывается на аппаратном уровне с помощью техники вставки битов (bit stuffing).
При асинхронном (стартстопном)типе связи ситуации, когда между байтами-флагами появляются байты со значениями 7E или 7D (значение символа Esc - escape) и значениями меньшими 20 (управляющие символы ASCII), обрабатываются при помощи составных последовательностей. Байт 7E передается как двухбайтовая последовательность 7D,5E; байт 7D - как последовательность 7D,5D; байты XX со значениями меньшими 20 - как XX, 01. CRC Поле "проверочная последовательность блока данных" (CSC) обычно составляет 16 бит (два байта). В соответствии с априорным соглашением, разрешающие реализации РРР могут использовать 32-х битовое (четырехбайтовое) поле CSC, чтобы улучшить процесс выявления ошибок.

Преимущества.
По сравнению с протоколом SLIP протокол PPP является значительно более развитым инструментом для работы на последовательных линиях и имеет следующие преимущества:

• возможность одновременной работы по различным сетевым протоколам, а не только по IP ;
• проверка целостности данных путем подсчета контрольной суммы;
• поддержка динамического обмена адресами IP ;
• возможность сжатия заголовков IP - и TCР -пакетов, разработанных Van Jacobson (механизм похож на реализованный в протоколе CSLIP ).

Перспективы
Тестовые испытания, проведенные недавно в фирме Morning Star Technologies, показали, что существенной разницы в производительности протоколов SLIP и РРР нет. Различие приемо-передающих характеристик компьютеров и модемов и даже качество реализации протоколов влияет на производительность гораздо больше, чем собственно различия между протоколами.
До недавнего времени пользователей протокола SLIP было больше, чем пользователей протокола РРР , но в основном это было связано с малым число программных продуктов, поддерживающих РРР . Однако сейчас не вызывает сомнений, что будущее за протоколом РРР . Это подтверждается массовым появлением продуктов, реализующих этот протокол.
Среди последних новостей - реализация спецификации Point-to-PointTunneling Protocol (фирма US Robotic совместно с Microsoft).

Протокол управления канала связи PPP (LCP)

LCP обеспечивает метод организации, выбора конфигурации, поддержания и окончания работы канала с непосредственным соединением. Процесс LCP проходит через 4 четко различаемые фазы:

• Организация канала и согласование его конфигурации. Прежде чем может быть произведен обмен каких-либо дейтаграмм сетевого уровня (например, IP ), LCP сначала должен открыть связь и согласовать параметры конфигурации. Эта фаза завершается после того, как пакет подтверждения конфигурации будет отправлен и принят.
• Определение качества канала связи. LCP обеспечивает факультативную фазу определения качества канала, которая следует за фазой организации канала и согласования его конфигурации. В этой фазе проверяется канал, чтобы определить, является ли качество канала достаточным для вызова протоколов сетевого уровня. Эта фаза является полностью факультативной. LCP может задержать передачу информации протоколов сетевого уровня до завершения этой фазы.
• Согласование конфигурации протоколов сетевого уровня. После того, как LCP завершит фазу определения качества канала связи, конфигурация сетевых протоколов может быть по отдельности выбрана соответствующими NCP , и они могут быть в любой момент вызваны и освобождены для последующего использования. Если LCP закрывает данный канал, он информирует об этом протоколы сетевого уровня, чтобы они могли принять соответствующие меры.
• Прекращение действия канала. LCP может в любой момент закрыть канал. Это обычно делается по запросу пользователя (человека), но может произойти и из-за какого-нибудь физического события, такого, как потеря носителя или истечение периода бездействия таймера.

Существует три класса пакетов LCP :

• Пакеты для организации канала связи. Используются для организации и выбора конфигурации канала.
• Пакеты для завершения действия канала. Используются для завершения действия канала связи.
• Пакеты для поддержания работоспособности канала. Используются для поддержания и отладки канала.

Эти пакеты используются для достижения работоспособности каждой из фаз LCP .

Протокол HDLC

HDLC - протокол высокоуровнего управления каналом передачи данных, является опубликованным ISO стандартом и базовым для построения других протоколов канального уровня (SDLC , LAP , LAPB , LAPD , LAPX и LLC ). Он реализует механизм управления потоком посредством непрерывного ARQ (скользящее окно) и имеет необязательные возможности (опции), поддерживающие полудуплексную и полнодуплексную передачу, одноточечную и многоточечную конфигурации, а так же коммутируемые и некоммутируемые каналы.

Управление потоком в HDLC осуществляется с помощью передающих и принимающих окон. Окно устанавливается на каждом конце канала связи, чтобы обеспечить резервирование ресурсов обеих станций. Этими ресурсами могут быть ресурсы вычислителя или пространство буфера. В большинстве случаев окно обеспечивает и буферное пространство, и правила нумерации (сообщений).

Окно устанавливается во время инициирования сеанса связи между станциями. Если станция А и станция В должны обменяться данными, А резервирует окно для В, а В резервирует окно для А. Использование окон необходимо для полнодуплексных протоколов, потому что они подразумевают непрерывный поток кадров в принимающий узел без периодических подтверждений с остановкой и ожиданием.

Протокол SLIP (Serial Line IP , RFC -1055) - это простейший способ инкапсуляции IP-дейтограмм для последовательных каналов связи.

Этот протокол стал популярным благодаря возможностям подключения домашних персональных машин к сети Интернет через порт RS -232, который соединен с модемом. IP -дейтограмма в случае SLIP должна завершаться специальным символом 0xC0 называемым конец. Во многих реализациях дейтограмма и начинается с этого символа. Если какой-то байт дейтограммы равен символу конец, то вместо него передается двухбайтовая последовательность 0xDB, 0xDC. Октет 0xDB выполняет в SLIP функцию ESC -символа. Если же байт дейтограммы равен 0xDB, то вместо него передается последовательность 0xDB, 0xDD.

Использование протокола SLIP предполагает выполнение ряда условий:

1. Каждый партнер обмена должен знать IP -адрес своего адресата, так как не существует метода обмена такого рода информацией.

2. SLIP в отличии от Ethernet не использует контрольных сумм, поэтому обнаружение и коррекция ошибок целиком ложится на программное обеспечение верхних уровней.

3. Так как кадр SLIP не имеет поля тип, его нельзя использовать, в отличии от кадров Ethernet, для реализации других протоколов методом инкапсуляции.

Впервые протокол SLIP был применен в 1984 году в 4.2BSD . Скорость передачи информации при использовании протокола SLIP не превышает 19.2кб/с, что обычно достаточно для интерактивного обмена в рамках протоколов telnet или RLOGIN . Максимальный размер передаваемого блока (MTU ) для SLIP лежит вблизи 256-512 байт, что обеспечивает разумный компромисс между значением задержки отклика (~256мс.) и эффективностью использования канала (~98% для CSLIP ). При этом для передачи одного символа (нажатая клавиша) используется 20 байт заголовка в IP -дейтограмме и 20 байт TCP -заголовка. Если учесть издержки формирования SLIP -кадра, накладные расходы превосходят 40 байт.

Частично этот недостаток устранен в новой версии CSLIP (Compressed SLIP , RFC -1144, предложенной Джекобсоном в 1990 году). В CSLIP заголовок сокращается до 3-5байт (против 40 в SLIP ). Эта версия протокола способна поддерживать до 16 TCP -соединений на каждом из концов последовательного канала. Многие современные SLIP -драйверы поддерживают и CSLIP .

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol)

Одной из причин малого числа каналов связи IP с непосредственным соединением было отсутствие стандартного протокола формирования пакета данных Internet. Протокол Point-to-Point Protocol (PPP) (Протокол канала связи с непосредственным соединением) предназначался для решения этой проблемы.

Помимо решения проблемы формирования стандартных пакетов данных Internet IP в каналах с непосредственным соединением, РРР также должен был решить другие проблемы, в том числе присвоение и управление адресами IP , асинхронное (старт/стоп) и синхронное бит-ориентированное формирование пакета данных, мультиплексирование протокола сети, конфигурация канала связи, проверка качества канала связи, обнаружение ошибок и согласование варианта для таких способностей, как согласование адреса сетевого уровня и согласование компрессии информации.

РРР решает эти вопросы путем обеспечения расширяемого Протокола Управления Каналом (Link Control Protocol) (LCP) и семейства Протоколов Управления Сетью (Network Control Protocols) (NCP) , которые позволяют согласовывать факультативные параметры конфигурации и различные возможности.

Сегодня PPP , помимо IP , обеспечивает также и другие протоколы, в том числе IPX и DECne .

В отличие от SLIP - протокола РРР может работать через любой интерфейс DTE/DCE (например, EIA RS -232-C , EIA RS- 422, EIA RS -423 и CCITT V.35).

Протокол PPP достаточно неприхотлив и может работать без управляющих сигналов модемов (таких, как Request to Send , Clear to Send , Data Carrier Detect и Data Terminal Ready ). Единственным абсолютным требованием, которое предъявляет РРР , является требование обеспечения дублированных схем (либо специально назначенных, либо переключаемых), которые могут работать как в синхронном, так и в асинхронном последовательном по битам режиме, прозрачном для блоков данных канального уровня РРР .

РРР не предъявляет каких-либо ограничений, касающихся скорости передачи информации, кроме тех, которые определяются конкретным примененным интерфейсом DTE/DCE .

Основное отличие протоколов SLIP и PPP от рассмотренных выше протоколов – это то, что они поддерживают связь "точка-точка", когда сетевой кабель используется для передачи информации только между двумя компьютерами (или другим сетевым оборудованием), соединенным этим кабелем. Такое соединение характерно при подключении к Internet по телефонной линии, при соединении локальных сетей между собой по выделенным или коммутируемым линиям, а также в сетях X.25, Frame Relay и ATM (см. далее в лекциях). Существует большое количество протоколов канального уровня для соединения "точка-точка", однако здесь мы ограничимся рассмотрением только SLIP и PPP.

SLIP (Serial Line IP) – протокол канального уровня, который позволяет использовать последовательную линию передачи данных (телефонную линию) для связи с другими компьютерами по протоколу IP (протокол сетевого уровня). SLIP появился достаточно давно, для связи между Unix – компьютерами по телефонным линиям и, в настоящее время, является устаревшим, т.к. не позволяет использовать протоколы сетевого уровня, отличные от IP, не позволяет согласовывать IP – адреса сторон и имеет слабую схему аутентификации (подтверждения личности) пользователя, заключающуюся в пересылке по сети имени и пароля пользователя. Таким образом, имя и пароль (даже зашифрованный) могут быть перехвачены и повторно использованы злоумышленником, или он может просто дождаться, пока пользователь пройдет аутентификацию, а затем отключить его и самому подключится от имени пользователя. Поэтому, большинство провайдеров Internet для подключения к своим машинам используют протокол PPP.

Протокол канального уровня PPP (Point to Point Protocol – протокол точка-точка) позволяет использовать не только протокол IP, но также и другие протоколы сетевого уровня (IPX, AppleTalk и др.). Достигается это за счет того, что в каждом кадре сообщения хранится не только 16-битная контрольная сумма, но и поле, задающее тип сетевого протокола. Протокол PPP также поддерживает сжатие заголовков IP-пакетов по методу Ван Джакобсона (VJ-сжатие), а также позволяет согласовать максимальный размер передаваемых дейтаграмм, IP-адреса сторон и др. Аутентификация в протоколе PPP является двусторонней, т.е. каждая из сторон может потребовать аутентификации другой. Процедура аутентификации проходит по одной из двух схем:

а) PAP (Password Authentication Protocol) – в начале соединения на сервер посылается имя пользователя и

(возможно зашифрованный) пароль.

б) CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol) – в начале соединения сервер посылает клиенту случайный запрос (challenge). Клиент шифрует свой пароль, используя однонаправленную хэш-функцию (функция у которой по значению Y невозможно определить X) и запрос, в качестве ключа шифрования. Зашифрованный отклик (response) передается серверу, который, имея в своей базе данных пароль клиента, выполняет те же операции и, если полученный от клиента отклик совпадает с вычисленным сервером, то аутентификация считается успешной. Таким образом, пароль по линиям связи не передается. Даже если отклик клиента и будет перехвачен, то в следующий раз использовать его не удастся, т.к. запрос сервера будет другим. Определить же пароль на основании отклика – невозможно, т.к. хэш-функция шифрует данные только "в одну сторону". Для предотвращения вмешательства в соединение уже после прохождения клиентом аутентификации, в схеме CHAP сервер регулярно посылает испытательные запросы через равные промежутки времени. При отсутствии отклика или неверном отклике соединение прерывается.

Модель OSI. Верхние уровни

Протокол SLIP (Serial Line IP) стал первым промышленным стандартом де-факто, который позволил устройствам, соединенным последовательным низ­коскоростным интерфейсом связи, работать по протоколам TCP/IP. Этот Internet-протокол разрешает в качестве линий связи использовать обычные те­лефонные линии. Протокол был создан в начале 80-х годов и согласно RFC-1055 впервые был включен в качестве средства доступа к IP-сети в пакет фирмы 3COM - UNET. В 1984 г. протокол SLIP был встроен Риком Адамсом (Rick Adams) в операци­онную систему 4.2 Berkley Unix. Позднее SLIP был поддержан в других верси­ях Unix и реализован в программном обеспечении для ПК. Ввиду своей функциональной простоты, SLIP использовался и используется в основном на коммутируемых линиях связи, которые не характерны для от­ветственных и скоростных сетевых соединений. Тем не менее, коммутируе­мый канал отличается от некоммутируемого только более низким качеством и необходимостью выполнять процедуру вызова абонента, поэтому SLIP вполне применим и на выделенных каналах. Протокол SLIP выполняет единственную функцию - он позволяет в потоке бит, которые поступают по выделенному (или коммутируемому) каналу, рас­познать начало и конец IP-пакета. Другие протоколы сетевого уровня SLIP не поддерживает. Программное обеспечение, реализующее работу с протоколом SLIP, прини­мает символы, приходящие с устройства последовательной передачи данных (модема, последовательного порта и т. д.); рассматривает и толкует их как составляющие IP-пакета; укладывает полученные данные в полнокровный нор­мальный IP-пакет и передает этот пакет далее - соответствующей програм­ме, которая обрабатывает IP-пакеты, например модулю TCP. На обратном пути SLIP получает от программы (сетевого уровня), посылающей IP-пакеты, IP- пакет, вычленяет его содержимое, соответствующим образом переформати­рует, затем делит на символы и отправляет его через устройство последова­тельной передачи по последовательной линии в сеть - соседнему узлу Internet. Структура кадра протокола SLIP. Протокол SLIP предназначен для пе­редачи IP-пакетов через асинхронные линии связи. Поскольку асинхронная пе­редача является байт-ориентированной, то перед транспортировкой средства­ми SLIP пакет разделяется на октеты (байты), которые передаются один за другим. Как известно, в сети Ethernet IP-пакет может иметь длину до 1500 байт, что обусловливает необходимость его сегментации - разбиения на более короткие пакеты. SLIP делает это довольно примитивно. Он не анализирует поток дан­ных и не выделяет какую-либо информацию в этом потоке. Для распознавания границы IP-пакетов, протокол SLIP предусматривает использование специаль­ного символа END, значение которого в шестнадцатеричном представлении равно (С0) А. Для разделения SLIP-кадров между ними вставляется служебный байт-разделитель - символ ESC (DB) A . Применение специального символа может породить конфликт: если байт пересылаемых данных тождественен символу END, то он будет ошибочно оп­ределен как признак конца пакета. Чтобы такой байт, встретившийся внутри IP-пакета, не воспринимался как разделитель, предусмотрен механизм встав­ки байта (byte staffing). Таким образом, собственно служебной информации в протоколе SLIP до­вольно мало: на IP-пакет добавляется один байт-разделитель (между пакета­ми они не дублируются), а иногда появляется несколько дополнительных бай­тов, вставляемых по процедуре вставки байта.

Стандарт не определяет фиксированный размер SLIP-кадра, поэтому лю­бой SLIP-интерфейс имеет специальное поле, в котором пользователь должен указать эту длину. Однако в конкретных реализациях максимальный размер SLIP-кадра часто оказывается ограниченным до очень небольшого значения (от 256 до 1006 байт). Данное ограничение связано с первой реализацией про­токола SLIP в соответствующем драйвере для Berkley Unix, и его соблюдение необходимо для под держки совместимости разных реализаций SLIP (большин­ство современных реализаций поддерживают эту длину и позволяют админис­тратору самому установить его размер, а по умолчанию принимают размер 1500 байт). В каждом из SLIP-кадров полностью воспроизводится IP-заголовок разме­ром 20 байт (рис. 5.11). Из-за этого избыточность, возникающая при передаче длинных пакетов по протоколу SLIP, весьма велика.

Существенна и избыточ­ность, порождаемая самим асинхронным методом передачи на интерфейсе ПК- модем (минимум 20 % на дополнительные стартовый и столовый биты на каж­дый байт). Но с этим ничего поделать нельзя, поскольку все персональные компьютеры имеют только асинхронные порты. Для установления связи по протоколу SLIP компьютеры должны иметь ин­формацию об IP-адресах друг друга. В протоколе SLIP нет механизмов, обес­печивающих возможность обмениваться адресной информацией, так как в структуре кадра не предусмотрено поле адреса и его специальная обработка. Поэтому компьютерам, взаимодействующим по протоколу SLIP, должны быть назначены IP-адреса заранее. Каждый раз после установления SLIP-соедине­ния компьютер превращается в полноправный хост Internet со своим собствен­ным IP-адресом. Если провайдер использует динамическое присвоение 1Р-ад- ресов, то при каждом новом соединении компьютер будет получать новый IP-адрес. Следовательно, другие компьютеры в сети будут вынуждены искать его под неизвестно каким адресом. Другим недостатком протокола SLIP является отсутствие в нем индикации типа протокола, пакет которого инкапсулируется в SLIP-кадр. Поэтому через последовательную линию по протоколу SLIP можно передавать трафик лишь одного сетевого протокола. SLIP не позволяет различать пакеты по типу про­токола, например, IP или DECnet. При работе по протоколу SLIP предполага­ется использование только протокола IP, что определено его названием Serial Line IP. При работе с реальными телефонными линиями, зашумленными и поэтому искажающими информацию при пересылке, необходимы процедуры обнаруже­ния и коррекции ошибок. В протоколе SLIP такие процедуры не предусмотре­ны. Эти функции обеспечивают вышележащие протоколы: протокол IP прово­дит тестирование целостности пакета по заголовку IP, а один из двух транспортных протоколов (UDP или TCP) проверяет целостность всех данных по контрольным суммам. В стандартном SLIP не предусмотрено сжатие данных, но существуют его варианты со сжатием, например С SLIP. Большинство современных модемов, поддерживающих стандарты V.42bis и MNP5, осуществляют эту операцию ап­паратно. Низкая пропускная способность последовательных линий связи заставляет сокращать время передачи пакетов, уменьшая объем содержащейся в них слу­жебной информации. Эта задача решается с помощью протокола Compressed SLIP (CSLIP), поддерживающего сжатие заголовков IP-пакетов. Протокол CSLIP был создан в Lawrence Berkeley Labs (LBL) Ван Якобсо­ном как средство повышения эффективности последовательной передачи и уровня сервиса прикладных программ, использующих TCP/IP на медленных линиях. Протокол CSLIP, по сравнению с протоколом SLIP, использует в шесть раз меньше избыточной информации (в виде заголовков). На низких скоростях передачи данных эта разница заметна только при работе с IP-пакетами, несу­щими малые объемы информации, такие пакеты формируются, например, при работе telnet или rlogin. На больших же скоростях CSLIP дает меньший выиг­рыш и почти никакого выигрыша для пакетов с большими объемами данных, например ftp-пакетов. Появление CSLIP объясняет тот факт, что при использовании программ типа telnet, rlogin и других для пересылки одного байта данных требуется переслать 40 байт служебной информации. При сжатии заголовков 20 октетов заголовка IP и 20 октетов заголовка TCP (итого 40 байт) заменяются 3-7 октетами. CSLIP для сжатия - распаковки и проверки правильности пересылки пакета (и заголовка) использует информацию из предыдущего пакета, т.е. передача име­ет структуру цепочки. Первый пакет в цепочке - несжатый. Если какой-либо пакет теряется, то цепочка рвется, нельзя этот же пакет запросить в самом конце передачи, его нужно пересылать заново тут же, т.е. прекращать процесс передачи и начинать новую цепочку. Таким образом, эта технология при пропа­же или искажении пакетов приводит к большим потерям времени, чем обыч­ный SLIP. Это происходит из-за задержек на останов и передачу нового несжа­того пакета. Так как в протоколе SLIP процедуры обнаружения и коррекции ошибок не предусмотрены, то нежелательно совместное использование дейтаграммного протокола UDP и SLIP. Это объясняется тем, что в протоколе UDP не обяза­тельно применение контрольных сумм. Дальнейшим развитием протокола SLIP является протокол РРР (RFC 1331), в котором устранены некоторые недостатки протокола SLIP. Необходимо по­мнить что SLIP и РРР - протоколы канального уровня.

Протокол SLIP

Протокол SLIP (Serial Line IP) был первым стандартом де-факто, позволяющим устройствам, соединенным последовательной линией связи, работать по протоколам TCP/IP. Он был создан в начале 80-х годов и в 1984 году встроен Риком Адамсом (Rick Adams) в операционную систему 4.2 Berkley Unix. Позднее SLIP был поддержан в других версиях Unix и реализован в программном обеспечении для ПК.

Правда, ввиду его функциональной простоты, SLIP использовался и используется в основном на коммутируемых линиях связи, которые не характерны для ответственных и скоростных сетевых соединений. Тем не менее коммутируемый канал отличается от некоммутируемого только более низким качеством и необходимостью выполнять процедуру вызова абонента, поэтому SLIP вполне применим и на выделенных каналах.

Протокол SLIP выполняет единственную функцию - он позволяет в потоке бит, которые поступают по выделенному (или коммутируемому) каналу, распознать начало и конец IP-пакета. Помимо протокола IP, другие протоколы сетевого уровня SLIP не поддерживает.

Чтобы распознать границы IP-пакетов, протокол SLIP предусматривает использование специального символа END, значение которого в шестнадцатеричном представлении равно С0. Применение специального символа может породить конфликт: если байт пересылаемых данных тождественен символу END, то он будет ошибочно определен как признак конца пакета. Чтобы предотвратить такую ситуацию, байт данных со значением, равным значению символа END, заменяется составной двухбайтовой последовательностью, состоящей из специального символа ESC (DB) и кода DC. Если же байт данных имеет тот же код, что и символ SLIP ESC, то он заменяется двухбайтовой последовательностью, состоящей из собственно символа SLIP ESC и кода DD. После последнего байта пакета передается символ END.

Механизм формирования составных последовательностей показан на рис. 6.13. Здесь приведены стандартный IP-пакет (один байт которого тождественен символу END, а другой - символу SLIP ESC) и соответствующий ему SLIP-пакет, который больше на 4 байта.

Рис. 6.13. Инкапсуляция IP-пакетов в SLIP-пакеты

Хотя в спецификации протокола SLIP не определена максимальная длина передаваемого пакета, реальный размер IP-пакета не должен превышать 1006 байт. Данное ограничение связано с первой реализацией протокола SLIP в соответствующем драйвере для Berkley Unix, и его соблюдение необходимо для поддержки совместимости разных реализации SLIP (большинство современных реализации позволяют администратору самому установить размер пакета, а по умолчанию используют размер 1500 байт).

Для установления связи по протоколу SLIP компьютеры должны иметь информацию об IP-адресах друг друга. Однако возможна ситуация, когда, скажем, при осуществлении соединения между хостом и маршрутизатором последнему понадобится передать хосту информацию о его IP-адресе. В протоколе SLIP нет механизмов, дающих возможность обмениваться адресной информацией. Это ограничение не позволяет использовать SLIP для некоторых видов сетевых служб.

Другой недостаток SLIP - отсутствие индикации типа протокола, пакет которого инкапсулируется в SLIP-пакет. Поэтому через последовательную линию по протоколу SLIP можно передавать трафик лишь одного сетевого протокола - IP.

При работе с реальными телефонными линиями, зашумленными и поэтому искажающими пакеты при пересылке, требуются процедуры обнаружения и коррекции ошибок. В протоколе SLIP такие процедуры не предусмотрены. Эти функции обеспечивают вышележащие протоколы: протокол IP проводит тестирование целостности пакета по заголовку IP, а один из двух транспортных протоколов (UDP или TCP) проверяет целостность всех данных по контрольным суммам.

Низкая пропускная способность последовательных линий связи вынуждает сокращать время передачи пакетов, уменьшая объем содержащейся в них служебной информации. Эта задача решается с помощью протокола Compressed SLIP (CSLIP), поддерживающего сжатие заголовков пакетов. Появление CSLIP объясняется тем фактом, что при использовании программ типа Telnet, Riogin и других для пересылки одного байта данных требуется переслать 20-байтовый заголовок IP-пакета и 20-байтовый заголовок TCP-пакета (итого 40 байт). Спецификация CSLIP обеспечивает сжатие 40-байтового заголовка до 3-5 байт. На сегодняшний момент большинство реализации протокола SLIP поддерживают спецификацию CSLIP.