PPP는 HDLC와 동일한 프레임 포맷을 사용한다. 그러다보니 막상 PPP에서는 필요하지 않은 필드까지 포함된다. Address 필드와 Control 필드다. PPP와 HDLC 프레임의 차이는 PPP 프레임에서 캡슐화된 데이터의 프로토콜을 지정하기 위한 새 필드를 추가했다는 것이다.

PPP 프레임

아래의 PPP 프레임을 보자.
모든 PPP 프레임은 아래와 같은 포맷으로 구성되어있다.

– Flag (1 Byte) : PPP 프레임의 시작 지점을 나타낸다. 항상 ‘01111110’으로 고정된다.
– Address (1 Byte) : HDLC에서 프레임 목적지 주소를 의미한다. 하지만 PPP는 두 장비간 연결이므로 의미 없는 필드다. 그래서 브로드캐스트 주소 ‘11111111’의 값으로 고정된다.
– Control (1 Byte) : HDLC에서 여러 제어 목적에 사용되나, PPP에서는 ‘00000011’으로 고정된다.
– Protocol (2 Byte) : 프레임 내 Information에 캡슐화된 데이터그램의 프로토콜을 식별한다. 아래에 좀 더 자세히 살펴보도록 하겠다.
– Information (가변) : 데이터 또는 제어 정보를 포함한다.
– Padding (가변) : PPP 프레임 크기를 맞추기 위해 더미 바이트를 추가할 수 있다.
– FCS (2 or 4 Byte) : 전송 중 에러로부터 프레임을 보호하기 위한 방법이다. CRC checksum과 비슷하다.
– Flag (1 Byte) : PPP 프레임의 끝 지점을 나타낸다. 항상 ‘01111110’으로 고정된다.

PPP Protocol 필드 값

PPP 프레임에서 Protocol 필드는 Information 필드에 캡슐화된 데이터그램의 프로토콜을 식별한다고 했다.

예를 들어, Information 필드에 데이터가 들어있다면, 이 Protocol 필드는 네트워크 계층 데이터그램 범위 내 값을 가리킬 것이다.
제어 정보가 들어있다면  PPP 프로토콜과 관련된 값을 가리킨다.
압축이나 암호화 같이 데이터를 수정한 프로토콜인 경우 데이터가 압축됐는지 암호화됐는지 나타내는 값을 포함한다.

PPP 표준은 첫 Protocol 1 Byte는 짝수, 두번째 Protocol 1 Byte는 홀수여야 한다.

이러한 Protocol 필드 값은 IANA에서 관리하며, 아래 사진을 참고하자. 이 밖의 자세한 프로토콜 필드 값은 IANA 참고.

PPP 필드 압축

Address and Control Field Compression
앞서 Address 필드와 Control 필드는 PPP에서 필요 없는 필드라고 했다. 따지고 보면, 2 Byte를 계속 낭비하는 꼴이 되는건데.. 다행히 이러한 낭비를 막을 수 있다. LCP를 통해 초기 링크 수립하는 단계에서 ACFC 기능을 사용하는 것이다. (사실 압축이 아니고 필드 자체를 버리는거다.)
Flag 값인 0x7E(2진수 01111110) 다음에 0xFF03(2진수 11111111 00000011)가 아니라면 Address 필드와 Control 필드가 압축됐다고 보면 된다.

Protocol Field Compression
Protocol 필드의 첫 1 Byte 가 0일 경우 첫 1 Byte는 보내지 않는다. 그래서 첫 1 Byte는 짝수, 두번째 1 Byte는 홀수가 들어가야 된다고 한 것이다.
프로토콜 필드 처음 시작 1 Byte가 홀수면 첫번째 1 Byte가 압축됐다고 인식하기 때문이다.

크게 5가지로 구분할 수 있다.

1. 링크 품질 모니터링, LQM
2. PPP 압축 프로토콜, CCP
3. PPP 암호화 프로토콜, ECP
4. PPP 다중링크 프로토콜, MP
5. PPP 대역폭 할당 프로토콜, BAP

1. Link Quality Monitoring ; LQM

링크 품질 모니터링.
PPP가 장비들이 링크의 품질을 분석할 수 있도록 하는 기능이다.
현재 LQM 중 LQR(Link Quality Reporting)만 사용할 수 있다.

• LQR 수립
  수립방법: LCP로 링크 수립하는 단계에서 기본 파라미터 값을 협상하는데 이때, LQR이 설정되어야 LQR을 수립할 수 있다.
  제공정보: ⑴송수신한 프레임 수  ⑵송수신한 모든 프레임의 옥텟 수  ⑶발생 에러 수  ⑷버린 프레임 수  ⑸생성된 LQR  수

2. Compression Control Protocol ; CCP

우리는 보통 직렬 링크에서 PPP를 사용한다. 직렬 링크의 성능을 향상시키는 방법은 데이터를 압축하는 것이다.

┌ CCP:  PPP 링크의 압축을 협상, 관리
└ PPP 압축 알고리즘:  실제 데이터 압축/해제를 수행하는 알고리즘

* CCP 옵션 값 (IANA 참고)

메세지는 총 3가지로 분류된다. 링크 설정, 링크 유지, 링크 종료의 각 단계에서 사용되는 메세지들이다. 링크 유지에서 사용되는 메세지는 압축 해제 중 오류 발생했을 경우 압축 기능을 초기화할 때 사용한다. CCP가 종료되더라도 LCP는 종료되지 않는다.

3. Encryption Control Protocol ; ECP

명심하자. PAP와 CHAP은 PPP 링크 수립을 위한 인증 암호화이므로 데이터 암호화(ECP)와 상관이 없다.

┌ ECP: PPP 링크에서 암호화 협상 시 사용
└ PPP 암호화 알고리즘: 실제 데이터 암호화 및 복호화하는 알고리즘

* ECP 옵션 값 (IANA 참고)

4. Multi-Link Protocol ; MP

다중 링크.. 말 그대로 여러 개의 링크를 하나의 논리적인 링크로 묶어 사용하는 것이다.

MP의 수립과 설정 과정 중 옵션에는 ‘다중링크 최대 수신 재구성 유닛’, ‘다중링크 짧은 순서번호 헤더 포맷’, ‘종단 식별자’가 있다.

5. Bandwidth Allocation Protocol ; BAP

다중링크는 여러 회선을 하나의 회선으로 묶어 대역폭의 크기가 커진다는 장점이 있지만, 항상 링크가 통합되어있어야 하는 것이 단점이다.
예를 들어, 1개의 회선만 사용해도 되는 상황에서는 비용을 낭비하게 되는데 이러한 단점을 보완해주는 프로토콜이다.

Bandwidth Allocation Protocol ; BAP

특정 링크를 추가하거나 제거하는 기능을 갖고 있다.

– BAP 운영: 콜 요청/응답 → 콜백 요청/응답 →콜상태 표시/응답 → 링크 제거 요청/응답
⑴ 콜: 링크 묶음에 링크 추가 후 새로운 링크 초기화를 원하는 장비가 상대 장비로 전송하는 메세지
⑵ 콜백: 상대 장비가 ‘새 링크를 추가할 것’이라는 요청을 자신에게 보내 달라는 메세지
⑶ 콜상태: 콜 요청이나 콜백 요청을 받은 뒤 링크 상태를 콜 상태 표시 메세지로 보낸다.
⑷ 링크 제거: 링크 제거

Bandwidth Allocation Control Protocol ; BACP

장비들이 BAP를 설정할 수 있도록 한다.
링크 설정 과정에서 BAP를 수립하는데 사용한다.

메세지: 설정 요청, 설정 승인/비승인, 설정 거부
설정옵션: Favored-Peer – 장비가 서로 동시에 동일한 요청을 보낼 경우를 대비해 문제가 발생하지 않도록 한다.

PPP는 장비가 기본 링크를 구성/협상할 때, 선택적 인증 프로토콜을 사용한다. ‘데이터 전송 간 사용되는 인증이 아니다! ‘라는 것을 명심하자.

PAP (Password Authentication Protocol)

인증 과정이 오직 2단계로 이루어진 간단한 인증 방법이다.

username과 password를 평문으로 보낸다. 이렇기 때문에 다양한 보안 공격에 대한 방어책이 미비하다. 예를 들면, 올바른 비밀번호를 찾을 때까지 계속 시도할 수 있는 것이다.

메세지 종류: 인증 요청, 인증 응답

CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol)

3 Way-Handshake를 이용해 인증하는 방법이다.

서버에서 챌린지 메세지(의미없는 평문)를 전송 → 클라이언트는 해당 챌린지를 자신의 비밀번호로 암호화하여 다시 서버로 전송 → 서버는 클라이언트와 동일한 방식으로 암호화하여 클라이언트 응답 메세지와 비교한다.

메세지 종류: 챌린지, 응답, 성공 or 실패

Link Control Protocol

PPP가 처음 링크 설정을 할 때, 사용하는 프로토콜이 바로 LCP 이다.
이름에 걸맞게 PPP의 초기 링크를 수립, 개방하고 종료하는 모든 단계에서 사용된다.

LCP에서 사용되는 프레임은 총 11가지이다.

┌─ 링크 설정: 설정요청 | 설정승인 | 설정비승인 | 설정거부
├─ 링크 유지: 코드거부 | 프로토콜거부| 에코요청 | 에코응답         
└─ 링크 종료: 종료요청 | 종료승인

1. 초기 링크 수립 단계 – 링크 설정

초기화 시도 장비(접속 시도 장비)는 여러 옵션을 포함한 설정요청 프레임을 만든다. 기본적으로 원하는 링크의 모습을 담은 희망사항과 비슷하다.

초기화 시 6개의 옵션을 설정할 수있다.
⑴ MRU ; Maximum Recieve Unit –  최대 Datagram 크기
⑵ Authentication Protocol –  인증 유형
⑶ Quality Protocol –  링크에서 품질 모니터링 유형(LQR만 가능)
⑷ Magic Number –  비정상 행위 탐지
⑸ Protocol Field Compression –  기본 16bit 대신 8bit를 사용할 것인지 선택한다. 데이터 압축 CCP와는 다르다.
⑹ Address and Control Field Compression –  A와 C 필드 압축

* 설정비승인과 설정거부?
설정비승인 패킷:  초기화 장비가 보낸 옵션들이 협상 가능하지만 옵션값을 받아 들일 수 없을 때.
설정거부 패킷: 초기화 장비가 보낸 옵션들을 인식할 수 없거나 협상할 여지가 없을 때.

2. 링크 개방 단계 – 링크 유지

링크 수립 단계에서 협상이 완료되면 링크 개방 상태가 된다. 이 상태에서도 링크를 관리하거나 디버깅을 하기 위해 LCP 프레임이 사용된다.

코드 거부, 프로토콜 거부 : 인식되지 않은 LCP 코드나 잘못된 프로토콜 식별자로 인해 유효하지 않은 LCP 프레임일 경우 해당 프레임을 사용한다.

에코 요청, 에코 응답, 버림 요청 : 링크 테스트 시 사용한다.

3. 링크 종료

종료 요청, 종료 승인 : 종료 요청을 하게 되면, 해당 요청을 거부할 수 없다.

Network Control Protocol

LCP는 기본적인 링크를 수립한다. (선택적) 인증이 완료되면 링크로 전송되는 각 3계층 프로토콜에 대응하는 NCP가 호출된다.

흡사 LCP 미니 버전이다. LCP처럼 NCP는 링크를 수립/유지/종료하는 기능을 수행한다. 단, 전체 LCP 링크 유형이 아니고 특정 NCP 링크만 제어한다.

NCP는 총 7개 프레임을 사용한다.

┌─ 링크 설정: 설정요청 | 설정승인 | 설정비승인 | 설정거부
├─ 링크 유지: 코드거부
└─ 링크 종료: 종료요청 | 종료승인

NCP의 동작 과정

LCP 수립 → IPCP 설정 → 데이터 송/수신 → IPCP 종료 → LCP 종료

IPCP ( Internet Protocol Control )

PPP가 수립되고 나서, 네트워크 계층 프로토콜 단계에서 IPCP가 호출되어 두 장비 간 NCP 링크를 수립한다.

– IP 압축 프로토콜: TCP와 IP 헤더를 줄여 대역폭을 절약한다. LCP의 Protocol Field Compression이나 Address and Control Field Compression과 유사하다.

– IP주소: 설정 요청 메세지를 송신하는 장비가 PPP 링크에서 사용할 IP 주소를 지정하거나 상대방 IP 주소를 요청한다.

The Point-to-Point Protocol

앞서 포스팅했던 SLIP의 단점을 보완하고자 나온 프로토콜이다.
이름에서부터 1대1 통신할 때에 쓰일 것 같다는 냄새를 풍긴다.

PPP는 IP뿐만 아니라 다른 네트워크 계층 프로토콜을 전송하는 것도 지원하기 위해 완전한 2계층 연결 기능을 갖춘 프로토콜로 개발했다.
IETF에서 PPP를 만들 때, 새로운 아키텍처로 정의해서 만드는 대신 HDLC를 토대로 만들기로 결정했다고 한다.
(첫 공식 문서는 RFC1134, 첫 표준 문서는 RFC1171이다.)

┌─ PPP의 특징
├─ PPP의 장점
├─ PPP의 주요 구성 요소 ┬ PPP캡슐화
│                                      ├ LCP; Link Control Protocol
│                                      └ NCP; Network Control Protocol
├─ PPP 기능 그룹 ┬ LCP 지원 프로토콜
│                           └ LCP 선택적 기능 프로토콜
└─ PPP 동작 방식

[PPP의 특징]

– 연결형 프로토콜

– 동기식/비동기식 회선 지원

– Half-Duplex / Full-Duplex 지원

* Half-Duplex (반이중 전송방식): 양쪽 방향으로 송수신이 가능하지만, 한 번에 하나의 전송만 이루어진다.
* Full-Duplex (전이중 전송방식): 양쪽 방향으로 동시에 송수신이 가능하다.

[PPP의 장점]

어떻게 보면 SLIP의 단점이 곧 PPP의 장점이라고 볼 수 있다.

SLIP에서 사용되던 단일 END 문자 방식보다 포괄적인 프레이밍 방식을 사용하고, CRC 코드를 통해 각 프레임의 에러를 탐지할 수 있다.

통신 과정 수립 전  인증을 설정할 수도 있고, 데이터를 압축하거나 암호화 할 수도 있다.

[PPP의 주요 구성 요소]

PPP의 주요 구성으로 크게 3 요소가 있다.

• PPP 캡슐화 방법
  PPP의 주작업은 상위 계층의 메세지를 받아서 하위 계층(물리계층)으로 전송하는 것인데, 이 때 캡술화를 한다.  이러한 캡슐화를 위해 (HDLC에 기반된) 특수 프레임 포맷을 정의한다.

• LCP
  Link Control Protocol의 약자.
  LCP는 장비 간 링크 수립, 유지, 종료를 책임진다.

• NCP
  Network Control Protocol의 약자.
  LCP에서 링크 수립을 완료하면  NCP로 제어가 넘어간다. 이 때, PPP 링크를 통해 전달되는 3계층 프로토콜에 해당하는 NCP이다. 우리가 일반적으로 생각하는 3계층 프로토콜과는 독립적인 프로토콜이다.

[PPP 기능 그룹]

• LCP 지원 프로토콜
  링크 협상 단계 과정에서 관리 및 옵션을 설정한다.
  예를 들어, 선택적 인증과정에 CHAP, PAP를 줄 중 하나 설정하는 것이다.

• LCP 선택적 기능 프로토콜
  링크 수립 후 Datagram이 장비 간 전송될 때, 동작을 향상시키는 역할을 한다. 데이터를 압축하는 CCP,데이터를 암호화하는 ECP, 여러 물리링크를 하나의 링크로 동작하게 하는 MP가 있다.

[PPP 동작 방식]

링크 수립 및 구성 → 링크 동작 → 링크 종료