（计算机软件与理论专业论文）基于bras的pppoe拨号接入的研究与实现.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 i i i ii iif l l ll rf lll lliif y 17 5 5 315 学科、专业：工科、计算机软件与理论 研究方向：软件在通信中的应用 作者：二零零七级硕士研究生：翅挂堡指导教师：逊知值塾援 题目：基于b i 认s 的p p p o e 拨号接入的研究与实现 英文题目：t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fp p p o ed i a l - u pa c c e s s b a s e do nb r a s 主题词：宽带远程接入服务器，基于以太网的点对点协议， 点对点协议，地址池管理 、 k e y w o r d s ：b r a s ，p p p o e ，p p p ，a d r e s sp o o lm a n a g e 课题来源： 1 】江苏省自然基金项目，b k 2 0 0 9 4 2 5 【2 】国家自然基金项目，6 0 9 7 3 1 4 0 f 0 2 0 8 ， 【3 】江苏省青蓝工程学术带头人资助项目 【4 】中兴通讯t 6 0 0 t 1 2 0 0b r a s 项目 南京邮电大学硕士研究生学位论文 中文摘要 中文摘要 宽带远程接入服务器简称b r a s ，是面向宽带网络应用的新型接入网关。它可以完成 宽带用户的i p a t m 网的数据接入，目前接入手段主要基于x d s l c a b l em o d e m 高速以太 网接入技术无线宽带接入技术等，来实现多种业务的汇聚和转发，解决不同用户对传输容 量、带宽利用率等要求，为用户提供v p n 服务、构建企业内部i n t r a n e t 、支持管理域向用 户批发业务等应用，负责用户的管理和控制。在各种接入方式中，p p p o e 因为其上网方 式传统，计费方便准确，可进行流量精确控制等诸多优点而成为各大运营商首选的接入方 - p p p o e 协议是在p p p 协议的基础上发展起来的，本文首先介绍了p p p o e 协议及p p p 协议的产生背景、报文格式以及协议包含的内容，然后详细描述了p p p o e 拨号接入的流程， 对接入时双方交互的过程做了深入阐述，并对支持多业务功能提出了一些设想。接着对 b r a s 的总体架构进行了简单介绍，确定p p p o e 模块处于b r a s 系统的位置，基于b r a s 设计p p p o e 接入系统，处理p p p o e 接入模块同其他模块的关系。然后对地址池管理算法 进行改进，提高了地址分配效率。 文章最后对所设计的p p p o e 接入模块及改进的地址池管理算法进行了多方面的实验， 实验结果表明，本文所设计的p p p o e 模块具备完善的p p p o e 接入功能，所改进的地址池 管理算法能较明显的提高用户的拨号速率。并总结了p p p o e 接入的优点和缺点，提出一些 需要继续研究和探索的问题。 关键词：宽带远程接入服务器，基于以太网的点对点协议，点对点协议，地址池管理 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a bs t r a c t b r o a d b a n dr e m o t ea c c e s ss e r v e r ( b r a s ) i san e wa c c e s sg a t e w a yf o rb r o a d b a n dn e t w o r k a p p l i c a t i o n s i tc a nc o m p l e t et h eb r o a d b a n du s e r si p a t mn e t w o r kd a t aa c c e s s a tp r e s e n t b r o a d b a n da c c e s sm e t h o d sa r em a i n l yb a s e do nx d s l c a b l em o d e m h i g h - s p e e de t h e m e ta c c e s s t e c h n o l o g ya n dw i r e l e s sb r o a d b a n da c c e s st e c h n o l o g y i nav a r i e t yo fa c c e s sm o d e s p p p o e b e c a m et h ep r e f e r r e da c c e s sm e t h o dt oa 1 1o p e r a t o r sf o ri t st r a d i t i o n a l i n t e m e ta c c e s sm e t h o d s ， a c c u r a t eb i l l i n ga n di t sf l o wc a nb ep r e c i s e l yc o n t r o l l e d ，a n ds oo n a tp r e s e n tt h es t u d ya th o m e a n da b r o a do nt h ep p p o em o s tc o n s i d e rt h ep r o t o c o li t s e l fa sw e l la st h ec o m p l e t e n e s so f c o m m o na t t a c kt h ea d e q u a c yo fp r o t e c t i v em e a s u r e s ，b u tf o rp p p o ea sam o d u l eo ft h eb r a s s y s t e m ，p e o p l er a r e l ys t u d yi t sw o r k a n da sap a r to ft h es y s t e m ，p p p o eh a n d l i n gr a t e sw i l l a f f e c tt h ee n t i r es y s t e mr u nm o r ee f f i c i e n t l y p p p o ep r o t o c o li sb a s e do nt h ed e v e l o p m e n to fp p pp r o t o c 0 1 t h i sp a p e rd e s c r i b e st h e p p p o ep r o t o c o la n dp p pp r o t o c o lb a c k g r o u n d ，m e s s a g ef o r m a t sa n dt h ec o n t e n tc o n t a i n e di n p r o t o c o l s ，t h e nt h i sp a p e rd o e sa d e t a i l e da n a l y s i so ft h ep p p o e d i a l u pa c c e s s ，g oi n t ot h ed e t a i l s f o ra c c e s st ob o t hs i d e so ft h e i n t e r a c t i o np r o c e s s ，a n dp u tf o r w a r ds o m ei d e a st os u p p o r t m u l t i p l eb u s i n e s sf u n c t i o n s t h e nt h ep a p e rs t a r t e dt od e s i g nt h eg e n e r a lf r a m e w o r ko fb r a s w h i c hh o l dat y p i c a ld i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r et oe n s u r et h a tt h ee n t i r es y s t e mc a l lb ee f f i c i e n ta n d s t a b l ej o b s t h ew h o l es o f t w a r es y s t e mi sd i v i d e di n t om u l t i p l em o d u l e sa n dt h el o c a t i o no f p p p o em o d u l ei nt h eb r a ss o f t w a r es y s t e m sa n dr e l a t i o n s h i p sw i t l lo t h e rm o d u l e si sf i x e d t h e np p p o ea c c e s sm o d u l ei sd e s i g n e di nd e t a i l f o re a c hs t a g eo ft h ea c c e s s ，d e s i g np r o c e s s a r eg i v e ni n d e t a i l i no r d e rt oi m p r o v et h ep p p o eu s e r so n - l i n er a t e ，t h i sp a p e rg i v ea n i m p r o v e da d d r e s sp o o lm a n a g e m e n ta l g o r i t h mw h i c ha d o p tt w o - w a yn o te n t i r e l yc i r c u l a r l i n k e dl i s ts t r u c t u r et om a n a g et h ea l l o c a t i o na n ds t o r eo ft h ea d d r e s sp o o l ，a n di m p r o v et h e e f f i c i e n c yo fa d d r e s sa s s i g n m e n t f i n a l l y , t h i sp a p e rc a r r i e do u taw i d er a n g eo fe x p e r i m e n t sf o rp p p o ea c c e s sm o d u l ea n d i m p r o v e da d d r e s sp o o lm a n a g e m e n ta l g o r i t h m e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep p p o e m o d u l ed e s i g n e di nt h i sp a p e rh a sa p e r f e c tp p p o ea c c e s sf u n c t i o n sa n di m p r o v e da d d r e s sp o o l m a n a g e m e n ta l g o r i t h mc a ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h eu s e rt h a nd i a l u ps p e e d a tl a s t ，t h ep a p e r s u m m a r i z e st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fp p p o ea c c e s sa n dp r e s e n t san u m b e ro fi s s u e s n e e dt ob es t u d i e da n de x p l o r e di nt h ef i a t u r e k e yw o r d s ：b r o a d b a n dr e m o t ea c c e s ss e r v e r , p o i n tt op o i n tp r o t o c o lo v e re t h e m e t ， p o i n tt op o i n tp r o t o c o l ，a d d r e s sp o o lm a n a g e i i 塑室塑皇盔堂堡主堕窒篁堂垡堡塞 旦 茎 目录 中文摘要。i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 课题来源3 1 3 论文结构安排- 3 第二章p p p o e 协议及接入流程分析5 2 1 相关技术研究5 2 1 1p p p o e 协议简介一。5 2 1 2p p p 协议简介9 2 2p p p o e 接入分析1 l 2 2 1p p p 的高级有限状态机1 2 2 2 2p p p o e 上下线流程介绍1 3 2 3 本章小结1 5 第三章b r a s 总体架构设计1 7 3 1b r a s 硬件架构设计1 7 3 1 1 主控板结构1 8 3 1 2 交换体系结构1 8 3 1 3 线卡结构1 9 3 2b r a s 软件架构设计2 0 3 2 1 软件子系统架构2 0 3 2 2p p p o e 模块在b r a s 系统中位置2 1 3 3 本章小结2 2 第四章p p p o e 模块设计及实现2 3 4 1 模块在业务控制子系统中的位置2 3 4 2p p p o e 模块总体设计。2 4 4 3d i s c o v e r y 阶段详细流程设计2 9 4 4s e s s i o n 阶段详细流程设计。3 0 4 4 1l c p 协商详细流程3 0 4 4 2 认证详细流程3 2 4 4 1n c p 协商详细流程3 3 4 5 本章小结。3 5 第五章改进的地址池管理算法3 7 5 1 地址协商简介。3 7 5 2 常用的地址池管理算法o 3 8 5 2 1 数据结构和算法：3 8 5 3p p p o e 模块改进的地址池管理算法。3 9 5 3 1 不完全循环链表数据结构3 9 5 3 2 地址分配算法4 l 5 4 本章小结4 3 第六章实验与对比分析4 4 6 1 测试工具简介4 4 6 1 1 思博伦s p i r e n t t e s t c e n t e r 简介4 4 6 1 2 中兴数据综合测试平台z x d t p 简介4 5 6 2 实验环境配置4 5 6 3p p p o e 用户拨号实验4 6 6 3 1 功能性测试：4 6 6 3 2 上线状态测试4 7 6 3 3 稳定性及压力测试4 8 6 3 4 限速测试4 9 6 3 5 地址池管理算法改进前后的对比测试4 9 i i i 妻室塑皇盔兰堡主婴究生学位论文 目 录 6 4 本章小结5 0 第七章总结与展望一5 1 7 1 总结。5l 7 2 展望。5 2 致谢5 3 参考文献5 4 发表论文及科研情况说明j 5 7 攻读硕士学位期间参加的科研项目5 8 i v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 由于i n t e r a c t 用户爆炸性增长和多媒体业务应用的不断深入，使得整个通信行业发生 ，了翻天覆地的变化，出现了各种宽带接入技术，同时网络业务也由简单的窄带话音业务发 展到宽带的数据业务。根据文献 1 】统计，i n t e r a c t 带宽的增加及广泛应用使得d 通信量在 不远的将来会远远超过话音业务收入。在这种情况下，保障用户的带宽、提高网络安全、 达到电信网所要求的故障检测和性能检测能力是宽带接入设备需要迫切解决的问题。用户 对网络带宽、服务和计费方式提出了比以往更高的要求。为了适应整个社会因特网经济发 展的趋势，满足用户的需求，网络运营商在使用新的技术提高网络带宽的同时，更需要提 高对网络的管理，使网上运行设备具有快速的业务投放和灵活的用户管理能力。此时，服 务运营商选择网上宽带运行设备的具体要求为：用户所需业务的提供方式要简单、高效； 用户业务汇聚容易；对于用户群拓展和业务投放策略能够进行有效的控制。 宽带远程接入服务器( b r o a d b a n dr e m o t ea c c e s ss e r v e r ，简称b r a s ) 【2 】【3 】是面向宽带 网络应用的新型接入网关，如图1 1 所示，它位于骨干网的边缘层，是宽带接入网与骨干 网之间的桥梁，提供基本的接入手段和宽带接入网的管理功能。可以完成用户带宽的 i p a t m 网的数据接入，目前接入手段主要基于x d s l c a b l em o d e m 高速以太网技术( l a n ) 无线宽带数据接, a ( w l a n ) 等，实现商业楼宇及小区住户的宽带上网、基于i p s e c ( i p s e c u r i t yp r o t o c 0 1 ) 的i pv p n 服务 4 】、构建企业内部i n t r a n e t 、支持i s p 向用户批发业务等 应用 5 】。 b r a s 主要完成两方面功能，一是网络承载功能 6 】：例如负责终结用户的p p p o e ( p o i n t - t o p o i n tp o t o c o lo v e re t h e m e t ，是一种以太网上传送p p p 会话的方式) 连接、汇聚用 户的流量功能：二是控制实现功能：与认证系统【7 】、计费系统和客户管理系统及服务策略 控制系统相配合实现用户接入的认证、计费和管理功能。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 丑i ， 罄 l 三【： 星 l 图1 - 1 宽带接入网络 目前宽带用户以太网接入普遍采用的有3 种方式 8 】，即固定i p 、d h c p 和p p p o e 。 1 ) 固定i p 方式，即给每个用户固定分配一个m 地址，这种方式对i p 地址管理不易，用户 恶意更改或者尝试自行设置自己的d 地址，都会造成管理上的麻烦，增加运营商的额外开 销。由此产生了一种被称为i p m a c 地址绑定的方式，对接入用户的i p 地址、m a c 地址、 接入端口( 通过固定配置的v l a n i d 标识) 的绑定实现了用户身份认证，可以有效避免 i p m a c 地址仿冒和盗用，保护了用户安全。但由于需要对每个上网用户网卡m a c 进行采 集，在拥有大量用户群的时候，所需的时间和工作量是非常巨大的，维护工作量极大。 2 ) d h c p 用户通过远程接入服务器从d h c p 服务器上获取动态i p 地址，并在r a d i u s 服务器 9 】通过身份鉴别后分配给远程用户。这种方式下，一方面d h c p 存在较多的广播开 销，对于用户量较多的城域网会造成网络运行效率下降和配置困难；当用户退出后，这些i p 地 址将得不到释放，其结果是可用i p 地址发生缓慢流失。另一方面，无法解决用户自行配置i p 地址的问题。更严重的是，如果用户自行设置d h c p 服务器，会造成邻近用户首先获得无效 地址不能获得运营商的有效i p 地址，导致不能上网，这是实际中让运维管理很头疼的问题。 3 ) p p p o e 全称是p o i n tt op o i n tp r o t o c o lo v e re t h e m e t ( 基于以太网的点对点通信协议) 【2 】， 这个协议是为了满足越来越多的宽带上网设备和越来越快的网络之间的通信而最新制定 2 堕室塑皇盔堂堡主塑壅生堂垡迨奎 墨二雯堑堡 开发的标准，它基于2 个广泛接受的标准，即以太网e t h e m e t 和p p p 点对点拨号协议。文献 2 7 】 简单的介绍了p p p o e 协议的流程，由于采用动态分配i p 地址方式，用户拨号后无需自行 配置i p 地址、网关、域名等，它们均是自动生成，不存在用户自行更改i p 地址的问题，对用 户管理方便，而且p p p o e 协议是在包头和用户数据之间插入p p p o e 和p p p 封装，这两个封装 加起来也只有8 个字节，广播开销很小。 在上述三种接入方式中，p p p o e 接入方式具有更多的优点：上网方式比较传统，容易 被用户接受，安全性较好，计费策略较为丰富，计费准确。可以对用户进行流量控制。实 践证明p p p o e 是目前最好的接入方式，极大地提高了网络管理的效率。 1 2 课题来源 本课题来源于中兴目前正在研发的t 1 2 0 0 & t 6 0 0b r a s 项目，项目以推出新一代远程 宽带接入服务器( b r a s ) 目标，通过研究在当前的各种网络环境中不同的接入方式，设 计全新的硬件及软件架构，开发支持多种接入方式的b r a s 产品并将其应用到包括电信、 移动、联通、铁通等各大运营商的现网环境中。 参与项目过程中，所做与本课题相关工作如下： 研究b r a s 的软硬件架构以及各模块尤其是业务接入和业务控制之间各个模块的协 作关系，为本课题的研究打下良好的理论基础； 研究p p p 协议和p p p o e 协议以及其他相关的r f c 文档，阅读并学习p p p o e 接入的相 关文献，总结现有技术所存在的局限，进而有针对性的提出改进的方法i 具体设计p p p o e 模块并改进地址池管理算法，采用新的数据结构提升用户拨号接入 的速度，为本课题具体实现方案的原型所采用； 负责b r a s 产品中p p p o e 接入模块的开发，加深了对p p p 及p p p o e 协议的理解，为 本课题的设计及实现等部分积累的一定的经验。 1 3 论文结构安排 本文详细介绍了b r a s 系统中整个p p p o e 模块的设计与实现，p p p o e 模块属于b r a s 的业务接入部分，在整个系统中位居重要地位，该模块是否能够稳定高效运行就直接影响 用户接入速度和在线稳定性。本文提出一种改进的地址池管理算法，对地址的动态分配和 回收进行了有效管理，避免了地址分配过程中的浪费和效率过低等问题。 全文主要分为七个章节，其内容组织如下： 塑室塑鱼叁堂堡主堕塞生兰焦迨塞 箜二量堕鱼 第一章简要介绍了本课题的研究背景、课题来源项目的研究内容、以及参与项目过程 中所进行与课题相关的研究工作。 第二章详细分析了p p p 协议以及p p p o e 协议，指出两者出现的背景，分析两类报文的 格式以及两者之间的关系。然后对p p p o e 接入流程进行了详细的分析，指出其中值得改进 的地方。 第三章对整个b r a s 的软硬件架构做整体设计，并说明其中各个模块之间的关系，特 别指出p p p o e 模块位于b r a s 系统的位置。 第四章在前面两章的基础上，进行p p p o e 接入模块的具体设计和实现工作。 第五章针对目前普遍效率不高的地址池管理算法进行改进，提出一种新的数据结构， 并采用算法实现。 第六章通过s p i r e n tt e s t c e n t e r 软件和数据综合测试平台z x d t p 对b r a s 中的p p p o e 接入模块进行拨号实验。并就改进的地址池管理算法与改进前的算法进行对比实验以验证 改进的效果。 最后，第七章总结了本文所做的工作，并对该课题进一步研究工作的重点和难点进行 概述，提出需要继续研究和探索的问题。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章p p p o e 协议及接入流程分析 第二章p p p o e 协议及接入流程分析 自宽带网络技术出现以来，对其的研究工作大多集中在如何提高用户带宽、降低数据 传输延迟等性能问题方面，随着研究的不断深入，为了解决由于协议本身的限制而导致运 营商对宽带接入控制功能较弱能的影响进而制约宽带技术发展的问题，对协议本身的研究 以及开发新的协议也逐渐成为宽带接入技术研究领域的一个重点方向。本章将对p p p o e 协 议及接入流程进行详细分析，并针对其中的不足之处进行讨论，为提出本课题研究方案奠 定理论基础。 2 1 相关技术研究 2 1 1p p p o e 协议简介 目前以x d s l 、c a b l e m o d e m 和以太网为主的几种主流宽带接入技术的应用已经非常广 泛。同时又给各大网络运营商们带来了种种困惑，无论使用哪种接入技术，对于他们而言 可盼和可求的是如何有效的管理用户，如何从网络的投资中收取回报，因此对于各种宽带 接入技术的收费的问题就变得更加敏感。在传统的以太网模型中，是不存在所谓的用户计 费的概念，要么用户能设置获取i p 地址上网，要么用户就无法上网。i e t f 的工程师们在秉 承窄带拨号上网的运营思路 1 0 】【1 1 】( 使用网络接入服务器设备终结用户的p p p 数据包) ， 制定出了在以太网上传送p p p 数据包的协议( p o i n tt op o i n tp r o t o c o lo v e re t h e m e t ) ，这个 协议出台后，各网络设备制造商也相继推出自已品牌的宽带远程接入服务器( b r a s ) ， 它不仅能支持p p p o e 协议数据报文的终结，而且还能支持其它许多协议。 p p p o e 协议提供了在广播式的网络( 如以太网) 中多台主机连接到远端的访问集中器 上的一种标准。在这种网络模型中，不难看出所有用户的主机都需要能独立初始化自己的 p p p 协议栈，而且通过p p p 协议本身所具有的一些特点，能实现在广播式网络上对用户进行 计费和管理。为了能在广播式的网络上建立、维持各主机与访问集中器之间点对点的关系， 那么就需要每个主机与访问集中器之间能建立唯一的点到点的会话。p p p o e 协议共包括两 个阶段，及f l p p p o e 的发现阶段( p p p o ed i s c o v e r ys t a g e ) 和p p p o e 的会话阶段( p p p o es e s s i o n 南京邮电大学硕：卜研究生学位论文第二章p p p o e 协议及接入流程分析 s t a g e ) 【2 】。无论是哪一个阶段的数据报文最终都会被封装成以太网的帧进行传送。当一个 主机希望能够开始一个p p p o e 会话时，它首先会在广播式的网络上寻找一个访问集中器， 当然可能网络上会存在多个访问集中器，对于主机而言则会根据各访问集中器( a c ，a c c e s s c o n c e n t r a t i o n ) 所能提供的服务或用户的预先的一些配置来进行相应的选择。当主机选择 了所需要的访问集中器后，就开始和访问集中器建立一个p p p o e 会话进程。在这个过程中 访问集中器会为每一个p p p o e 会话分配一个唯一的进程i d ，会话建立起来后就开始了 p p p o e 的会话阶段，在这个阶段中已建立好点对点连接的双方( 这种点对点的结构与p p p 不一样，它是一种逻辑上的点对点关系) 就采用p p p 协议来交换数据报文，从而完成一系 列p p p 的过程，最终将在这点对点的逻辑通道上进行网络层数据报的传送。 p p p o e 的初始化过程是至关重要的，它不仅要在广播式的网络上确定一对一的逻辑关 系，而且还要为p p p o e 的会话阶段准备一些必要条件，如访问集中器唯一分配的会话i d ( s e s s i o ni d ) 。在介绍p p p o e 的发现阶段之前，首先来看一下以太网帧的封装格式，前面 也介绍过了，所有的p p p o e 的数据报文均是被封装在以太网的数据域( 净载荷区) 中传送 的。 目前大多数的网络中都在使用以太网2 0 版，因此e t h e m e t i i 就被作为一种事实上的工 业标准而广泛使用，以太网的帧结构 1 3 】见图2 1 。 l 目的m 躺i 源m 的 l 炎塑 数据 lc r c | 图2 - l 以太网数据帧的格式 以太网目的地址( 目的m a c 地址) 和以太网源地址( 源m a c 地址) ，是最为熟悉的数据 链路层地址。它包括单播地址、多播地址和广播地址，而对于p p p o e 协议中要使用到单播 地址和广播地址。对于p p p 这样的数据链路层协议而言，二层地址通信双方之间已失去了 原有的意义。以太网的类型域也是最受关心的一个字段，它在1 9 9 7 年以前还一直由施乐公 司维护，但后来就交庄i i e e e 8 0 2 t j , 组维护了。通过这个字段的内容，数据包的接收方可以 识别以太网的数据域中承载的是什么协议的数据报文。对于p p p o e 的两大阶段，也正是通 过以太网的类型域进行区分的。在p p p o e 的发现阶段时，以太网的类型域填充0 x 8 8 6 3 ；而 在p p p o e 的会话阶段时，以太网的类型域填充为0 x 8 8 6 4 。数据域主要是用来承载类型域中 所指示的数据报文，在p p p o e 协议中所有的p p p o e 数据报文就是被封装在这个域中被传送。 校验域，主要用来保证链路层数据帧传送的正确性。 下面简要介绍一下p p p o e 的数据报文格式。p p p o e 的数据报文是被封装在以太网帧的 数据域内的。简单来说可以把p p p o e 报文分成两大部分【1 2 1 4 】，一部分是p p p o e i 拘数据报 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章p p p o e 协议及接入流程分析 头，另一部分则是p p p o e 的净载荷( 数据域) ，对于p p p o e 报文数据域中的内容会随着会 话过程的进行而不断改变。图2 2 为p p p o e 的报文的格式。 4 6 , d 5 0 0 字节 i i 斗州s c 一 靛陡蕺摊 c 鼠c | i | 扮m 辩谶妇k 掣 il 图2 2p p p o e 的数据报文格式 p p p o e 数据报文最开始的4 位为版本域，协议中给出了明确的规定，这个域的内容填充0 x 0 1 。 紧接在版本域后的4 位是类型域，协议中同样规定，这个域的内容填充为0 x 0 1 。代码域占 用1 个字节，对于p p p o e 的不同阶段这个域内的内容也是不一样的。会话i d 占用2 个字节， 当访问集中器还未分配唯一的会话i d 给用户主机的话，则该域内的内容必须填充为 0 x 0 0 0 0 ，一旦主机获取了会话i d 后，那么在后续的所有报文中该域必须填充那个唯一的会 话i d 值。长度域为2 个字节，用来指示p p p o e 数据报文中净载荷的长度。数据域，有时也称 之为净载荷域，在p p p o e 的不同阶段该域内的数据内容会有很大的不同。在p p p o e 的发现 阶段时，该域内会填充一些t a g ( 标记) ；文献 1 5 2 0 均分别提出了利用其中的t a g 来增强 p p p o e 的安全性，而在p p p o e 的会话阶段，该域则携带的是p p p 的报文 p p p o e 的发现阶段可分为四步，其实这个过程也是p p p o e 四种数据报文的交换的一个 过程。当完成这四步后，用户主机与访问集中器双方就能获知对方的m a c 地址和唯一的会 话i d 号，从而进入到下一个阶段叫p p o e 的会话阶段。实际上双方在互相知道了对方的 m a c 地址后，就已经在广播式的网络上确定了一一的对应关系，为了保证这个连接的有效 性，同时使p p p o e 协议能更加灵活的运用，因此还加入了会话i d 字段，通过这两个条件就 可完成确定双方点对点的关系。在这个阶段一开始，由于接入用户并不知道访问集中器的 m a c 地址，则使用类似于a r p 解析的过程的机制来获取访问集中器的m a c 地址。首先由 接入用户侧发起一个初始化的广播报文，对于访问集中器如果配置了p p p o e 的业务时，它 会实时检测网络上的数据包，当发现以太网数据帧中所承载的是p p p o e 报文时( 通过协议 域的内容来区分) ，就会将其交给相应的模块去处理。当收到初始化报文后，访问集中器 会向该用户回应一个报文。如果网络上存在很多这样的访问集中器且都收到了用户侧发送 的初始化报文时，它们也都会向用户侧会送一个确认报文，如果该用户收到这个报文后， 则会依据报文中所携带的内容或本端的一些配置来选择一个唯一的访问集中器进行会话。 到此时已完成了前两步了，那么剩下的两步则是协商一些所提供的服务选项和获取p p p o e 会话阶段所必须的会话i d 值。在这个阶段，前面在讲述以太网帧格式时也特别强调了，所 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章p p p o e 协议及接入流程分析 有数据报文是被承载在以太网的数据域中的，而且以太网数据帧的协议域始终为0 x 8 8 6 3 。 后面结合具体的数据报文的内容，来具体的讲解这四步的过程。 对于发现阶段的p p p o e 数据报文而言，它的净载荷可能包含零个或多个t a g ( 标记) ， 实际上这些标记的意义非常类似于p p p 配置参数选项，它同样也是要经过协商的。对于 p p p o e 协议而言，没有像p p p 的配置参数选项那样定义了很多细节，而只是一个初略的定义， 因此在实际当中实现这个过程会依据不同厂商的设备有不同。图2 3 是承载在p p p o e 报文数 据域中的标记封装格式。 图2 - 3p p p o e 报文中t a g 的格式 从图2 3 中可以看出，标记的封装格式采用的是常用的t l v 结构，也即是类型+ 长度+ 数据。 t a g 的类型域为2 个字节，下面列出了各种标记类型的含义： 代码域在此阶段有以下几种选择：p a d i 为0 x 0 9 ，p a d 0 为o x 0 7 ，p a d r 为0 x 1 9 ，p a d s 为0 x 6 5 ， p a d t 为o x a 7 。t a g 的长度域为2 个字节，它用来指明标记数据域的长度。t a g 的数据域中用 来放置不同类型标记所对应的相关数据。典型的发现( d i s c o v e r y ) 阶段共包括4 个步骤如 图2 - 4 所示。 ! 蛩2 - 4d i s c o v e r y 阶段 1 ) 用户主机发出p p p o e 有效发现初始( p a d i ) 包。以太网目的地址为广播地址o x t t t t t f f f , c o d e 字段) b o x 0 9 ，s e s s i o n _ i d 为0 x 0 0 0 0 。p a d i 包必须至少包含一个服务名称类型 ( s e r v i c e - n a m e ) 的标签( 标签类型字段为o x o l 0 1 ) ，向接入设备提出所要求提供的服务。 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章p p p o e 协议及接入流程分析 一个完整的p a d i ( 包括p p p o e 头) 不能超过1 4 8 4 字节，以留下充足的预留给a g e n t 设备增加 r e l a y s e s s i o n i d 标识。 2 ) 接入设备收到在服务范围内的p a d i 包后，发送p p p o e 有效发现提供( p a d o ) 包以响应 请求。其c o d e 字段为0 x 0 7 ，s e s s i o n _ i d 仍为0 x 0 0 0 0 。p a d o 包必须包含一个接入设备 名称类型( a c - n a m e ) 的标签 1 2 1 1 1 7 】( 标签类型字段为0 x 0 1 0 2 ) 以及个或多个服务名称 类型标签，表明可向用户主机提供的服务种类。 3 ) 用户主机在可能收到的多个p a d o 包中选择一个合适的接入设备，选择的原则是根据 p a d o 中接入设备名称类型标签和服务名称类型标签的内容。然后向所选择的接入设备发 送p p p o e 有效发现请求( p a d r ) 包。其c o d e 字段为0 x 1 9 ，s e s s i o ni d 仍为0 x 0 0 0 0 。p a d r 包必须包一个服务名称类型标签，确定向接入设备请求的服务种类。当一个用户主机在 确定时间没有收至o p a d o ，他会重发一个p a d i ，同时等待两倍的时间。这种过程可以根据 需要重复多次。 4 ) 。接入设备收到p a d r 包后准备开始p p p 会话，它发送一个p p p o e 有效发现会话确认 ( p a d s ) 包。其c o d e 字段为0 x 6 5 ，s e s s i o ni d 为接入设备所产生的一个唯一的p p p o e 会话标识号码。o x 雠为预留资源，目前不能被使用作s e s s i o ni d 。p a d s 包也必须包 含一个服务名称类型的标签确认向用户主机提供的服务。当用户主机收到p a d s 包确认后， 双方就进入p p p 会话阶段。如果接入设备不能识别p a d r 中的服务名称类型的标签，则会 回一个包含服务名称错误( s e r v i c e - n a m e e r r o r ) 标签的p a d s ，其s e s s i o ni d 仍然是 0 x 0 0 0 0 。如果用户主机在确定时间没收到p a d s 包，与没收到p a d o 作同样处理。 还有一种p p p o e 有效发现终止( p a d t ) 包，在一个p p p 会话建立后它随时可由用户 主机或接入设备中任何一方发送，指示p p p 会话已终止。p a d t 包不需要任何标签，其c o d e 字段为0 x a 7 ，s e s s i o ni d 为需要终止的p p p 会话的会话标识号码。 2 1 2p p p 协议简介 在提及p p p 协议时，不可不提及s l i p ( s