PPP协议及工作流程

1. ppp协议介绍

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。设计目的主要是用来通 过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。

主要特点：

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)。

2. ppp通信建立：

1.LCP协商，协商内容包 括除RFC1661中所定义的选项之外，还要考虑PPPOA和PPPOE协议中规定的内容。

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DNS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。

3. ppp协议栈

主要负责PPP层数据的封装、压缩与解压缩.另外,它还对普通数据包和Ppp过程的数据包进行了分流,将普通数据包提交到TCP/IP协议栈,而将Ppp过程的数据包放到/dev/ppp设备队列中,等待Pppd去收取并处理.

4. ppp架构框图

PPP 协议之下是以太网和串口等物理层，之上是IP协议等网络层。这里，对于下层，我们只讨论串口的情况，对于上层，我们只讨论TCP/IP的情况。发送 时，TCP/IP数据包经过PPP打包之后经过串口发送。接收时，从串口上来的数据经PPP解包之后上报给TCP/IP协议层。linux下ppp框架结构如下图：

4.1 pppd数据传输

应用程序通过socket 接口发送TCP/IP数据包，这些TCP/IP数据包流经PPP协议处理模块，然后通过串口发送出去。

pppd在make_ppp_unit函数调用ioctrl(PPPIOCNEWUNIT)创建一个网络接口(如ppp0)，内核中的PPP协议模块在处理PPPIOCNEWUNIT时，调用register_netdev向内核注册ppp的网络接口，该网络接口的传输函数指向ppp_start_xmit。

当应用程序发送数据时，内核根据IP地址和路由表，找到ppp网络接口，然后调用ppp_start_xmit函数，此时控制就转移到PPP协议处理模块了。ppp_start_xmit调用函数ppp_xmit_process去发送队列中的所有数据包，ppp_xmit_process又调用ppp_send_frame去发送单个数据包, ppp_send_frame根据设置，调用压缩等扩展处理之后，又经ppp_push调用pch->chan->ops->start_xmit发送数据包。

pch->chan->ops->start_xmit是什么？它就是具体的传输方式了，比如说对于串口发送方式，则是ppp_async.c: ppp_asynctty_open中注册的ppp_async_send函数，ppp_async_send经ppp_async_push函数调用tty->driver->write把数据发送串口。

4.2 Pppd 控制协议数据流程

pppd是一个用户空间的后台服务进程(daemon。pppd实现了所有鉴权、压缩/解压和加密/解密等扩展功能的控制协议。pppd只是一个普通的用户进程，pppd与内核中的PPP协议处理模块之间通过设备文件(/dev/ppp)进行通信。pppd有一个辅助工具chat，用来与GSM模组建立会话。它向串口发送AT命令，建立与GSM模组的会话，以便让PPP协议可以在串口上传输数据包。

参考文献：

https://www.cnblogs.com/newjiang/p/7625499.html

https://blog.csdn.net/eydwyz/article/details/54602459

https://www.cnblogs.com/ljf181275034/articles/3293040.html