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1. PPPoE协议概述  1.1PPPoE的工作原理  PPPoE(PPP over Ethernet)是在以太网上建立PPP连接,由于以太网技术十分成熟且使用广泛,而PPP协议在传统的拨号上网  应用中显示出良好的可扩展性和优质的管理控制机制,二者结合而成的PPPoE协议得到了宽带接入运营商的认可并广为采用。  PPPoE建立过程可以分为Discovery阶段和PPP会话阶段。Discovery阶段是一个无状态的阶段,该阶段主要是选择接入服务,  确定所要建立的PPP会话标识符Session ID,同时获得对方点到点的连接信息;PPP会话阶段执行标准的PPP过程。  一个典型的Discovery阶段包括以下4个步骤:  (1)主机首先主动发送广播包PADI寻找接入服务器,PADI必须至少包含一个服务名称类型的TAG,以表明主机所要求提供的服务。  (2)接入服务器收到包后如果可以提供主机要求  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  以太网类=0x8863/8864版本(Ver)类型(Type)编码(CODE)  会话ID(Session ID)长度(Length)  净荷(Payload)  (3)主机在回应PADO的接入服务器中选择一个合适的,并发送PADR告知接入服务器,PADR中必须声明向接入服务器请求的服务种类。  (4)接入服务器收到PADR包后开始为用户分配一个唯一的会话标识符Session ID,启动PPP状态机以准备开始PPP会话,并发送一个会话确认包PADS。  主机收到PADS后,双方进入PPP会话阶段。在会话阶段,PPPoE的以太网类域设置为0x8864,CODE为0x00,Session ID必须是Discovery阶段所分配的值。  PPP会话阶段主要是LCP、认证、NCP 3个协议的协商过程,LCP阶段主要完成建立、配置和检测数据链路连接,认证协议类型由LCP协商(CHAP或者PAP),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和DNS等工作。  PADT包是会话中止包,它可以由会话双方的任意一方发起,但必须是会话建立之后才有效。  1.2PPPoE的特点  PPPoE不仅有以太网的快速简便的特点,同时还有PPP的强大功能,任何能被PPP封装的协议都可以通过PPPoE传输,此外还有如下特点:  (1)PPPoE很容易检查到用户下线,可通过一个PPP会话的建立和释放对用户进行基于时长或流量的统计,计费方式灵活方便。  (2)PPPoE可以提供动态IP地址分配方式,用户无需任何配置,网管维护简单,无需添加设备就可解决IP地址短缺问题,同时根  据分配的IP地址,可以很好地定位用户在本网内的活动。  (3)用户通过免费的PPPoE客户端软件(如EnterNet),输入用户名和密码就可以上网,跟传统的拨号上网差不多,最大程度地  延续了用户的习惯,从运营商的角度来看,PPPoE对其现存的网络结构进行变更也很小。DSLAM是ADSL汇聚设备,其内核采用ATM或IP但上联口为以太网口,BAS是局端实现PPPoE功能的接入服务器,它终结由用户侧发起的PPPoE进程。下行的以太帧从IP城域网经路由器送到BAS,被加上PPPoE的头后送到DSLAM封装成AAL5帧,经过交叉模块发送到ADSL Modem,由其完成AAL5帧重组并解出以太帧发送到客户端,客户端从PPPoE包中取出IP数据包。  上行的PPPoE包在ADSL Modem中封装成AAL5帧,由ATM信元传输到局端的DSLAM,DSLAM负责终结ATM,重新组合出PPPoE包,并通过设好的PVC(永久虚电路)传送到BAS处理。  从上面可以看出,PPPoE将PPP承载到以太网之上,实质是在共享介质的网络上提供一条逻辑上的点到点链路,对用户而言,在DSLAM和ADSL Modem之间的ATM传输是透明的,如果将中间的DSLAM和ADSL Modem换成有线电视的接入设备,就是典型的HFC接入,BAS对PPPoE包的处理方式不变。

  2 PPPoE在BAS上的实现  PPPoE拨号软件在应用中已经很成熟(Windows XP中自带),下面重点讨论PPPoE在接入服务器BAS中的实现方式。  2.1 PPPoE的效率  从PPPoE协议模型可以看出,BAS汇聚了用户的所有数据流,它必须将每一个PPPoE包都拆开检查处理,这在很大程度上是沿袭了传统的PPP处理的方式,虽然有很好的安全性,但一旦用户很多,数据包数量很大,解封装速度就需要很快,BAS很大的精力花在检测用户的数据包上,容易形成接入的“瓶颈”。  为此,在BAS的硬件结构上可以采用分布式网络处理器(NP)和ASIC芯片设计。网络处理器是专门针对电信网络设备而开发的专  用处理器,它有一套专门的指令集,用于处理电信网络的各种协议和业务,可以大大提高设备的处理能力。同时,ASIC芯片转发数据包时接近硬件的转发性能,远非CPU软件方式可比,采用这种方式将PPPoE数据流的处理与转发分开,工作效率大大提高。此外在软件系统结构上还应该与其他技术相结合,更好地发挥PPPoE的性能。  2.2PPPoE与VLAN的结合  VLAN即虚拟局域网,是一种通过将局域网内的设备逻辑地划分成一个个不同的网段,从而实现虚拟工作组的技术。划分VLAN的目的,一是提高网络安全性,不同VLAN的数据不能自由交流,需要接受第三层的检验;二是隔离广播信息,划分VLAN后,广播 域缩小,有利于改善网络性能,能够将广播风暴控制在一个VLAN内部。  PPPoE是一个客户端/服务器协议,客户端需要发送PADI包寻找BAS,因此它必须同BAS在同一个广播式的二层网络内,与VLAN的  结合很好地解决了这方面的安全隐患。此外通过将不同业务类型的用户分配到不同的VLAN处理,可以灵活地开展业务,加快处理流程,当然VLAN的规划必须在二层设备和BAS之间统一协调。  BAS收到上行的PPPoE包后,首先判别VLAN ID的所属类别,如果是普通的拨号用户,则确定是Discovery阶段还是会话阶段的数据包,并严格按照PPPoE协议处理。在会话阶段,根据不同的用户类型从不同的地址池中向用户分配IP地址,地址池由上层网管  配置。如果是已经通过认证的用户的数据包,则根据该用户的服务类型处理,比如,如果是本地认证的拨号用户,且对方也申请有同样的功能,则直接由本地转发。  如果是专线用户,则不用经过PPPoE复杂的认证过程,直接根据用户的VLAN ID便可进入专线用户处理流程,接入速度大大提高。此外为了统一网管,在BAS与其他设备之间需要通信,这些数据包是内部数据包,也可根据VLAN ID来辨别。  对于下行数据,由于BAS负责分配和解析用户的IP,兼有网关的功能,它收到数据包的目的IP是用户的,因此以IP为索引查找用户的信息比根据MAC要方便得多,这一点与普通的交换机有所不同,具体过程跟上行处理差不多。  2.3PPPoE对多业务选择的支持  多业务选择指的是用户通过一条终结到BAS的PPP连接来自主地选择后台网络运营商所提供的多种业务。之所以要支持多业务的选择,一方面是因为各种业务的具体实现在技术上的侧重点是不同的,对网络性能的要求也不尽相同,以前采取的固定分配的 方式非常不便;另一方面,从网络应用的发展看,网络内容服务供应商ICP与网络接入商ISP的分离是必然趋势,在接入汇聚侧方,ISP必须严格保证将用户选择的业务流转发到相应的ICP中去。  目前采用的方法是用户先在PPPoE拨号软件中选择相应的业务,然后对用户进行业务授权确认,最后激活BAS内部相应的处理模块。但是采用这种方式,用户只能知道业务的名字,无法直观地、全面地获知BAS提供的各种业务类型,特别是在新业务的开展  上十分困难,有很大的局限性。  因此可以将BAS与后台业务选择网关及RADIUS服务器相配合,采取先认证后选择业务的方式,具体操作如下:  (1)主机发送PADI寻找BAS,PADI中包含一个服务名类型的TAG,它的值为空,表示该用户可以接受任何类型的服务。  (2)BAS收到包后回送PADO,PADO中包含所有可以提供的服务的TAG,同时,还包含一个服务名为General的TAG。  (3)主机发送PADR。用户选择已知的服务名,也可以选择General服务。  (4)BAS收到PADR包后为用户分配资源,并开始PPP协商过程。在PPP过程中,BAS将用户输入的账号和密码等信息送到RADIUS服务器上认证。  (5)通过认证的用户,享受BAS提供的该项服务,但如果选择的是General,则被强制访问与BAS直连的服务选择网关。后台的服务选择网关是一台具有Web Server功能的服务器,用户可以通过Web的交互式界面得到可选择业务的相关信息(包括费用、带宽  等),同时显示该用户账号对应的信息。  (6)用户选择相应的业务,同时服务选择网关会定义各种用户的业务范围和操作权限。  (7)服务选择网关激活接入服务器内部相应的业务模型实现该业务。以上方式是严格按照PPPoE协议执行的,与当前流行的拨号软件完全兼容,如果用户对其他的业务根本不感兴趣而对已申请的业务非常熟悉,也不影响用户的习惯。  从BAS的角度考虑,PPPoE的操作流程也没有什么改变,只是多添了一种服务类型而已。如果运营商当前没有服务选择网关,可以通过网管配置,在对PADI包的回应时不包含General服务就可以了。  对于运营商来说,采用以上方式不仅大大提高了接入用户操作的透明度,还可以起到业务门户的作用,为下一步的服务扩展提  供空间,而且从宽带接入网以后发展的趋势来看,按需分配与业务类型相应的带宽和QoS是必然的

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