Как установить PPP-соединение при использовании GSM-модулей Neoway и внешнего стека протоколов?

Вопрос:

Как установить PPP-соединение при использовании GSM-модулей Neoway и внешнего стека протоколов?

Ответ:

Хотя GSM-модули Neoway имеют встроенный стек TCP/IP, иногда разработчики предпочитают использовать внешний стек протоколов, реализованный на микроконтроллере. Рассмотрим особенности установления PPP-соединения на примере обмена пакетами между GSM-модулем Neoway и MCU на различных этапах установления соединения (LCP, Authentication, NCP).

После ввода AT-команды ATD*99***1# ответ вида CONNECT 473600 свидетельствует о готовности GSM-модуля к началу обмена PPP-пакетами.

Отметим, что оригинальные сообщения в данных примерах содержат дополнительные экранирующие символы, наличие или отсутствие которых в пакетах PPP зависит от соответствующей опции LCP. Для упрощения восприятия приведенные примеры очищены от экранирующих символов, что является распространенной практикой при анализе PPP-пакетов.

1. PPP Link Control Protocol (LCP)

Фаза LCP служит для конфигурирования параметров соединения: максимального размера принимаемого пакета (Maximum-Receive-Unit, MRU), используемого протокола аутентификации, наличия или отсутствия сжатия полей заголовков PPP-пакетов и некоторых других.
Пакет LCP содержит следующие поля:

Поле Code определяет тип сообщения, наиболее часто используемые типы:
01 - Configure-Request – запрос опций
02 - Configure-Ack – подтверждение запроса
03 - Configure-Nak – отклонение запроса с предложением собственных опций
04 - Configure-Reject – отклонение запроса с перечислением неприемлемых опций

Другие допустимые типы сообщений LCP можно найти в документах [3] и [4].

Поле Identifier содержит идентификатор сообщения, служащий для связывания между собой запроса и ответа.

Поле Length определяет длину LCP-пакета, включая поля Code, Identifier, Length и Data. Значение поля Length не должно превышать величину MRU.

Поле Data содержит данные, формат которых определяется полем Code.
C более подробным описанием полей пакетов LCP можно ознакомиться в [3].

В случае использования GSM-модулей Neoway на этапе LCP необходимо согласовывать параметры (опции) соединения для каждого из двух направлений передачи в отдельности. Рассмотрим конкретный пример обмена данными в фазе LCP между GSM-модулем Neoway и управляющим микроконтроллером (MCU).

1.1    GSM-модуль Neoway запрашивает опции соединения:

7E FF 03 C0 21 01 01 00 12 02 06 00 0A 00 00 03 04 C0 23 07 02 08 02 55 83 7E 
         
C0 21 - протокол LCP
01 – запрос (Configure-Request)
01 – идентификатор сообщения
00 12 – длина пакета LCP
02 06 00 0A 00 00 - Async-Control-Character-Map
03 04 C0 23 – протокол аутентификации PAP
07 02 – компрессия поля протокола (Protocol-Field-Compression)
08 02 – компрессия полей адреса и управления (Address-and-Control-Field-Compression)
55 83 – контрольная сумма

1.2 MCU параллельно запрашивает опции соединения для обратного направления (в данном случае опции по умолчанию):

7E FF 03 C0 21 01 02 00 04 B5 5A 7E
 
C0 21 - протокол LCP
01 – запрос (Configure-Request)
02 – идентификатор сообщения
00 04 - длина пакета LCP (поле данных LCP отсутствует, опции по умолчанию)
B5 5A – контрольная сумма

1.3    GSM-модуль Neoway подтверждает запрошенные MCU опции соединения:

7E FF 03 C0 21 02 02 00 04 78 7F 7E
 
C0 21 - протокол LCP
02 – подтверждение запроса (Configure-Ack)
02 – идентификатор сообщения
00 04 - длина пакета LCP (поле данных LCP отсутствует, опции по умолчанию)
78 7F – контрольная сумма

1.4 MCU отклоняет запрос модуля с идентификатором 01 и указывает неприемлемые опции:

7E FF 03 C0 21 04 01 00 0E 02 06 00 0A 00 00 07 02 08 02 74 50 7E                                   

C0 21 - протокол LCP
04 – отклонение запроса с перечислением неприемлемых опций (Configure-Reject)
01 – идентификатор сообщения
00 0E - длина пакета LCP
02 06 00 0A 00 00 - Async-Control-Character-Map
07 02 – компрессия поля протокола (Protocol-Field-Compression)
08 02 – компрессия полей адреса и управления (Address-and-Control-Field-Compression)
74 50 – контрольная сумма

1.5 GSM-модуль Neoway посылает новый запрос с учетом отклоненных опций:
7E FF 03 C0 21 01 02 00 08 03 04 C0 23 23 EB 7E                             
C0 21 - протокол LCP
01 – запрос (Configure-Request)
02 – идентификатор сообщения
00 08 – длина пакета LCP
03 04 C0 23 – протокол аутентификации PAP
23 EB – контрольная сумма пакета

1.6 MCU подтверждает принятый от GSM-модуля запрос:
7E FF 03 C0 21 02 02 00 08 03 04 C0 23 F3 61 7E
C0 21 - протокол LCP
02 – подтверждение запроса (Configure-Ack)
02 – идентификатор сообщения
00 08 - длина пакета LCP
03 04 C0 23 – протокол аутентификации PAP
F3 61 – контрольная сумма

После согласования опций соединения в обоих направлениях фаза LCP считается завершенной, можно переходить к следующему этапу - аутентификации.

2.  PPP Authentication

Рассмотрим обмен пакетами между MCU и GSM-модулем на примере использования в фазе аутентификации протокола Password Authentication Protocol (PAP). Формат пакета PAP аналогичен формату пакетов LCP, поле Code может содержать следующие значения:

01 - Authenticate-Request – запрос аутентификации
02 - Authenticate-Ack – подтверждение аутентификации
03 - Authenticate-Nak – отклонение запроса аутентификации

В данном конкретном примере при аутентификации используется имя пользователя avan и пароль - avan.

2.1 MCU отправляет запрос аутентификации PAP:
7E FF 03 C0 23 01 01 00 0C 04 61 76 61 6E 04 61 76 61 6E 17 08 7E                                                         
C0 23 - протокол PAP
01 – запрос (Authenticate-Request)
01 – идентификатор сообщения
00 0C – длина пакета PAP
04 61 76 61 6E 04 61 76 61 6E – пользователь – avan, пароль - avan
17 08 – контрольная сумма


2.2 GSM-модуль подтверждает принятый запрос:
7E FF 03 C0 23 02 01 00 05 00 8B 3B 7E
C0 23 - протокол PAP
02 – подтверждение запроса (Authenticate-Ack)
01 – идентификатор сообщения
00 05 - длина пакета PAP
00 – поле данных имеет нулевую длину
8B 3B – контрольная сумма


3. PPP Network Control Protocol (NCP)

Наиболее часто используемым в фазе NCP протоколом является Internet Protocol Control Protocol (IPCP). Формат пакета IPCP аналогичен формату пакета LCP. Рассмотрим конкретный пример обмена пакетами IPCP между MCU и GSM-модулем Neoway.

3.1 После завершения фазы аутентификации GSM-модуль Neoway отправляет запрос IPCP нулевой длины:
7E FF 03 80 21 01 01 00 04 00 B7 7E                
80 21 - протокол IPCP
01 – запрос (Configure-Request)
01 – идентификатор сообщения
00 04 - длина пакета IPCP (поле данных IPCP отсутствует)
00 B7 – контрольная сумма

3.2 MCU отправляет модулю свой запрос IPCP, содержащий IP-адрес 0.0.0.0:
7E FF 03 80 21 01 05 00 0A 03 06 00 00 00 00 F6 17 7E
80 21 - протокол IPCP
01 – запрос (Configure-Request)
05 – идентификатор сообщения
00 0A - длина пакета IPCP
03 06 00 00 00 00 – нулевой IP-адрес
00 B7 – контрольная сумма

3.3 MCU также отправляет подтверждение запроса, принятого от GSM-модуля Neoway:
7E FF 03 80 21 02 01 00 04 CD 92 7E   
80 21 - протокол IPCP
02 – подтверждение запроса (Configure-Ack)
01 – идентификатор сообщения
00 04 - длина пакета IPCP (поле данных IPCP отсутствует)
CD 92 – контрольная сумма

3.4 GSM-модуль отклоняет запрос, принятый от MCU, предлагая другой IP-адрес:

7E FF 03 80 21 03 05 00 0A 03 06 64 6A BB AF BC 51 7E

80 21 – протокол IPCP
03 – отклонение запроса и предложение собственных опций (Configure-Nak)
05 – идентификатор сообщения
00 0A – длина пакета IPCP
03 06 64 6A BB AF – IP-адрес 100.106.187.175
BC 51 – контрольная сумма

3.5 MCU формирует новый запрос, содержащий IP-адрес, предложенный модулем:

7E FF 03 80 21 01 06 00 0A 03 06 64 6A BB AF F5 DF 7E

80 21 – протокол IPCP
01 – запрос (Configure-Request)
06 – идентификатор сообщения
00 0A – длина пакета IPCP
03 06 64 6A BB AF – IP-адрес 100.106.187.175
F5 DF – контрольная сумма

3.6 GSM-модуля Neoway подтверждает принятый запрос:

7E FF 03 80 21 02 06 00 0A 03 06 64 6A BB AF 9C AB 7E

80 21 – протокол IPCP
02 – подтверждение запроса (Configure-Ack)
06 – идентификатор сообщения
00 0A – длина пакета IPCP
03 06 64 6A BB AF – IP-адрес 100.106.187.175
9C AB – контрольная сумма

После получения управляющим устройством подтверждения, содержащего IP-адрес, соединение PPP считается установленным.

Используемая литература:

1. Neoway_M660_AT_Command_Set

2. Neoway_M6xx_module_user_guide_for_TCP_setup

3. RFC 1661 - The Point-to-Point Protocol (PPP)

4. RFC 1700 – Assigned Numbers

5. RFC 1332 - The PPP Internet Protocol Control Protocol (IPCP)

6. RFC 1334 – PPP Authentication Protocols

7. RFC 1662 - PPP in HDLC-like Framing

Андрей Анисимов

avan@efo.ru