Monografias | PPP - Protocolo Punto a Punto

La mayor parte de la infraestructura de redes de área extensa estáconstruida a partir de líneas alquiladas punto a punto.

En la práctica, la comunicación punto a punto se utiliza de diferentesmaneras. Actualmente, una de las formas más habituales de conectarse a Internetpara un usuario común es a través de un módem y una línea telefónica. Engeneral, la PC llama al router de su proveedor de Internet y así actúacomo host de la Red. Este método de operación no es distinto a teneruna línea arrendada entre la PC y el router, excepto que la conexióndesaparece cuando el usuario termina la sesión. Este concepto se ilustra en lasiguiente figura:

Tanto para la conexión por línea alquilada de router a routercomo para la conexión conmutada de host a router se requiere deun protocolo punto a punto de enlace de datos en la línea, para elmanejo de marcos de control de errores y las demás funciones de la capa deenlace de datos.

Según nos acercamos al medio físico, la diversidad de los mismos provocaque existan varios protocolos a nivel de enlace de datos para adaptarse a laspeculiaridades de cada medio físico.

Dos protocolos de este nivel utilizados ampliamente en Internet son SLIP(Serial Line Internet Protocol) y PPP (Point to Point Protocol).

Si bien el protocolo SLIP está específicamente diseñado para el transportede tráfico TCP/IP, la tendencia actual es hacia el uso cada vez mayor delprotocolo PPP, ya que también es apto para líneas telefónicas conmutadas,siempre que nuestro proveedor de Internet disponga de este protocolo paraatender nuestra llamada.

Al utilizar SLIP, es necesario conocer tanto nuestra dirección IP como la denuestro proveedor, lo que puede causarnos problemas en el caso de que esteasigne dinámicamente las direcciones (algo muy común actualmente). Igualmente,existe la posibilidad de tener que configurar algunos parámetros como puedenser la máxima unidad de transmisión (MTU), máxima unidad de recepción (MRU),el uso de cabeceras de compresión, etc.

El PPP fue desarrollado por el IETF (Internet Engineering Task Force)en 1993 para mejorar estas y algunas otras deficiencias, y crear un estándarinternacional, por lo cual en este trabajo desarrollaremos principalmente elprotocolo PPP, luego de lo que concluiremos con una breve comparación con supar (SLIP).

¿Para qué sirve el protocolo PPP?

El protocolo PPP proporciona un método estándar para transportardatagramas multiprotocolo sobre enlaces simples punto a punto entre dos"pares" (a partir de aquí, y hasta el final de este trabajo,utilizaremos el término "par" para referirnos a cada una de las máquinasen los dos extremos del enlace -en inglés es peer-).

Estos enlaces proveen operación bidireccional full dúplex y se asume quelos paquetes serán entregados en orden.

Tiene tres componentes:

1. Un mecanismo de enmarcado para encapsular datagramas multiprotocolo ymanejar la detección de errores.

2. Un protocolo de control de enlace (LCP, Link Control Protocol)para establecer, configurar y probar la conexión de datos.

3. Una familia de protocolos de control de red (NCPs, NetworkControl Protocols) para establecer y configurar los distintos protocolos denivel de red.

Para dar un panorama inicial del funcionamiento de este protocolo en el casocomentado, en que un usuario de una PC quiera conectarse temporalmente aInternet, describiremos brevemente los pasos a seguir:

En primera instancia, la PC llama al router del ISP (InternetService Provider, proveedor del servicio de Internet), a través de un módemconectado a la línea telefónica.

Una vez que el módem del router ha contestado el teléfono y se haestablecido una conexión física, la PC manda al router una serie depaquetes LCP en el campo de datos de uno o más marcos PPP (esto será explicadocon mayor detalle más adelante). Estos paquetes y sus respuestas seleccionanlos parámetros PPP por usar.

Una vez que se han acordado estos parámetros se envían una serie depaquetes NCP para configurar la capa de red.

Típicamente, la PC quiere ejecutar una pila de protocolos TCP/IP, por lo quenecesita una dirección IP. No hay suficientes direcciones IP para todos, por loque normalmente cada ISP tiene un bloque de ellas y asigna dinámicamente una acada PC que se acaba de conectar para que la use durante su sesión. Se utilizael NCP para asignar la dirección de IP.

En este momento la PC ya es un host de Internet y puede enviar yrecibir paquetes IP. Cuando el usuario ha terminado se usa NCP para destruir laconexión de la capa de red y liberar la dirección IP.

Luego se usa LCP para cancelar la conexión de la capa de enlace de datos.

Finalmente la computadora indica al módem que cuelgue el teléfono,liberando la conexión de la capa física.

PPP puede utilizarse no solo a través de líneas telefónicas de discado,sino que también pueden emplearse a través de SONET o de líneas HDLCorientadas a bits.

Los enlaces PPP son fáciles de configurar. El estándar por defecto manejatodas las configuraciones simples. Se pueden especificar mejoras en laconfiguración por defecto, las cuales son automáticamente comunicadas al"par" sin la intervención del operador. Finalmente, el operador puedeconfigurar explícitamente las opciones para el enlace, lo cual lo habilita paraoperar en ambientes donde de otra manera sería imposible.

Esta auto-configuración es implementada a través de un mecanismo denegociación de opciones extensible en el cual cada extremo del enlace describeal otro sus capacidades y requerimientos.

La encapsulación PPP provee multiplexamiento de diferentes protocolos de lacapa de red sobre el mismo enlace. Ha sido diseñada cuidadosamente paramantener compatibilidad con el hardware mayormente usado.

Sólo son necesarios 8 bytes adicionales para formar la encapsulación cuandose usa dentro del entramado por defecto. En ambientes con escaso ancho de banda,la encapsulación y el entramado pueden requerir menos bytes.

El formato de la trama completa es:

Todas las tramas comienzan con el byte indicador "01111110".Luego viene el campo dirección, al que siempre se asigna el valor"11111111". La dirección va seguida del campo de control, cuyovalor predeterminado es "00000011". Este valor indica un marco sin númeroya que PPP no proporciona por omisión transmisión confiable (usando númerosde secuencia y acuses) pero en ambientes ruidosos se puede usar un modo numeradopara transmisión confiable. El anteúltimo campo es el de suma de comprobación,que normalmente es de 2 bytes, pero puede negociarse una suma de 4 bytes. Latrama finaliza con otro byte indicador "01111110".

Debido a que los campos indicados anteriormente son utilizados paraencapsular la información fundamental del protocolo, desde ahora noscentraremos en el siguiente esquema:

Campo protocolo

Este campo es de 1 o 2 bytes y su valor identifica el contenido del datagramaen el campo de información del paquete (cuando hablamos de"paquete" nos estamos refiriendo al marco de la capa de enlace, que esen la que opera el PPP; no debe confundirse con los de la capa de red, manejadospor IP). El bit menos significativo del byte menos significativo debe ser 1 y elbit menos significativo del byte más significativo debe ser 0. Los marcosrecibidos que no cumplan con estas reglas deben ser tratados comoirreconocibles.

Los valores en el campo de protocolo dentro del rango de 0hex a 3hexidentifican el protocolo de capa de red de los paquetes específicos, y valoresen el rango de 8hex a Bhex identifican paquetes pertenecientes al protocolo decontrol de red asociado (NCPs). Los valores en el campo de protocolo dentro delrango de 4hex a 7hex son usados para protocolos con bajo volumen de tráfico,los cuales no tienen asociados NCP. Valores en el rango de Chex a Fhexidentifican paquetes de los protocolos de control de la capa de enlace (comoLCP).

Campo información

Puede tener 0 o más bytes. Contiene el datagrama para el protocoloespecificado en el campo protocolo. La máxima longitud para este campo,incluyendo el relleno pero no incluyendo el campo de protocolo, esdeterminada por la unidad máxima de recepción (MRU), la cual es de 1500 bytespor defecto. Mediante negociaciones, PPP puede usar otros valores para la MRU.

A la información se le puede agregar un relleno, con un númeroarbitrario de bytes, hasta llegar a la MRU.

Para establecer comunicaciones sobre un enlace punto a punto cada extremo delmismo debe enviar primero paquetes LCP para configurar y testear el enlace dedatos. Después de que éste ha sido establecido, el "par" debe serautentificado. Entonces, PPP debe enviar paquetes NCP para elegir y configuraruno o más protocolos de red. Una vez que han sido configurados cada uno de losprotocolos de la capa de red elegidos, los datagramas de cada protocolo de capade red pueden ser enviados a través del enlace. El enlace permaneceráconfigurado para la comunicación hasta que una serie de paquetes NCP o LCPcierren la conexión, o hasta que ocurra un evento externo (por ej., que un timerde inactividad expire o que se produzca una intervención del administrador dela red).

Fases de la operación

En la siguiente figura se muestran las fases por las que pasa una líneacuando es activada, usada y desactivada, a través del protocolo PPP. Estasecuencia se aplica tanto a las conexiones por módem como a las conexiones routera router.

Fase de enlace muerto (capa física no lista)

El enlace comienza y termina necesariamente en esta fase. Cuando un eventoexterno (como una detección de portadora) indica que la capa física estálista para ser usada, PPP procederá con la fase de establecimiento delenlace.

Típicamente, si se utiliza un módem, el enlace volverá a esta fase automáticamentedespués de la desconexión del mismo. En el caso de un enlace hard-wiredesta fase puede ser extremadamente corta, tan solo hasta detectar la presenciadel dispositivo.

Fase de establecimiento del enlace

El protocolo de control de enlace (LCP) es usado para establecer la conexióna través de un intercambio de paquetes de configuración. Este intercambio estácompleto y se ingresa en el estado abierto de LCP una vez que un paquete de"reconocimiento de configuración" ha sido enviado y recibido porambos.

Todas las opciones de configuración son asumidas con sus valores por defectoa menos que sean alteradas por un intercambio de paquetes de configuración.

Es importante notar que solo las opciones de configuración que sonindependientes de cada protocolo particular de capa de red son manejadas por elLCP. La configuración de los protocolos de capa de red individuales es manejadapor separado por los protocolos de control de red (NCPs) durante la fase dered.

Cualquier paquete que no sea LCP recibido durante esta fase debe serdescartado.

Fase de validación

En algunos enlaces puede ser deseable solicitar al "par" que seautentifique a sí mismo antes de permitir el intercambio de paquetes delprotocolo de capa de red.

Por defecto, la validación o autenticación no es obligatoria. Si unaimplementación desea que el "par" se autentifique con algúnprotocolo de validación específico, entonces ésta debe solicitar el uso delprotocolo de autenticación durante la fase de establecimiento del enlace.

La autenticación debe tomar lugar tan pronto como sea posible después del establecimientodel enlace.

El progreso de la fase de autenticación a la fase de red no debeocurrir hasta que la autenticación haya sido completada. Si ésta falla, el querealiza la autenticación debe proceder a la fase de terminación del enlace.

Durante esta fase, sólo son permitidos paquetes del protocolo de control deenlace, el protocolo de autenticación y el monitoreo de calidad de enlace.Cualquier otro paquete recibido debe ser descartado.

La autenticación debe proporcionar algún método de retransmisión, y seprocederá a la fase de terminación del enlace sólo luego de que se haexcedido cierta cantidad de intentos de autenticación.

Fase de red

Una vez que el PPP finalizó las fases anteriores, cada protocolo de capa dered (como por ejemplo IP, IPX o AppleTalk) debe ser configurado separadamentepor el protocolo de control de red (NCP) apropiado.

Cada NCP debe ser abierto y cerrado de a uno por vez.

Fase abierta

Una vez que un NCP ha alcanzado el estado abierto, PPP transportará loscorrespondientes paquetes del protocolo de capa de red. Cualquier paqueterecibido mientras su NCP no esté en el estado abierto debe ser descartado.

Durante esta fase el tráfico del enlace consiste en cualquier combinaciónposible de paquetes LCP, NCP, y de protocolo de capa de red.

Fase de terminación del enlace

PPP puede terminar el enlace en cualquier momento. Esto puede ocurrir por lapérdida de la señal portadora, una falla de autenticación, una falla de lacalidad del enlace, la expiración de un timer, o un cierreadministrativo del enlace.

LCP es usado para cerrar el enlace a través de un intercambio de paquetes de"terminación". Cuando el enlace ha sido cerrado, PPP informa a losprotocolos de capa de red así ellos pueden tomar la acción apropiada.

Después del intercambio de paquetes de "terminación", laimplementación debe avisar a la capa física que desconecte la línea paraforzar la terminación del enlace, particularmente en el caso de una falla deautenticación. El que envía una "solicitud de terminación" debedesconectarse después de recibir un "reconocimiento de terminación",o después de que expire el timer correspondiente. El receptor de una"solicitud de terminación" debe esperar al "par" paradesconectarse, y no lo debe hacer hasta que al menos haya pasado cierto tiempode reiniciado después de enviar el "reconocimiento de terminación".PPP procederá entonces con la fase de enlace muerto.

Cualquier paquete recibido durante esta fase que no sea LCP debe serdescartado.

La clausura del enlace por LCP es suficiente. No es necesario que cada NCPenvíe paquetes de terminación. A la inversa, el hecho de que un NCP seacerrado no es razón suficiente para causar la terminación del enlace PPP, aúnsi ese NCP era el único actualmente en el estado abierto.

La negociación de opciones es definida por eventos, acciones y transicionesde estados. Los eventos incluyen la recepción de comandos externos (comoapertura y clausura), expiración de timers, y recepción de paquetes deun "par". Las acciones incluyen el arranque de timers y latransmisión de paquetes al "par".

Algunos tipos de paquetes ("no reconocimientos de configuración","rechazos de configuración", "solicitudes de eco","respuestas de eco", etc.) no son diferenciados aquí ya que producensiempre las mismas transiciones.

Estados

Algunos posibles estados son: "inicial" (la capa más baja no estádisponible y no ha ocurrido una apertura), "starting" (ha sidoiniciada una apertura pero la capa más baja aún no está disponible), "closed"(el enlace está disponible pero no ha ocurrido una apertura), etc.

Eventos

Las transiciones y las acciones en la negociación son causadas por eventos.

Algunos son: "up" (este evento ocurre cuando la capa másbaja indica que está lista para transportar paquetes; típicamente es usado porlos procesos de manejo y llamada de un módem, y también puede ser utilizadopor el LCP para indicar a cada NCP que el enlace está entrando en la fase dered). Otro evento muy común es "down" (cuando la capa másbaja indica que ya no está lista para transportar paquetes, este evento tambiénes generalmente utilizado por un módem o por un LCP).

Acciones

Son causadas por eventos y habitualmente indican la transmisión de paquetesy/o el comienzo o parada de timers.

Algunas acciones son: "evento ilegal" (esto indica acerca de unevento que no puede ocurrir en una negociación implementada correctamente),"capa hacia arriba" (esta acción indica a las capas superiores que lanegociación está entrando en estado "abierto"; típicamente esutilizada por el LCP para indicar el evento "up" a un NCP, porun protocolo de autenticación, o de calidad de enlace).

El PPP hace intenta evitar ciclos mientras se efectúa la negociación deopciones de configuración. De todas formas, el protocolo no garantiza que noocurrirán ciclos. Como en cualquier negociación es posible configurar dosimplementaciones PPP con políticas conflictivas que nunca converjan finalmente.También es posible configurar políticas que converjan, pero que se tomen untiempo significativo para hacerlo.

Existen distintos tipos de timers. Por ejemplo, el "timerde reiniciado" es utilizado para controlar el tiempo de las transmisionesde solicitud de configuración y los paquetes de solicitud de terminación. Laexpiración de este timer causa un evento de "tiempo cumplido"y la retransmisión de la correspondiente "solicitud de configuración"o el paquete de "solicitud de terminación". Este timer debeser configurable, pero por defecto durará 3 segundos. Este tiempo está pensadopara bajas velocidades, como las líneas telefónicas típicas.

Otro ejemplo de timer es el de "terminación máxima", quees un contador de reiniciado requerido para las solicitudes de terminación.Indica el número de paquetes de "solicitudes de terminación"enviados sin recibir un "reconocimiento de terminación". Debe serconfigurable pero por defecto se establece en 2 transmisiones.

El LCP es usado para acordar automáticamente las opciones del formato deencapsulación, los límites de manipulación de tamaño de paquete, detectar unenlace con ciclos, otros errores comunes por mala configuración, y terminar elenlace. Otras facilidades opcionales provistas son: autenticación de laidentidad de los "pares" del enlace, y determinación de cuándo elenlace está funcionando apropiadamente y cuándo está fallando.

Formato de los paquetes LCP

Hay tres clases de paquetes LCP:

1. Paquetes de configuración de enlace: usados para establecer y configurarel enlace ("solicitud de configuración", "reconocimiento deconfiguración", "no reconocimiento de configuración" y"rechazo de configuración").

2. Paquetes de terminación de enlace: usados para terminar el enlace("solicitud de terminación" y "reconocimiento de terminación").

3. Paquetes de mantenimiento del enlace: usados para manejar y depurar elenlace ("rechazo de código", "rechazo de protocolo","solicitud de eco", "respuesta de eco", "solicitud dedescarte").

Un paquete LCP es encapsulado en el campo de información PPP, donde el campode protocolo PPP indica el tipo C021hex.

Básicamente, el formato de un paquete del protocolo de control de enlace esel siguiente:

Campo código

Ocupa un byte y sirve para identificar el tipo de paquete LCP. Cuando serecibe un paquete con un campo de código desconocido, se transmite un paquetede "rechazo de código".

Campo identificador

Es de un byte y ayuda en la comparación de las solicitudes y respuestas.

Campo longitud

Es de dos bytes e indica la longitud del paquete LCP, incluyendo los campos código,identificador, longitud y datos. La longitud no debe exceder la MRU del enlace.Los bytes fuera del rango del campo longitud son tratados como relleno eignorados al ser recibidos.

Campo datos

Pueden ser 0 o más bytes, indicados por el campo longitud. El formato de losdatos es determinado por el campo código.

A continuación describiremos brevemente los principales paquetes utilizadospor el LCP:

Debe transmitirse para abrir una conexión. En el campo de datos se incluiránlas opciones de configuración que el transmisor desee negociar (0 o más).Todas estas opciones son negociadas simultáneamente.

Si cada opción de configuración recibida en una "solicitud deconfiguración" es reconocible y sus valores son aceptables, laimplementación receptora debe transmitir un paquete de"reconocimiento". Estas opciones reconocidas no deberán sermodificadas luego. Las opciones reconocidas son enviadas en el área de datosdel paquete simultáneamente.

Si cada opción de configuración es reconocible pero algunos valores no sonaceptables, se debe transmitir un paquete de "no reconocimiento deconfiguración". El campo de datos es completado sólo con las opciones noaceptadas de la "solicitud de configuración".

Al recibir un paquete de "no reconocimiento", el campo deidentificación debe ser comparado con el de la última "solicitud deconfiguración", y cuando se vuelva a enviar una "solicitud deconfiguración", las opciones de la mismas deberán ser modificadas.

Este paquete será transmitido si se recibe una "solicitud deconfiguración" en la que algunas opciones no son reconocibles o aceptablespara ser negociadas. El campo de datos es completado sólo con las opciones deconfiguración no aceptables.

Al recibir un "rechazo de configuración", el campo identificadordebe compararse con el de la última solicitud de configuración.

Son utilizadas para terminar una conexión. Primero se debe transmitir una"solicitud de terminación". Estas solicitudes se seguirántransmitiendo hasta recibir un "reconocimiento de terminación", hastaque la capa inferior indique que se perdió la conexión, o hasta que se hayatransmitido un cierto número de solicitudes al "par".

El campo de datos puede contener 0 o más bytes, los cuales no sonutilizados.

Rechazo de código

La recepción de un paquete LCP con un código desconocido indica que el"par" está operando con una versión diferente del protocolo. Estodebe ser reportado al transmisor del código desconocido por medio de un"rechazo de código". Al recibir un paquete de este tipo acerca de uncódigo que es fundamental para la versión utilizada del protocolo, se deberáreportar el problema y cesar la transmisión.

El campo de datos contiene una copia del paquete LCP que está siendorechazado.

La recepción de un paquete PPP con un campo de protocolo desconocido indicaque el "par" está intentando usar un protocolo no soportado. Estoocurre usualmente cuando el "par" intenta configurar un nuevoprotocolo.

El campo de datos contiene en dos bytes el campo de protocolo PPP del paqueteque está siendo rechazado y a continuación una copia del paquete rechazado.

Estos paquetes proveen al LCP de un mecanismo para detectar ciclos en la capade enlace de datos, que puede ser utilizado en ambos sentidos. Es muy útil paraayudar en la depuración, la determinación de la calidad del enlace, de laperformance y en varias funciones más.

Luego de recibir una "solicitud de eco" se debe transmitir larespuesta correspondiente.

El campo de datos contiene 4 bytes que son utilizados para enviar un númerollamado "mágico", que es utilizado para detectar enlaces con ciclos.A continuación puede ser transmitido cualquier valor binario elegido por eltransmisor.

El LCP incluye estos paquetes para proveer un mecanismo de"hundimiento" de la capa de enlace de datos en el sentido desde elsitio local hacia el remoto. Este mecanismo se utiliza cuando se desea enviarpaquetes para realizar alguna prueba, sin que el "par" realice ningunaacción en función de los mismos. Esto es útil para ayudar en la depuración,el testeo de performance y algunas otras funciones.

Los paquetes de "solicitudes de descarte" deben ser ignorados alser recibidos.

Estas opciones permiten la negociación o modificación de las característicaspor defecto de un enlace punto a punto. Si no se incluyen opciones deconfiguración en un paquete de solicitud de configuración, se asumen losvalores por defecto para las mismas. El permitir valores por defecto para cadaopción otorga al enlace la capacidad de funcionar correctamente sinnegociaciones, pero sin embargo sin alcanzar una performance óptima.

El formato de las opciones de configuración es el siguiente:

Campo tipo

Este campo es de 1 byte e indica el tipo de la opción de configuración.

Los valores posibles son: 0 (reservado), 1 (MRU), 3 (protocolo de autenticación),4 (protocolo de calidad), 5 (número "mágico"), 7 (compresión delcampo de protocolo) y 8 (compresión de los campos de dirección y control). Porsupuesto, los valores que acabamos de indicar deben transmitirse en binario.

Campo longitud

Es de 1 byte e indica la longitud del paquete, incluyendo los campos tipo,longitud y datos.

Campo datos

Puede ser de 0 o más bytes, y contiene la información específica de cadaopción a configurar. El formato y la longitud del campo de datos sondeterminados por los campos de tipo y longitud.

Los enlaces punto a punto tienden a agravar muchos problemas con la familiaactual de protocolos de red. Por ejemplo, la asignación y manejo de direccionesIP es especialmente dificultosa sobre circuitos conmutados de enlaces punto apunto (como los utilizados por los módems).

Estos problemas son manejados por una familia de protocolos de control de red(NCPs), cada uno de los cuales maneja las necesidades específicas requeridaspor sus respectivos protocolos de la capa de red, por lo cual su definicióndetallada es tratada en forma separada de los documentos correspondientes alPPP.

Además de los aspectos comentados en la "Introducción" y lasdiferencias que se desprenden de la sección de "Desarrollo", acontinuación enumeraremos en una tabla, y a modo de resumen, algunas de lasprincipales diferencias entre los protocolos PPP y SLIP.

- "The Point-to-Point Protocol (PPP)", Request for Comments 1661,July 1994, W. Simpson.

- "PPP LCP Extensions", Request for Comments 1570, January 1994, W.Simpson.

- "PPP LCP Internationalization Configuration Option", Request forComments 2484, January 1999, G. Zorn.

- "PPP white paper", Morning Star Technologies.

- "Redes de computadores", 1997, Tanenbaum, Andrew S.

- Diversos documentos obtenidos en Internet.

Nota: debido a que utilizamos documentos RFC originales, losmismos estaban en idioma inglés, por lo cual podría ser posible que hayamoscometido un pequeño error al escribir algún término técnico.

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