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PPPoE技術白皮書
關鍵詞：PPP，Ethernet，PPPoE
摘 要：PPPoE是一種通過一個遠端接入設備為以太網上的主機提供接入服務，並可以對接入的每個主機實現控製和計費的技術。本文介紹了PPPoE的產生背景、技術優點、工作過程和典型組網應用。
縮略語：
縮略語 | 英文全名 | 中文解釋 |
ADSL | Asymmetric Digital Subscriber Line | 非對稱數字用戶線 |
DSLAM | Digital Subscriber Line Access Multiplexer | 數字用戶線接入複用器 |
PPP | Point to Point Protocol | 點對點協議 |
PPPoE | PPP Over Ethernet | 在以太網上承載PPP協議 |
PADI | PPPoE Active Discovery Initiation | PPPoE活動發現發起報文 |
PADO | PPPoE Active Discovery Offer | PPPoE活動發現提供報文 |
PADR | PPPoE Active Discovery Request | PPPoE活動發現請求報文 |
PADS | PPPoE Active Discovery Session-confirmation | PPPoE活動發現會話報文 |
PADT | PPPoE Active Discovery Terminate | PPPoE活動發現終結報文 |
人們想通過相同的接入設備來連接到遠程站點上的多個主機，同時接入設備能夠提供與撥號上網類似的訪問控製和計費功能。在眾多的接入技術中，把多個主機連接到接入設備的最經濟的方法就是以太網，而PPP協議可以提供良好的訪問控製和計費功能，於是產生了在以太網上傳輸PPP的方法，即PPPoE。
PPPoE協議的提出解決了用戶上網收費等實際應用問題，得到了寬帶接入運營商的認可並廣為采用。
l 沿襲傳統的撥號上網方式，依舊使用他們熟悉的硬件以及類似的軟件進行Internet的接入。
l 兼容現有的所有xDSL Modem，不需要對客戶端的xDSL Modem進行複雜的配置。
l 使用以太網網卡連接PC和xDSL Modem，允許多台PC同時共享xDSL線路，可以節約用戶投資。
對於運營商來說，PPPoE的優點如下：
l 運營商可以通過數字用戶線、電纜調製解調器或無線連接等方式提供支持多用戶的寬帶接入服務。
l 運營商可以利用可靠和熟悉的技術來加速部署高速互聯網業務，對現有網絡部署影響小。
l 運營商可以通過訪問控製功能對用戶的身份進行確認，通過計費功能對用戶進行計費，同時對用戶的網絡行為進行監控，保證了網絡安全。
l 終端用戶可同時接入多個運營商，這種動態服務選擇的功能可以使運營商容易創建和提供新的業務。
PPPoE使用Client/Server模型，PPPoE的客戶端為PPPoE Client，PPPoE的服務器端為PPPoE Server。PPPoE Client向PPPoE Server發起連接請求，兩者之間會話協商通過後，PPPoE Server向PPPoE Client提供接入控製、認證等功能。
根據PPP會話的起止點所在位置的不同，有兩種組網結構：
l 第一種方式在設備之間建立PPP會話，所有主機通過同一個PPP會話傳送數據，主機上不用安裝PPPoE客戶端撥號軟件，一般是一個企業（公司）共用一個賬號（圖中PPPoE Client位於企業/公司內部，PPPoE Server是運營商的設備）。
圖1 PPPoE組網結構圖1
l 第二種部署方式，PPP會話建立在Host和運營商的路由器之間，為每一個Host建立一個PPP會話，每個Host都是PPPoE Client，每個Host一個帳號，方便運營商對用戶進行計費和控製。Host上必須安裝PPPoE客戶端撥號軟件。
圖2 PPPoE組網結構圖2
PPPoE報文的格式就是在以太網幀中攜帶PPP報文，如圖3所示。
各個字段解釋如下：
l Destination_address域：一個以太網單播目的地址或者以太網廣播地址（0xffffffff）。對於Discovery數據包來說，該域的值是單播或者廣播地址，PPPoE Client尋找PPPoE Server的過程使用廣播地址，確認PPPoE Server後使用單播地址。對於Session階段來說，該域必須是Discovery階段已確定的通信對方的單播地址。
l Source_address域：源設備的以太網MAC地址。
l Ether_type：設置為0x8863（Discovery階段或拆鏈階段）或者0x8864（Session階段）。
l Ver域：4bits，PPPoE版本號，值為0x1。
l Type域：4bits，PPPoE類型，值為0x1。
l Code域：8bits，PPPoE報文類型。Code域為0x00，表示會話數據。Code域為0x09，表示PADI報文；Code域為0x07，表示PADO或PADT報文；Code域為0x19，表示PADR報文；Code域為0x65，表示PADS報文。報文的具體情況請參見附錄部分。
l Session_ID域：16bits，對於一個給定的PPP會話，該值是一個固定值，並且與以太網Source_address和Destination_address一起實際地定義了一個PPP會話。值0xffff為將來的使用保留，不允許使用。
l Length域：16bits，定義PPPoE的Payload域長度。不包括以太網頭部和PPPoE頭部的長度。
PPPoE的協商過程如圖4所示：
圖4 PPPoE協商過程
PPPoE可分為三個階段，即Discovery階段、Session階段和Terminate階段。
Discovery階段由四個過程組成。完成之後通信雙方都會知道PPPoE的Session_ID 以及對方以太網地址，它們共同確定了唯一的PPPoE Session。
(1) PPPoE Client廣播發送一個PADI報文，在此報文中包含PPPoE Client想要得到的服務類型信息。
(2) 所有的PPPoE Server收到PADI報文之後，將其中請求的服務與自己能夠提供的服務進行比較，如果可以提供，則單播回複一個PADO報文。
(3) 根據網絡的拓撲結構，PPPoE Client可能收到多個PPPoE Server發送的PADO報文，PPPoE Client選擇最先收到的PADO報文對應的PPPoE Server做為自己的PPPoE Server，並單播發送一個PADR報文。
(4) PPPoE Server產生一個唯一的會話ID（SESSION ID），標識和PPPoE Client的這個會話，通過發送一個PADS報文把會話ID發送給PPPoE Client，如果沒有錯誤，會話建立後便進入PPPoE Session階段。
PPPoE Discovery階段的工作為PPPoE Client和PPPoE之間建立了Session，之後PPPoE便進入了Session階段，Session階段可劃分為兩部分，一是PPP協商階段，二是PPP報文傳輸階段。
PPPoE Session上的PPP協商和普通的PPP協商方式一致，分為LCP、認證、NCP三個階段。
(1) LCP階段主要完成建立、配置和檢測數據鏈路連接。
(2) LCP協商成功後，開始進行認證工作，認證協議類型由LCP協商結果（CHAP或者PAP）決定。
(3) 認證成功後，PPP進入NCP階段，NCP是一個協議族，用於配置不同的網絡層協議，常用的是IP控製協議（IPCP），它負責配置用戶的IP和DNS等工作。
PPPoE Session的PPP協商成功後，其上就可以承載PPP數據報文。
在PPPoE Session階段所有的以太網數據包都是單播發送的。
PPP通信雙方應該使用PPP協議自身（比如PPP終結報文）來結束PPPoE會話，但在無法使用PPP協議結束會話時可以使用PADT報文。
進入PPPoE Session階段後，PPPoE Client和PPPoE Server都可以通過發送PADT報文的方式來結束PPPoE連接。PADT數據包可以在會話建立以後的任意時刻單播發送。在發送或接收到PADT後，就不允許再使用該會話發送PPP流量了，即使是常規的PPP結束數據包也不允許發送。
企業希望使用一個公共帳號訪問Internet：
l Router A作為PPPoE Client，通過一個帳號訪問Internet（相當於整個企業的員工公用這個帳號）。
l Router B作為PPPoE Server連接至DSLAM，提供RADIUS認證、計費等功能，同時連接到Internet。
圖5 利用ADSL Modem將局域網接入Internet組網圖
AP設備作為PPPoE Client，BRAS設備作為PPPoE Server，終端用戶可以直接通過無線網絡訪問Internet。
圖6 無線PPPoE接入組網圖
l RFC1661：The Point-to-Point Protocol (PPP)
l RFC2516：A Method for Transmitting PPP Over Ethernet (PPPoE)
l Code域為0x09。
l Session_ID域為0x0000。
l TAG_TYPE域為0x0101（Service-Name），表明後麵緊跟的是服務的名稱。有且隻有一個TAG_TYPE為Service-Name的TAG，其他類型的TAG可選。
圖7 PADI數據包舉例
l Code域為0x07。
l SESSION_ID域為0x0000。
l TAG_TYPE域為0x0101（Service-Name），表明後麵緊跟的是服務的名稱；為0x0102（AC-Name）表明後麵緊跟的字符串唯一地表示了某個特定的訪問集中器。有且隻有一個TAG_TYPE為AC-Name的TAG，至少一個TAG_TYPE為Service-Name的TAG。
圖8 PADO數據包舉例
l Code域為0x19。
l SESSION_ID為0x0000。
l TAG_TYPE域為0x0101（Service-Name），表明後麵緊跟的是服務的名稱。有且隻有一個TAG_TYPE為Service-Name的TAG，其他類型的TAG可選。
圖9 PADR數據包舉例
l Code域為0x65。
l SESSION_ID為Discovery階段分配的數值。
l TAG為可選。
圖10 PADS數據包舉例
l Code域為0xa7。
l SESSION_ID域為Discovery階段分配的數值。
l 無TAG。
圖11 PADT數據包舉例
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