PPPoE協(xié)議在寬帶接入網(wǎng)中的應(yīng)用

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，寬帶用戶(hù)呈爆炸式的增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商在采用xDSL，LAN，HFC，無(wú)線(xiàn)等多種接入方式的同時(shí)，為了構(gòu)建一個(gè)可運(yùn)營(yíng)、可管理、可盈利的寬帶網(wǎng)絡(luò)，十分關(guān)心如何有效地完成用戶(hù)的管理，PPPoE就是隨之出現(xiàn)的多種認(rèn)證技術(shù)中的一種。

1 PPPoE協(xié)議概述

1.1PPPoE的工作原理

PPPoE（PPP over Ethernet）是在以太網(wǎng)上建立PPP連接，由于以太網(wǎng)技術(shù)十分成熟且使用廣泛，而PPP協(xié)議在傳統(tǒng)的撥號(hào)上網(wǎng)應(yīng)用中顯示出良好的可擴(kuò)展性和優(yōu)質(zhì)的管理控制機(jī)制，二者結(jié)合而成的PPPoE協(xié)議得到了寬帶接入運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)可并廣為采用。

PPPoE建立過(guò)程可以分為Discovery階段和PPP會(huì)話(huà)階段。Discovery階段是一個(gè)無(wú)狀態(tài)的階段，該階段主要是選擇接入服務(wù)器，確定所要建立的PPP會(huì)話(huà)標(biāo)識(shí)符Session ID，同時(shí)獲得對(duì)方點(diǎn)到點(diǎn)的連接信息；PPP會(huì)話(huà)階段執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的PPP過(guò)程。

一個(gè)典型的Discovery階段包括以下4個(gè)步驟：

(1)主機(jī)首先主動(dòng)發(fā)送廣播包PADI尋找接入服務(wù)器，PADI必須至少包含一個(gè)服務(wù)名稱(chēng)類(lèi)型的TAG，以表明主機(jī)所要求提供的服務(wù)。

(2)接入服務(wù)器收到包后如果可以提供主機(jī)要求

0 1 2 3 4 5 6 78 9 0 1 2 3 4 56 7 8 9 0 1 2 34 5 6 7 8 9 0 1

以太網(wǎng)類(lèi)=0x8863/8864版本（Ver）類(lèi)型(Type)編碼（CODE）

會(huì)話(huà)ID（Session ID）長(zhǎng)度（Length）

凈荷(Payload)

(3)主機(jī)在回應(yīng)PADO的接入服務(wù)器中選擇一個(gè)合適的，并發(fā)送PADR告知接入服務(wù)器，PADR中必須聲明向接入服務(wù)器請(qǐng)求的服務(wù)種類(lèi)。

(4)接入服務(wù)器收到PADR包后開(kāi)始為用戶(hù)分配一個(gè)唯一的會(huì)話(huà)標(biāo)識(shí)符Session ID，啟動(dòng)PPP狀態(tài)機(jī)以準(zhǔn)備開(kāi)始PPP會(huì)話(huà)，并發(fā)送一個(gè)會(huì)話(huà)確認(rèn)包PADS。

主機(jī)收到PADS后，雙方進(jìn)入PPP會(huì)話(huà)階段。在會(huì)話(huà)階段，PPPoE的以太網(wǎng)類(lèi)域設(shè)置為0x8864，CODE為0x00，Session ID必須是Discovery階段所分配的值。

PPP會(huì)話(huà)階段主要是LCP、認(rèn)證、NCP 3個(gè)協(xié)議的協(xié)商過(guò)程，LCP階段主要完成建立、配置和檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈路連接，認(rèn)證協(xié)議類(lèi)型由LCP協(xié)商（CHAP或者PAP），NCP是一個(gè)協(xié)議族，用于配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，常用的是IP控制協(xié)議（IPCP），它負(fù)責(zé)配置用戶(hù)的IP和DNS等工作。

PADT包是會(huì)話(huà)中止包，它可以由會(huì)話(huà)雙方的任意一方發(fā)起，但必須是會(huì)話(huà)建立之后才有效。

1.2PPPoE的特點(diǎn)

PPPoE不僅有以太網(wǎng)的快速簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，同時(shí)還有PPP的強(qiáng)大功能，任何能被PPP封裝的協(xié)議都可以通過(guò)PPPoE傳輸，此外還有如下特點(diǎn)：

（1)PPPoE很容易檢查到用戶(hù)下線(xiàn)，可通過(guò)一個(gè)PPP會(huì)話(huà)的建立和釋放對(duì)用戶(hù)進(jìn)行基于時(shí)長(zhǎng)或流量的統(tǒng)計(jì)，計(jì)費(fèi)方式靈活方便。

（2)PPPoE可以提供動(dòng)態(tài)IP地址分配方式，用戶(hù)無(wú)需任何配置，網(wǎng)管維護(hù)簡(jiǎn)單，無(wú)需添加設(shè)備就可解決IP地址短缺問(wèn)題，同時(shí)根據(jù)分配的IP地址，可以很好地定位用戶(hù)在本網(wǎng)內(nèi)的活動(dòng)。

（3)用戶(hù)通過(guò)免費(fèi)的PPPoE客戶(hù)端軟件（如EnterNet），輸入用戶(hù)名和密碼就可以上網(wǎng)，跟傳統(tǒng)的撥號(hào)上網(wǎng)差不多，最大程度地延續(xù)了用戶(hù)的習(xí)慣，從運(yùn)營(yíng)商的角度來(lái)看，PPPoE對(duì)其現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變更也很小。

DSLAM是ADSL匯聚設(shè)備，其內(nèi)核采用ATM或IP但上聯(lián)口為以太網(wǎng)口，BAS是局端實(shí)現(xiàn)PPPoE功能的接入服務(wù)器，它終結(jié)由用戶(hù)側(cè)發(fā)起的PPPoE進(jìn)程。下行的以太幀從IP城域網(wǎng)經(jīng)路由器送到BAS，被加上PPPoE的頭后送到DSLAM封裝成AAL5幀，經(jīng)過(guò)交叉模塊發(fā)送到ADSL Modem，由其完成AAL5幀重組并解出以太幀發(fā)送到客戶(hù)端，客戶(hù)端從PPPoE包中取出IP數(shù)據(jù)包。

上行的PPPoE包在ADSL Modem中封裝成AAL5幀，由ATM信元傳輸?shù)骄侄说腄SLAM，DSLAM負(fù)責(zé)終結(jié)ATM，重新組合出PPPoE包，并通過(guò)設(shè)好的PVC（永久虛電路）傳送到BAS處理。

從上面可以看出，PPPoE將PPP承載到以太網(wǎng)之上，實(shí)質(zhì)是在共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)上提供一條邏輯上的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，對(duì)用戶(hù)而言，在DSLAM和ADSL Modem之間的ATM傳輸是透明的，如果將中間的DSLAM和ADSL Modem換成有線(xiàn)電視的接入設(shè)備,就是典型的HFC接入，BAS對(duì)PPPoE包的處理方式不變。
 
2 PPPoE在BAS上的實(shí)現(xiàn)

PPPoE撥號(hào)軟件在應(yīng)用中已經(jīng)很成熟（Windows XP中自帶），下面重點(diǎn)討論P(yáng)PPoE在接入服務(wù)器BAS中的實(shí)現(xiàn)方式。

2.1PPPoE的效率

從PPPoE協(xié)議模型可以看出，BAS匯聚了用戶(hù)的所有數(shù)據(jù)流，它必須將每一個(gè)PPPoE包都拆開(kāi)檢查處理，這在很大程度上是沿襲了傳統(tǒng)的PPP處理的方式，雖然有很好的安全性，但一旦用戶(hù)很多，數(shù)據(jù)包數(shù)量很大，解封裝速度就需要很快，BAS很大的精力花在檢測(cè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)包上，容易形成接入的“瓶頸”。

為此，在BAS的硬件結(jié)構(gòu)上可以采用分布式網(wǎng)絡(luò)處理器（NP）和ASIC芯片設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)處理器是專(zhuān)門(mén)針對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用處理器，它有一套專(zhuān)門(mén)的指令集，用于處理電信網(wǎng)絡(luò)的各種協(xié)議和業(yè)務(wù)，可以大大提高設(shè)備的處理能力。同時(shí)，ASIC芯片轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)接近硬件的轉(zhuǎn)發(fā)性能，遠(yuǎn)非CPU軟件方式可比，采用這種方式將PPPoE數(shù)據(jù)流的處理與轉(zhuǎn)發(fā)分開(kāi)，工作效率大大提高。此外在軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上還應(yīng)該與其他技術(shù)相結(jié)合，更好地發(fā)揮PPPoE的性能。

2.2PPPoE與VLAN的結(jié)合

VLAN即虛擬局域網(wǎng)，是一種通過(guò)將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地劃分成一個(gè)個(gè)不同的網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的技術(shù)。劃分VLAN的目的，一是提高網(wǎng)絡(luò)安全性，不同VLAN的數(shù)據(jù)不能自由交流，需要接受第三層的檢驗(yàn)；二是隔離廣播信息，劃分VLAN后，廣播域縮小，有利于改善網(wǎng)絡(luò)性能，能夠?qū)�廣播風(fēng)暴控制在一個(gè)VLAN內(nèi)部。

PPPoE是一個(gè)客戶(hù)端/服務(wù)器協(xié)議，客戶(hù)端需要發(fā)送PADI包尋找BAS，因此它必須同BAS在同一個(gè)廣播式的二層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，與VLAN的結(jié)合很好地解決了這方面的安全隱患。此外通過(guò)將不同業(yè)務(wù)類(lèi)型的用戶(hù)分配到不同的VLAN處理，可以靈活地開(kāi)展業(yè)務(wù)，加快處理流程，當(dāng)然VLAN的規(guī)劃必須在二層設(shè)備和BAS之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

BAS收到上行的PPPoE包后，首先判別VLAN ID的所屬類(lèi)別，如果是普通的撥號(hào)用戶(hù)，則確定是Discovery階段還是會(huì)話(huà)階段的數(shù)據(jù)包，并嚴(yán)格按照PPPoE協(xié)議處理。在會(huì)話(huà)階段，根據(jù)不同的用戶(hù)類(lèi)型從不同的地址池中向用戶(hù)分配IP地址，地址池由上層網(wǎng)管配置。如果是已經(jīng)通過(guò)認(rèn)證的用戶(hù)的數(shù)據(jù)包，則根據(jù)該用戶(hù)的服務(wù)類(lèi)型處理，比如，如果是本地認(rèn)證的撥號(hào)用戶(hù)，且對(duì)方也申請(qǐng)有同樣的功能，則直接由本地轉(zhuǎn)發(fā)。

如果是專(zhuān)線(xiàn)用戶(hù)，則不用經(jīng)過(guò)PPPoE復(fù)雜的認(rèn)證過(guò)程，直接根據(jù)用戶(hù)的VLAN ID便可進(jìn)入專(zhuān)線(xiàn)用戶(hù)處理流程，接入速度大大提高。此外為了統(tǒng)一網(wǎng)管，在BAS與其他設(shè)備之間需要通信，這些數(shù)據(jù)包是內(nèi)部數(shù)據(jù)包，也可根據(jù)VLAN ID來(lái)辨別。

對(duì)于下行數(shù)據(jù)，由于BAS負(fù)責(zé)分配和解析用戶(hù)的IP，兼有網(wǎng)關(guān)的功能，它收到數(shù)據(jù)包的目的IP是用戶(hù)的，因此以IP為索引查找用戶(hù)的信息比根據(jù)MAC要方便得多，這一點(diǎn)與普通的交換機(jī)有所不同，具體過(guò)程跟上行處理差不多。

2.3PPPoE對(duì)多業(yè)務(wù)選擇的支持

多業(yè)務(wù)選擇指的是用戶(hù)通過(guò)一條終結(jié)到BAS的PPP連接來(lái)自主地選擇后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商所提供的多種業(yè)務(wù)。之所以要支持多業(yè)務(wù)的選擇，一方面是因?yàn)楦鞣N業(yè)務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上的側(cè)重點(diǎn)是不同的，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的要求也不盡相同，以前采取的固定分配的方式非常不便；另一方面，從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展看，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)供應(yīng)商ICP與網(wǎng)絡(luò)接入商ISP的分離是必然趨勢(shì)，在接入?yún)R聚側(cè)，ISP必須嚴(yán)格保證將用戶(hù)選擇的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的ICP中去。

目前采用的方法是用戶(hù)先在PPPoE撥號(hào)軟件中選擇相應(yīng)的業(yè)務(wù)，然后對(duì)用戶(hù)進(jìn)行業(yè)務(wù)授權(quán)確認(rèn)，最后激活BAS內(nèi)部相應(yīng)的處理模塊。但是采用這種方式，用戶(hù)只能知道業(yè)務(wù)的名字，無(wú)法直觀地、全面地獲知BAS提供的各種業(yè)務(wù)類(lèi)型，特別是在新業(yè)務(wù)的開(kāi)展上十分困難，有很大的局限性。

因此可以將BAS與后臺(tái)業(yè)務(wù)選擇網(wǎng)關(guān)及RADIUS服務(wù)器相配合，采取先認(rèn)證后選擇業(yè)務(wù)的方式，具體操作如下：

(1)主機(jī)發(fā)送PADI尋找BAS，PADI中包含一個(gè)服務(wù)名類(lèi)型的TAG，它的值為空，表示該用戶(hù)可以接受任何類(lèi)型的服務(wù)。

(2)BAS收到包后回送PADO，PADO中包含所有可以提供的服務(wù)的TAG，同時(shí)，還包含一個(gè)服務(wù)名為General的TAG。

(3)主機(jī)發(fā)送PADR。用戶(hù)選擇已知的服務(wù)名，也可以選擇General服務(wù)。

(4)BAS收到PADR包后為用戶(hù)分配資源，并開(kāi)始PPP協(xié)商過(guò)程。在PPP過(guò)程中，BAS將用戶(hù)輸入的賬號(hào)和密碼等信息送到RADIUS服務(wù)器上認(rèn)證。

(5)通過(guò)認(rèn)證的用戶(hù)，享受BAS提供的該項(xiàng)服務(wù)，但如果選擇的是General，則被強(qiáng)制訪(fǎng)問(wèn)與BAS直連的服務(wù)選擇網(wǎng)關(guān)。后臺(tái)的服務(wù)選擇網(wǎng)關(guān)是一臺(tái)具有Web Server功能的服務(wù)器，用戶(hù)可以通過(guò)Web的交互式界面得到可選擇業(yè)務(wù)的相關(guān)信息（包括費(fèi)用、帶寬等），同時(shí)顯示該用戶(hù)賬號(hào)對(duì)應(yīng)的信息。

(6)用戶(hù)選擇相應(yīng)的業(yè)務(wù)，同時(shí)服務(wù)選擇網(wǎng)關(guān)會(huì)定義各種用戶(hù)的業(yè)務(wù)范圍和操作權(quán)限。

(7)服務(wù)選擇網(wǎng)關(guān)激活接入服務(wù)器內(nèi)部相應(yīng)的業(yè)務(wù)模型實(shí)現(xiàn)該業(yè)務(wù)。以上方式是嚴(yán)格按照PPPoE協(xié)議執(zhí)行的，與當(dāng)前流行的撥號(hào)軟件完全兼容，如果用戶(hù)對(duì)其他的業(yè)務(wù)根本不感興趣而對(duì)已申請(qǐng)的業(yè)務(wù)非常熟悉，也不影響用戶(hù)的習(xí)慣。

從BAS的角度考慮，PPPoE的操作流程也沒(méi)有什么改變，只是多添了一種服務(wù)類(lèi)型而已。如果運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前沒(méi)有服務(wù)選擇網(wǎng)關(guān)，可以通過(guò)網(wǎng)管配置，在對(duì)PADI包的回應(yīng)時(shí)不包含General服務(wù)就可以了。

對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，采用以上方式不僅大大提高了接入用戶(hù)操作的透明度，還可以起到業(yè)務(wù)門(mén)戶(hù)的作用，為下一步的服務(wù)擴(kuò)展提供空間，而且從寬帶接入網(wǎng)以后發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，按需分配與業(yè)務(wù)類(lèi)型相應(yīng)的帶寬和QoS是必然的。