pppoe协议介绍

本文档的Copyleft归yfydz所有，使用GPL发布，可以自由拷贝，转载，转载时请保持文档的完整性，严禁用于任何商业用途。
msn: yfydz_no1@hotmail.com
来源：http://yfydz.cublog.cn

1. 前言
 
PPPOE(PPP over Ethernet, RFC2516，值得注意的是此RFC不是Standard而是Information类型的)定义了如何在以太网上传输PPP数据包的方法，目前流行的宽带类型
ADSL就是通过PPPoE实现的。
 
2. 通信过程概述
 
建立PPPOE通道（ADSL拨号）分两个阶段：发现阶段和PPP会话阶段。
 
在发现阶段，以太网上的客户机要找到一个访问集中器(AC，Access Concentrator)，就是ADSL MODEM，一般家用时一般就只有一个AC；但如果是一个以太网内可能会有多条ADSL，就会有多个AC，这时客户机就从中选择一个。发现阶段完成后，客户机和AC都得到要在以太网上建立PPP通道的相关信息。
 
发现阶段是无状态的，也就是两边都不用保存以前的状态信息；只有PPP会话开始后，双方就要建立一个虚拟的PPP通信接口，具体在Linux下会有ppp0网卡，在windows下网络连接中增加ADSL的接口。
 
3. 协议头格式
 
3.1 协议值
 
PPPOE数据是直接在以太头数据之上的，其等级和ARP、IP等是相同的，在以太头的类型字段中，用0x8863 表示是PPPOE发现阶段数据，用0x8864表示PPP会话阶段数据，如下所示。(类比：0x0800表示IP数据，0x0806表示ARP数据)
 
                   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
                  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                  |       DESTINATION_ADDR        |
                  |          (6 octets)           |
                  |                               |
                  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                  |         SOURCE_ADDR           |
                  |          (6 octets)           |
                  |                               |
                  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                  |    ETHER_TYPE  (2 octets)     |
                  |     0x8863 or 0x8864          |
                  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                  |                               |
                  |       PPPOE Header            |
                  |          (6 octets)           |
                  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                  ~                               ~
                  ~           payload             ~
                  ~                               ~
                  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                  |           CHECKSUM            |
                  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

3.2 PPPOE协议头
                        1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  VER  | TYPE  |      CODE     |          SESSION_ID           |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |            LENGTH             |           payload             ~
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 
PPPOE协议头有6个字节，正好和14字节的以太头实现了4字节对齐，包括以下字段：
VER：版本号，4位，必须为0x01
TYPE：类型，4位，必须是0x01
CODE：8位，在发现阶段和PPP会话阶段有不同的定义，表示PPPOE数据类型
SESSION_ID：16位，用来定义一个PPP会话，在发现过程中定义。
LENGTH：16位，表示负载长度，不包括以太头和PPPOE头。
 
4. 发现阶段
 
PPPOE发现阶段数据的以太类型是0x8863。
 
4.1 TAG
 
在发现阶段用于交换客户机和AC的信息，建立PPPOE通道，负载信息都是PPPOE信息，并没有上层协议数据。
发现阶段的负载称为TAG，一个TAG信息格式如下，负载信息中可能会包含多个TAG：
                        1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          TAG_TYPE             |        TAG_LENGTH             |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          TAG_VALUE ...                                        ~
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 
TAG_TYPE：16位，TAG类型
TAG_LENGTH：16位，表示TAG_VALUE部分的长度
TAG_VALUE：TAG值
TAG_TYPE可取以下值(注意第一字节为2表示是错误信息)：
   0x0000 End-Of-List
   0x0101 Service-Name
   0x0102 AC-Name
   0x0103 Host-Uniq
   0x0104 AC-Cookie
   0x0105 Vendor-Specific
   0x0110 Relay-Session-Id
   0x0201 Service-Name-Error
   0x0202 AC-System-Error
   0x0203 Generic-Error
 
4.2 PPPOE主动发现初始包
 
PPPOE主动发现初始包(PPPoE Active Discovery Initiation, PADI)由客户机发出，以太头中的目的地址是以太广播地址FF:FF:FF:FF:FF:FF，PPPOE头中的CODE为 0x09，SESSION_ID值必须为0，负载部分必须只包含一个Service-Name类型的TAG表示请求的服务类型，另外可以包含其他TAG，整个PPPOE包不能超过1484字节，这样省出的16字节可以由ADSL中继设备添加中继TAG。
一个PADI包的例子为:
                     1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                         0xffffffff                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           0xffff              |        Host_mac_addr          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Host_mac_addr (cont)                       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    ETHER_TYPE = 0x8863        | v = 1 | t = 1 |  CODE = 0x09  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     SESSION_ID = 0x0000       |      LENGTH = 0x0004          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|      TAG_TYPE = 0x0101        |    TAG_LENGTH = 0x0000        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 
4.3 PPPOE主动发现提议包
 
PPPOE主动发现提议包(PPPoE Active Discovery Offer, PADO)由AC发出，用来回应客户机的PADI包，以太头中的目的地址是客户机的MAC地址，PPPOE头中的CODE为 0x07，SESSION_ID值必须为0，负载部分必须包含一个AC-Name类型的TAG，用来指示本AC的名称，一个在PADI包中指定的 Service-Name的TAG，另外可以包含其他Service-Name的TAG。如果AC不对该客户机提供服务，AC就不回应PADO包。
 
一个PADO包的例子为:
                     1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                         Host_mac_addr                         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|      Host_mac_addr (cont)     | Access_Concentrator_mac_addr  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|             Access_Concentrator_mac_addr (cont)               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    ETHER_TYPE = 0x8863        | v = 1 | t = 1 |  CODE = 0x07  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     SESSION_ID = 0x0000       |      LENGTH = 0x0020          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|      TAG_TYPE = 0x0101        |    TAG_LENGTH = 0x0000        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|      TAG_TYPE = 0x0102        |    TAG_LENGTH = 0x0018        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     0x47      |     0x6f      |     0x20      |     0x52      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     0x65      |     0x64      |     0x42      |     0x61      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     0x63      |     0x6b      |     0x20      |     0x2d      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     0x20      |     0x65      |     0x73      |     0x68      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     0x73      |     0x68      |     0x65      |     0x73      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     0x68      |     0x6f      |     0x6f      |     0x74      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 
4.4 PPPOE主动发现请求包
 
PPPOE主动发现请求包(PPPoE Active Discovery Request, PADR)由客户机发出，因为可能会有多个AC对客户机发出的PADI包回应了PADO包，客户机从回应的PADO包中选择一个AC发送PADR包，以太头中的目的地址是该AC的MAC地址，PPPOE头中的CODE为0x19，SESSION_ID值必须为0，负载部分必须只包含一个Service- Name类型的TAG表示请求的服务类型，另外可以包含其他TAG。
 
4.5 PPPOE主动发现会话确认包
 
PPPOE主动发现会话确认包(PPPoE Active Discovery Session-confirmation, PADS)由AC发出，收到客户机的PADR包后，AC将产生一个SEESSION_ID值用来标志本次PPP会话，以PADR包方式发送给客户机。以太头中的目的地址是客户机的MAC地址，PPPOE头中的CODE为0x65，SESSION_ID值必须为所生成的那个SESSION_ID，负载部分必须只包含一个Service-Name类型的TAG，表示该服务类型被AC接受，另外可以包含其他TAG。如果AC不接受PADR中的Server- Name，PADS中则包含一个Service-Name-Error类型的TAG,这时SESSION_ID设置为0。
 
4.6 PPPOE主动发现停止包
 
PPPOE主动发现停止包(PPPoE Active Discovery Terminate, PADT)表示PPPOE会话过程的结束，AC和客户机都可以主动发出。以太头中的目的地址是对方的MAC地址，PPPOE头中的CODE为 0xa7，SESSION_ID值必须为PPPOE会话过程的SESSION_ID，不需要TAG。
 
5. PPP会话阶段
 
在PPP会话阶段，PPP包被封装在PPPOE以太帧中，以太包目的地址都是单一的，以太协议为0x8864，PPPOE头的CODE必须为 0，SESSION_ID必须一直为发现阶段协商出的SEESION_ID值，PPPOE的负载是整个PPP包，PPP包前是两字节的PPP协议ID值。
一个PPPOE会话过程包的例子为:
                     1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                  Access_Concentrator_mac_addr                 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Access_Concentrator_mac_addr(c)|        Host_mac_addr          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                     Host_mac_addr (cont)                      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    ETHER_TYPE = 0x8864        | v = 1 | t = 1 |  CODE = 0x00  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     SESSION_ID = 0x1234       |      LENGTH = 0x????          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    PPP PROTOCOL = 0xc021      |        PPP payload            ~
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 
注意：由于PPPOE头是6字节，PPP协议ID号两个字节，一共要占用8个字节，而以太网的MTU值为1500，所以上层PPP负载数据不能超过1492字节，所以PPP协商时协商的最大接收单元值不能超过1492字节，也就是相当于在PPPOE环境下的MTU是1492字节。
 
6. ADSL拨号过程简述
 
客户机启动拨号程序，发送PADI包，ADSL MODEM回应PADO包，客户机再发送PADR包，ADSL MODEM回应PADS包后建立PPPOE通道，随后客户机进行普通的PPP协议拨号过程，不过PPP数据包都是包装进以太帧中的，拨号成功后客户机和服务器之间建立了PPP通道，ADSL MODEM起到将以太帧转换为PPP包的作用。ADSL虽然是用电话线，但所用频率不是通话用的频率，所以ADSL拨号不影响打电话。通信结束后，会发送 PADT断开PPPOE通道。

7. 结论
 
由于ADSL的大面积使用，PPPOE也随之应用，了解其通信协议和数据格式对于底层驱动的开发、协议分析、访问控制等是必要的，现在不论在windows还是linux下都可以很好地支持PPPOE。