众元教育H3CSE20200603班--PPPoE原理

前言

数字用户线路DSL(Digital Subscriber Line)是以电话线为传输介质的传输技术,前比较流行的宽带接入方式为ADSL , ADSL是非对称DSL技术,使用的是PPPoE( PPP over Ethernet )协议。PPPoE协议通过在以太网。上提供点到点的连接,建立PPP会话,使得以太网中的主机能够连接到远端的宽带接入服务器上。PPPoE具有适用范围广、安全性高、计费方便等特点。

DSL应用场景

DSL是一-种利用现有电话网络实现数据通信的宽带技术。在使用DSL接入网络时,用户侧会安装调制解调器,然后通过现有的电话线与数字用户线路接入复用器( DSLAM )相连。DSLAM是各种DSL系统的局端设备,属于最后一公里接入设备。然后, DSLAM通过高速ATM网络或者以太网将用户的数据流量转发给宽带远程接入服务器( BRAS )。BRAS是面向宽带网络应用的接入网关,位于骨干网的边缘层。

PPPoE在DSL中的应用

运营商希望通过同一台接入设备来连接远程的多个主机，同时接入设备能够提供访问控制和计费功能。在众多的接入技术中,把多个主机连接到接入设备的最经济的方法就是以太网，而PPP协议可以提供良好的访问控制和计费功能，于是产生了在以太网上传输PPP报文的技术,即PPPoE。
PPPoE利用以太网将大量主机组成网络,通过一- 个远端接入设备连入因特网,并运用PPP协议对接入的每个主机进行控制,具有适用范围广、安全性高、计费方便的特点。PPPoE技术解决了用户上网收费等实际应用问题,得到了宽带接入运营商的认可并被广泛应用。

PPPoE报文格式

PPPoE报文是使用Ethernet格式进行封装的, Ethernet中各字段解释如下:

• DMAC :表示目的设备的MAC地址,通常为以太网单播目的地址或者以太网广播地址( 0xFFFFFFF )。
• SMAC:表示源设备的以太网MAC地址。
• Type:表示协议类型字段,当值为0x8863时表示承载的是PPPoE发现阶段的报文。当值为0x8864时表示承载的是PPPoE会话阶段的报文。

PPPoE字段中的各个字段解释如下:

• VER :表示PPPoE版本号,值为0x01。 Type :表示类型,值为0x01。.
• Code:表示PPPoE报文类型,不同取值标识不同的PPPoE报文类型。
• PPPoE会话ID ,与以太网SMAC和DMAC-起定义了一个PPPoE会话。
• Length :表示PPPoE报文的Payload长度,不包括以太网头部和PPPoE头部的长度。
  PPPoE会话建立过程
  PPPoE可分为三个阶段,即发现阶段、会话阶段和会话终结阶段。

PPPoE协议报文

PPPoE通过这五种类型的报文来建立和终结PPPoE会话。

• PADI ( PPPoE Active Discovery Initiation )报文:用户主机发起的PPPoE服务器探测报文，目的MAC地址为广播地址。
• PADO ( PPPoE Active DiscoveryOffer )报文: PPPoE服务器收到PADI报文之后的回应报文，目的MAC地址为客户端主机的MAC地址。
• PADR ( PPPoE Active Discovery Request)报文:用户主机收到PPPoE服务器回应的PADO报文后,单播发起的请求报文,目的地址为此用户选定的那个PPPoE服务器的MAC地址。
• PADS ( PPPoE Active Discovery Session Configuration )报文:
• PPPoE服务器分配一个唯一的会话进程ID ,并通过PADS报文发送给主机。
• PADT ( PPPoE Active DiscoveryTerminate )报文:当用户或者服务器需要终止会话时,可以发送这种PADT报文。

PPPoE发现阶段

在发现阶段, PPPoE客户端在本地以太网中广播一个PADI报文 ,此PADI报文中包含了客户端需要的服务信息。在PADI报文中,目的MAC地址是一-个广播地址, Code字段为0x09 ,Session ID字段为0x0000。所有PPPoE服务器收到PADI报文之后，会将报文中所请求的服务与自己能够提供的服务进行比较。

所有的PPPoE服务器在收到PADI报文之后,将客户端请求的服务与自己能够提供的服务进行比较,如果可以提供,则单播回复PADO报文。
如果服务器可以提供客户端请求的服务,就会回复一个PADO报文。客户端( RTA)可能会收到多个PPPoE服务器发送的P ADO报文。在PADO报文中，目的地址是发送PADI报文的客户端MAC地址, Code字段为0x07 , Session ID字段为0x0000.

PPPoE客户端选择最先收到的PADO报文对应的PPPoE服务器,并单播发送一个PADR报文。
因为PPPoE客户端是以广播的形式发送PADI报文,所以客户端可能会收到多个PADO报文。在接收到的所有PADO报文中, PPPoE客户端选择最先收到的PADO报文对应的PPPoE服务器,并发送一个PADR报文给这个服务器。在PADR报文中，目的地址是选中的服务器的MAC地址, Code字段为0x19 , Session ID字段为0x0000。

PPPoE服务器生成唯- -的PPPoE Session ID ,并发送PADS报文给客户端,会话建立成功。
PPPoE服务器收到PADR报文后,会生成一-个唯一的Session ID来标识和PPPoE客户端的会话,并通过一个PADS报文把Session ID发送给PPPoE客户端。在PADS报文中,目的地址是PPPoE客户端的MAC地址, Code字段为0x65 , Session ID字段是PPPoE服务器为本PPPoE会话产生的Session ID。会话建立成功后, PPPoE客户端和服务器进入PPPoE会话阶段。

PPPoE会话阶段

PPPoE会话上的PPP协商和普通的PPP协商方式-致,分为LCP、认证、NCP三个阶段。

PPPoE会话的PPP协商成功后,就可以传输PPP数据

PPPoE会话阶段可分为两部分: PPP协商阶段和PPP报文传输阶段。

• PPPoE Session.上的PPP协商和普通的PPP协商方式一致，分为LCP、认证、NCP三个阶段。

• LCP阶段主要完成建立、配置和检测数据链路连接。LCP协商成功后 ,开始进行认证,认证协议类型由LCP协商结果决定。认证成功后,

• PPP进入NCP阶段，NCP是一个协议族,用于配置不同的网络层协议,常用的是IP控制协议(IPCP ) ,它负责配置用户的IP地址和DNS服务器地址等。

• PPPoE Session的PPP协商成功后,就可以承载PPP数据报文。在这- -阶段传输的数据包中必须包含在发现阶段确定的Session ID并保持不变。

PPPoE会话终结

PADT报文用于通知对端PPPoE会话结束

当PPPOE客户端希望关闭连接时,可以向PPPOE服务器端发送一个PADT报文。 同样,如果PPPOE服务器端希望关闭连接时,也可以向PPPOE客户端发送一个PADT报文 ,此报文用于关闭连接。在PADT报文中，目的MAC地址为单播地址, Session ID为希望关闭的连接的Session ID。一旦收到一个PADT报文之后,连接随即关闭。

PPPoE会话建立过程

1. 用户客户端向服务器发送一个PADI报文,开始PPPOE接入。
2. 服务器向客户端发送PADO报文。
3. 客户端根据回应,发起PADR请求给服务器。
4. 服务器产生一个Session ID ,通过PADS发给客户端。
5. 客户端和服务器之间进行PPP的LCP协商,建立链路层通信。同时,协商使用CHAP认证方式。
6. 服务器通过Challenge报文发送给认证客户端,提供一个128bit的Challenge。
7. 客户端收到Challenge报文后,并将密码和Challenge做MD5算法运算后,在Response回应报文中把结果发送给服务器。
8. 服务器根据用户发送的信息判断用户是否合法,然后回应认证成功/失败报文,将认证结果返回给客户端。
9. 进行NCP (如IPCP )协商,通过服务器获取到规划的IP地址等参数。