第29卷 第5期 武漢理工大學(xué)學(xué)報 信息與管理工程版 文章編號:1007-144X (2007) 05-0012-04V o. l 29N o . 5基于GPRS 的PPP 協(xié)

第29卷 第5期 武漢理工大學(xué)學(xué)報 信息與管理工程版 文章編號:1007-144X (2007) 05-0012-04

V o. l 29N o . 5

基于GPRS 的PPP 協(xié)議的分析

曾 剛

(武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院, 湖北武漢430070)

摘 要:通過對PPP 進(jìn)行深入研究, 分析了基于GPRS 的PPP 協(xié)商過程, 敘述了PPP 組成、內(nèi)容、含義和連接的過程等; 并分析了PPP 協(xié)商過程的數(shù)據(jù)交換情況, 從而為進(jìn)一步利用PPP 協(xié)議實現(xiàn)無線傳輸終端提供了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:GPRS ; PPP ; LCP

中圖法分類號:TP393. 05 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

GPRS 即 通用分組無線業(yè)務(wù)! (genera l pac k

[1]

et radio serv ice) , 是在現(xiàn)有GS M 網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS 采用分組交換方式, 僅在實際傳送和接收數(shù)據(jù)時才占用無線資源。GPRS 理論上可提供高達(dá)171. 2kb /s的傳輸速率, 并有 永遠(yuǎn)在線! 的特點, 即用戶可隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系, 能提供快速及時的連接。GS M 網(wǎng)絡(luò)是目前國內(nèi)覆蓋范圍最廣、應(yīng)用最普遍的無線通信網(wǎng)絡(luò), 故構(gòu)建這種以GS M 網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用環(huán)境, 能很好地應(yīng)用在各種遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集和控制系統(tǒng)。

構(gòu)成基于GPRS 的無線數(shù)據(jù)傳輸終端一般采用單片機(jī)或嵌入式CP U 對GPRS 模塊進(jìn)行控制。GPRS 模塊一般常用德國Sie m ens 公司、美國M o to r o la 公司和法國W aveco m 公司的產(chǎn)品。MC35i 是德國S ie m ens 公司一款GPRS 模塊產(chǎn)品, 其特點包括支持雙頻GSM 900MH z 和GS M l 800MH z ; 支持CS -1、CS -2、CS -3和CS -4編碼方式, GPRS 下行數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)到85. 6kb /s, 上行數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)到21. 4kb /s; 具備多速率的RS232接口; 支持語音、傳真、短消息; 具有較高的集成度

[2]

能首先要登錄GPRS 網(wǎng)絡(luò)中的GGSN, 這個工作可

以通過相關(guān)AT 命令完成。

1 登錄GPRS 網(wǎng)絡(luò)

登錄的基本過程如下:通過AT CGATT =? 命令檢查MC35i 是否附著GPRS , 返回0為未附著, 返回1為已附著。若沒有附著, 則發(fā)送AT CGATT=1命令進(jìn)行附著。"AT CGDCONT =1, I P , C MNET" 定義PDP(分組數(shù)據(jù)協(xié)議) 上下文, 其中1為PDP 上下文標(biāo)識, I P 表明將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包類型為I P 數(shù)據(jù)包, C MNET 為中國移動的GPRS 網(wǎng)關(guān); ATD*99***1#命令進(jìn)行數(shù)據(jù)撥號, 其中

[3]

1與上面的PDP 上下文標(biāo)識對應(yīng)。

在上述AT 命令正常執(zhí)行后, MC35i 就登錄到GPRS 網(wǎng)絡(luò)。但由于MC35i 沒有TCP /I P 協(xié)議棧, 控制器必須自行處理相關(guān)的協(xié)議解析工作才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了能夠進(jìn)行I P 數(shù)據(jù)包的傳輸, 就必須首先實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層PPP 協(xié)議。

2 PPP 協(xié)議

PPP 是簡單鏈路設(shè)計的鏈路層協(xié)議。設(shè)計目的主要是用來建立點對點連接進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。PPP 協(xié)議中主要任務(wù)有鏈路建立、維護(hù)、拆除、上層協(xié)議協(xié)商和認(rèn)證等。在GPRS 網(wǎng)絡(luò)中一般用到的有LCP (鏈路控制協(xié)議) 、PAP (密碼驗證協(xié)議) 、CHAP (挑戰(zhàn)握手驗證協(xié)議) 和I PCP 協(xié)議(PPP I P 控制協(xié)議) 。

為了建立點到點連接, PPP 連接時的兩端開始都必須發(fā)送LCP 數(shù)據(jù)包來配置和測試數(shù)據(jù)連

。

GPRS 模塊和控制器之間的連接是通過RS232實現(xiàn)的, 對于控制器而言, GPRS 模塊就相當(dāng)于一個調(diào)制解調(diào)器, 控制器通過串口發(fā)送AT 命令控制GPRS 模塊工作情況和得到GPRS 模塊相關(guān)信息。中國移動在GPRS 網(wǎng)中建立了許多相當(dāng)于I SP 的GPRS 網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(GGSN ), 以連接GPRS 網(wǎng)與外部的I nter net 網(wǎng)絡(luò)。要使用GPRS 功

收稿日期:2006-12-02.

作者簡介:曾 剛(1972-), 男, 湖南益陽人, 武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院講師.

第29卷 第5期 曾 剛:基于GPR S 的PPP 協(xié)議的分析

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接; 在連接建立后, 對等實體還有可能需要認(rèn)證; 然后, PPP 必須發(fā)送NCP 數(shù)據(jù)包來選擇一種或多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來配置。一旦網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議被配置好后, 該網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報就可以被封裝在PPP 幀中在鏈路上傳送了。PPP 鏈路將保持可配置的狀態(tài)直到有LCP 數(shù)據(jù)包和NCP 數(shù)據(jù)包終止連接。PPP 協(xié)議狀態(tài)圖如圖1所示

[4]

表1為LCP 包代碼字段含義的介紹。

表1 LCP 代碼字段含義

取值123456

含義Confi gure R equest Confi gure A ck Confi gure N ak Confi gure R e ject T er m i nate R equest T er m i nate A ck

說明

配置選項請求包配置選項請求的確認(rèn)包配置選項請求的否認(rèn)包配置選項請求的拒絕包關(guān)閉連接請求包關(guān)閉連接確認(rèn)包

。

LCP 配置協(xié)商選項封裝在LCP 包的數(shù)據(jù)字段中, 包括類型(1字節(jié)) 、長度(1字節(jié)) 和選項值(可變) 3個字段。其中類型表明該選項類型, 長

圖1 PPP 協(xié)議狀態(tài)圖

度指明該選項長度, 選項值為選項內(nèi)容。LCP 常

用協(xié)商選項如表2所示。

表2 LCP 常用協(xié)商選項

3 PPP 幀格式

PPP 協(xié)議基于HDLC , 其幀格式和H DLC 的幀格式類似, 如圖2所示。

標(biāo)志地址控制協(xié)議

信息

填充

校驗標(biāo)志

取值字段含義說明

最大接收單元異步控制字符影射認(rèn)證鑒權(quán)協(xié)議鏈路質(zhì)量協(xié)議魔術(shù)字協(xié)議域壓縮地址和控制域壓縮

1M ax i m u m R ece i ve U nit 2A synchronous Control Character M ap 3A ut henti cation Protoco l 4Q ua lity P ro t o co l 5M ag i c N u mber ?

7P rotoco l F ield Co m pressi on 8A ddress and Contro l F ie l d Compression

0x7E 0xFF 0x032By te 長度可變長度可變2Byte 0x7E

圖2 PPP 數(shù)據(jù)幀的格式

PPP 幀以標(biāo)志字符0x7E 作為一幀的開始和結(jié)束, 地址字段和控制字段為固定值, 分別為0xFF 和0x03。幀檢驗序列FCS 采用CRC -16作為整個PPP 幀的校驗碼。協(xié)議字段代表信息字段所屬的協(xié)議。信息字段根據(jù)協(xié)議字段的不同裝載不同的數(shù)據(jù)包。填充字段在PPP 幀不夠長時進(jìn)行填充。

在這里終端要求除認(rèn)證協(xié)議、ACC M (異步控制字符影射) 選項需要協(xié)商外, 其他協(xié)商選項一概采用初始值, 因此就需要拒絕除認(rèn)證協(xié)議協(xié)商項外所有的其他選項。進(jìn)行LCP 協(xié)商的基本思路如下:

(1) 等待服務(wù)器的LCP 的C onfigure -R e quest 包, 收到后進(jìn)行檢測。

(2) Configure-Request 包只有認(rèn)證選項配置請求。若為PAP 認(rèn)證選項, 則接受并發(fā)送Con fi g ure-Request 包進(jìn)行ACC M 選項協(xié)商, 要求所有控制字符進(jìn)行轉(zhuǎn)換; 若為C HAP 認(rèn)證選項, 則發(fā)送Confi g ure-N ak 包, 同時協(xié)商進(jìn)行PAP 認(rèn)證。

(3) 若Con fi g ure-R equest 包中包含多個選項配置請求, 則發(fā)Confi g ure-Re ject 包拒絕除認(rèn)證選項外的所有選項。

(4) 收到Con fi g ure-Ack 包。若為對ACC M 選項的確認(rèn), 則進(jìn)入PAP 認(rèn)證鑒權(quán)階段, LCP 協(xié)商結(jié)束。

4 PPP 協(xié)商過程分析

4. 1 LCP 配置協(xié)商

在GPRS 模塊撥號成功后, 就要進(jìn)行LCP 協(xié)商配置, LCP 數(shù)據(jù)包封裝在PPP 幀的信息字段中, 其協(xié)議字段為0xC021。LCP 數(shù)據(jù)包格式如圖3所示。

代碼1Byte

標(biāo)識1Byte

長度

數(shù)據(jù)

2Byte 長度可變

圖3 LCP 數(shù)據(jù)格式

代碼字段說明數(shù)據(jù)包類型, 標(biāo)識字段指明數(shù)據(jù)包編號, 長度字段表明數(shù)據(jù)包的大小, 數(shù)據(jù)字段長度可變, 其由一系列LCP 配置協(xié)商選項構(gòu)成。

武漢理工大學(xué)學(xué)報 信息與管理工程版

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2007年5月

(5) 若收到Ter m i n ate -Request 包, 則回應(yīng)Ter m i n ate-A ck 包, 關(guān)閉PPP 連接。

終端實際和網(wǎng)絡(luò)的交互過程如圖4

所示。

節(jié)), TCP /I P 報頭壓縮選項。

(2) 選項3, 類型標(biāo)志0x03, 長度0x06(6字節(jié)), IP 地址配置選項。

(3) 選項129, 類型標(biāo)志0x81, 長度0x06(6字節(jié)), 主用DNS 服務(wù)器I P 地址配置選項。(4) 選項131, 類型標(biāo)志0x83, 長度0x06(6字節(jié)), 備用DNS 服務(wù)器I P 地址配置選項。

在PAP 認(rèn)證階段, 終端收到服務(wù)器的PAP 認(rèn)證確認(rèn)包后馬上發(fā)送一個I PCP 數(shù)據(jù)包進(jìn)行I P 地址配置。I PCP 數(shù)據(jù)包收發(fā)過程如下

[7]

:

(1) 終端主動發(fā)送I PCP 數(shù)據(jù)包請求服務(wù)器分配I P 地址。IP 地址字段4個字節(jié)全填入0, 表示要求服務(wù)器給終端分配I P 地址。

(2) 收到服務(wù)器發(fā)來的配置請求包, 數(shù)據(jù)包中的I P 地址為服務(wù)器的I P 地址。

(3) 終端發(fā)送對上述配置請求包的確認(rèn), 認(rèn)可服務(wù)器I P 地址。

(4) 然后終端再發(fā)送配置請求包請求分配I P 地址, I P 地址仍然全為0。

(5) 收到服務(wù)器發(fā)來的配置拒絕包, 數(shù)據(jù)包

圖4 LCP 數(shù)據(jù)交互過程

中的I P 地址為服務(wù)器建議終端采用的I P 地址。(6) 終端重新發(fā)送I P 地址配置請求包, 并將I P 地址填入服務(wù)器建議的I P 地址。

(7) 收到服務(wù)器對I P 地址配置的確認(rèn)包, I P 地址分配成功, 終端可利用該I P 地址進(jìn)行I P 數(shù)據(jù)的收發(fā)。

上面交互過程完成后, 終端將主動進(jìn)行PAP 認(rèn)證, 發(fā)出PAP 數(shù)據(jù)包, 進(jìn)入認(rèn)證鑒權(quán)階段。4. 2 PAP 認(rèn)證

PAP 認(rèn)證主要進(jìn)行用戶名和密碼認(rèn)證, 其數(shù)據(jù)包仍然封裝在PPP 幀內(nèi), 格式和LCP 一致。代碼字段為1表明鑒權(quán)請求(Authenticate -R e quest), 為2表明鑒權(quán)確認(rèn)(Authenticate-Ack ), 為3表明鑒權(quán)否認(rèn)(Authenticate-Nak)

[5]

5 結(jié) 論

經(jīng)過上述PPP 協(xié)議數(shù)據(jù)交換過程, 數(shù)據(jù)鏈路已經(jīng)建立, 但是要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸, 還要進(jìn)行實現(xiàn)I P 協(xié)議和TCP /UDP協(xié)議。I P 協(xié)議的數(shù)據(jù)包同樣封裝在PPP 幀中, 此時的協(xié)議字段為0x0021。需要說明的一點是, 由于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的特點, 終端分配的I P 地址屬于GPRS 網(wǎng)中的內(nèi)部地址。這樣, 在使用無連接UDP 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時, 終端數(shù)據(jù)是由GPRS 中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)接, 其對于外網(wǎng)而言的I P 地址并不固定。因此, 在實際應(yīng)用中若需要由外網(wǎng)傳入數(shù)據(jù), 則應(yīng)該采用TCP 協(xié)議, 并由終端首先發(fā)起聯(lián)接。參考文獻(xiàn):

[1] 鐘章隊, 蔣文怡, 李紅君. GPR S 通用分組無線業(yè)務(wù)

[M].北京:人民郵電出版社, 2001.

[2] S i emens M ob il e . M C35iH ard w are Interface D escr i pti on

。

進(jìn)入P AP 認(rèn)證階段終端主動發(fā)出Authentic ate-Request 數(shù)據(jù)包, 其中用戶名和密碼長度均

為0, 表示無用戶名和密碼。

由于中國移動用戶使用GPRS 無需用戶名和密碼, 因此服務(wù)器對終端發(fā)出Authenticate -Ack 包給予確認(rèn)。下一步就可以進(jìn)行I PCP 的協(xié)商了。4. 3 IPCP 配置

在I PCP 配置過程中, 可以設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境, 主要包括協(xié)商分配I P 地址、I P 壓縮協(xié)議和DNS 服務(wù)器地址等。由于不需要進(jìn)行域名的解析和I P 壓縮, 因而只進(jìn)行I P 地址的配置。I PCP 協(xié)議數(shù)據(jù)包封裝在PPP 幀內(nèi), 協(xié)議字段值為0x8021, 其格式和LCP 數(shù)據(jù)包一致, 選項值字段可由多個選項構(gòu)成, 常見的選項類型包括

[6]

:

(1) 選項2, 類型標(biāo)志0x02, 長度0x06(6字

第29卷 第5期 曾 剛:基于GPR S 的PPP 協(xié)議的分析

[EB /OL].[2006-12-02].www . si emens . co m /wm.

[3] ETS I G S M 07. 07:D i g ita l ce ll u l a r te lecomm un i cations

syste m (phase 2 ); a t comm and se t for G S M mob ile

equ i p m ent(ME) [EB /OL].[2006-12-02].http ://

porta l etsi org //acti on /pu/19991214/19991214. ht m.

[4] N et wo rk W o rk i ng G roup . RFC 1661:the po i nt-t o -

po i nt pro t o co l (PPP ) [EB /OL].[2006-12-02].ht

tp ://www.rfc :net/rfc1661. tx t .

[5] N et wo rk W o rk i ng G roup . R FC 1334:PPP authentica 15ti on pro toco ls [EB /OL].[2006-12-02].htt p ://www. rfc :net/rfc1334. tx t . [6] N et wo rk W o rk i ng G roup . RFC1332:the PPP i nternet protoco l control pro t o co l(I PCP) [EB /OL].[2006-12-02].http ://www. rfc :ne t/rfc1332. txt . [7] N et wo rk W o rk i ng G roup . RFC 1172:the po i nt-t o -po i nt pro t o co l (PPP ) i nitial con figu ration opti ons[EB /O L ].[2006-12-02].h ttp ://www.rfc :net/rfc1172. tx t .

Anal ysis of PPP Based on GPRS

ZENG Gang

Abst ract :On the basis o f researching the PPP , the co mm un icating process o f PPP based on GPRS is ana l y zed , and co m ponent of PPP , content of PPP , connecti n g process of PPP , etc are depicted . The process o f data inter change based on PPP negotiation is analyzed . A good foundati o n for f u rther m ak i n g a w ire less trans m ission ter m ina l using PPP is prov i d ed .

K ey w ords :GPRS; PPP ; LCP

ZENG G ang :Lec. t ; School of I nfor m ation Eng i n eeri n g , WUT, W uhan 430070, China .

[編輯:李道文]