Point-to-Point Protocol - PPP

P ► PPP PPP Point-to-Point Protocol Autor: Prof. Dr.-Ing. In heutigen Rechnernetzen – zu diesen gehören vor allem das Inter- Anatol Badach net und private Intranets – wird das Internet Protocol (IP) verwen- det. Aus diesem Grund spricht man häufig von IP-Netzen. In ihnen werden von Rechner zu Rechner sog. IP-Pakete quasi als „IP- Briefe“ übermittelt. Für ihre Übermittlung über physikalische Me- dien müssen die IP-Pakete in spezielle Frames, die sozusagen als „Umschläge“ dienen und zusätzliche Angaben (u.a. zur Synchronisation und zur Entdeckung von Übertragungsfehlern) enthalten, eingekapselt werden. Das PPP stellt solche Frames zur Verfügung. Sie werden als PPP-Frames bezeichnet und ermöglichen die Übermittlung von IP-Paketen über direkte Punkt- zu-Punkt-Verbindungen, kurz P2P-Verbindungen (Point-to-Point Auszug aus dem Connections, P2P Connections). Werk: An dieser Stelle ist hervorzuheben, dass es sich beim PPP sowohl um physikalische als auch um virtuelle P2P-Verbindungen handeln kann. Das PPP kann beispielsweise zur Übermittlung von IP- Paketen über physikalische P2P-Verbindungen, die auf einer elektri- schen DSL1-, einer Glasfaser-, einer Satelliten- oder einer Funk- Übertragungsstrecke basieren, eingesetzt werden. IP-Pakete in PPP- Frames können aber auch über virtuelle P2P-Verbindungen, die z.B. auf klassischen Netztechnologien wie SDH/SONET2 oder ATM3 basieren, übermittelt werden.4 Daher ist das PPP nach der Netzwerk- Herausgeber: technologie Ethernet der zweitwichtigste „Lieferant“ von Frames, Heinz Schulte die der Übermittlung von IP-Paketen im Internet und in Intranets WEKA-Verlag dienen. Die Bedeutung von PPP für die „Internetwelt“ ist unbestrit- ISBN 978-3-8276- ten. 9142-2 1 Digital Subscriber Line 2 Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network 3 Asynchronous Transfer Mode 4 In diesem Zusammenhang spricht man von PPP over SONET/SDH und von PPP over ATM (PPPoA). 1 P ► PPP Ende der Achtzigerjahre, als PPP entwickelt wurde, haben bei der Rechnerkommunikation außer IP noch andere Protokolle der Netz- werkschicht – wie z.B. Internetwork Packet Exchange Protocol (IPX) von Novell und AppleTalk von Apple Computer – eine wich- tige Rolle gespielt. Aus diesem Grund wurde das PPP so konzipiert, dass es die Übermittlung von Datenpaketen aller Protokolle der Netzwerkschicht über physikalische und virtuelle P2P- Verbindungen ermöglichen kann. Da aber zurzeit – infolge der Dominanz des Internets – andere Netzwerkprotokolle außer IP kaum zu finden sind, stellt heutzutage fast nur noch PPP Frames zur Ü- bermittlung von IP-Paketen zur Verfügung. Das PPP beschreibt nicht nur, wie seine Frames zur Übermittlung von IP-Paketen strukturiert werden, sondern auch, wie sich die beiden Endpunkte einer Verbindung als Kommunikationspartner über die Kommunikationsprinzipien zwischen ihnen verständigen können – also beispielsweise, wie sie sich gegenseitig authentifizie- ren sollen, wie die Qualität der Verbindung überwacht werden soll, wie die IP-Pakete verschlüsselt werden sollen usw. Diesen verschie- denen Aspekten von PPP werden zahlreiche Standards der Internet Engineering Task Force (IETF) – als sog. Requests for Comments (RFCs)5 – gewidmet. Die Möglichkeit, dass zwei Kommunikationspartner mithilfe von PPP bestimmte Konfigurationsparameter austauschen können, ist bei P2P-Verbindungen auf Basis der Ethernet-Technik von enorm gro- ßer Bedeutung und PPP over Ethernet (PPPoE) stellt diese Mög- lichkeit zur Verfügung.6 Da alle Gigabit Ethernets (GE, GbE) mit den Bitraten von 10, 40 und 100 GBit/s de facto P2P-Verbindungen darstellen, wird das PPP zunehmend zwischen GE-Switches ver- wendet, damit sie sich gegenseitig bestimmte Konfigurationsparameter übermitteln und diese kontrollieren können.7 5 ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/rfc-index.txt 6 Für eine Beschreibung von PPPoE siehe: Schulte, Heinz (Hrsg.): Protokolle und Dienste der Informationstechnologie, WEKA Verlag, 978-3827691422 7 Wie dies erfolgt, beschreibt PPP Bridging Control Protocol (BCP) gem. RFC 3518. 2 P ► PPP Die Entwicklung von PPP und verschiedenen, mit dem PPP-Einsatz verbundenen Standards koordiniert die Working Group PPPEXT (PPP Extensions) der IETF8. Das Konzept von PPP wurde anfangs im RFC 1134 (November 1989) veröffentlicht. Eine breite Palette von PPP-Anwendungen hat aber dazu geführt, dass die Kernspezifikation des Protokolls mehr- fach modifiziert wurde: Zuerst wurde RFC 1134 durch RFC 1171 (Juni 1990), dann RFC 1171 durch RFC 1331 (Mai 1992), danach RFC 1331 durch RFC 1548 (Dezember 1993) und letztlich RFC 1548 durch RFC 1661 (Juni 1995) ersetzt. Folglich ist die heute verbindliche Spezifikation von PPP im RFC 1661 aus dem Jahr 1995 enthalten. Aber seit dieser Zeit kamen verschiedene, PPP- ergänzende Standards hinzu. Diese werden am Ende dieses Beitrags aufgelistet. Konzept von PPP Das PPP wird zur Übermittlung von Paketen des generischen Inter- netprotokolls IP sowie von Paketen anderer Protokolle der Netz- werkschicht über alle Arten von P2P-Verbindungen eingesetzt. Bild 004731 illustriert das Konzept von PPP. Beim Einsatz des PPP sind immer zwei PPP-Instanzen beteiligt. Zwischen ihnen muss eine Verbindung aufgebaut werden, wobei diese Verbindung sowohl physikalischer als auch virtueller Art sein kann. Im Allgemeinen (Bild 004731) sind beim Protokollverlauf folgende vier Phasen zu unterscheiden: 1. Aufbau eines Data Link (einer PPP-Verbindung) Im Schritt 1 dieser Phase signalisieren sich beide PPP- Instanzen ihre Bereitschaft, PPP-Frames auszutauschen und bereiten hierfür entsprechende Ressourcen (z.B. Spei- cherplatz für die Aufnahme empfangener Frames) vor. Diese gegenseitige Bereitschaft könnte man sich so vor- stellen, als ob zwischen ihnen ein Data Link aufgebaut und eventuell entsprechend konfiguriert würde. Da dieser Data Link nach dem Link Control Protocol (LCP), das Bestand- 8 http://datatracker.ietf.org/wg/pppext 3 P ► PPP teil9 von PPP ist (vgl. Bild 004735), aufgebaut wird, stellt der Data Link – genau gesehen – eine PPP-Verbindung dar. Mithilfe des PPP kann zudem die Qualität des Data Link überprüft und später während der Datenübermittlung ü- berwacht werden, sodass man von Link Quality Monito- ring (LQM) spricht. Im Schritt 2 (optional) kann festgelegt werden, ob und eventuell wie die Qualitätsüberwachung erfolgen soll.10 Bild 004731: Allgemeines Konzept von PPP zur Übermittlung von IP-Paketen IPCP: IP Control Protocol LCP: Link Control Protocol NCP: Network Control Protocol 9 Das PPP stellt eigentlich ein Rahmenwerk (Framework) dar, welches beschreibt, wie mehrere Protokolle – darunter das LCP und das Network Control Protocol (NCP) als Bestandteile von PPP – miteinander kooperieren. 10 Wie die Überwachung der Data-Link-Qualität beim Einsatz des PPP erfolgen kann, beschreibt RFC 1989. 4 P ► PPP 2. Authentifizierung Nach dem Aufbau des Data Link erfolgt – in der Phase 2, Schritt 3 – die Authentifizierung des „Benutzers“11 der PPP-Verbindung, wobei deren Art und Weise vom konkre- ten Anwendungsfall abhängt. 3. Konfiguration des Netzwerkprotokolls und Daten- übermittlung Wurde der Data Link aufgebaut und konfiguriert, erfolgt in der Phase 3, Schritt 4, zuerst die Konfiguration des Netzwerkprotokolls, bei der zwischen den beiden PPP- Instanzen alle zum Einsatz des Netzwerkprotokolls (z.B. IPv4, IPv6) zur Datenübermittlung benötigten Angaben ausgetauscht werden. Dieser Austausch erfolgt nach einem Network Control Protocol (NCP), z.B. nach dem IP Control Protocol (IPCP) im Falle des IPv4. Abschließend kann festgelegt werden (Schritt 5, optional), ob und welches Verfahren zur Komprimierung des IP- Header eingesetzt werden soll.