ADSL中的pppoe协议毕业论文.doc

毕 业 设 计（ 论 文 ）题目ADSL中的PPPOE协议作者学院信息与电气工程学院专业通信工程学号指导教师摘 要随着数据与多媒体业务和Internet的快速发展，PPPOE虚拟拨号方式连接互联网是近几十年来个人用户连接互联网，分享互联网资源的主要方式。ADSL技术的全面发展和普及给PPPOE的深入研究和发展提供了更为广阔的空间，致使宽带接入技术成为广大互联网用户提供了更宽广的应用方式， ADSL宽带接入技术，即通过PPPOE虚拟拨号连接互联网技术为现代人们资源共享信息交流及数据交换提供了方便的通道。本文从介绍接入网的特点及接入技术分类、ADSL宽带接入技术的特点、ADSL的原理和技术性能特点及典型应用入手。通过对ADSL接入网及其应用的分析，解读ADSL实现用户高速接入Internet网络，实现高速率传递的本质。重点阐述PPPOE协议，介绍PPPOE协议的特点、工作原理、数据报文格式以及对固定IP，DHCP，PPPOE接入三种方式进行了比较。从设计的角度分析PPPOE协议的发送与接收机制，提出了PPPOE协议在Windows系统下实现路由配置及其虚拟拨号连接互联网具体实现方案。另外对于PPPOE协议应用的一个重要阶段PPPOE发现以及发送接收机制文中详细地介绍了其相关算法流程的说明。关键词：ADSL,宽带接入，PPPOE协议。AbstractThe data and multimedia business and the rapid development of Internet broadband technology, which becomes the most pressing needs of Internet users, ADSL broadband access technology in numerous broadband access technology thus will emerge. ADSL broadband access technology, namely through PPPOE virtual dial-up Internet technology bound to become a modern people share resources, the main way of information exchange. This paper introduced ADSL broadband access technology from the characteristics, ADSL principle and technology performance characteristics of. Based on the analysis of the access network and its application with ADSL, realize the user high-speed access unscramble ADSL Internet network, to realize high speed transmission essence. Emphasis PPPOE agreement PPPOE agreement, introduces the characteristics, working principle, data message format, agreement with frame structure and framework of fixed IP, PPPOE access DHCP, three modes are compared. From the Angle of the design analysis PPPOE protocol sending and receiving mechanism, put forward in Windows system PPPOE agreement realize its virtual dial-up routing configuration concrete realization method of the Internet. Another application for an important PPPOE agreement PPPOE stage - paper found and send receiving mechanism were introduced in detail its correlation algorithm process.Keywords: ADSL, broadband access, PPPOE agreement. 目录第一章 引言1第二章ADSL宽带接入网概论32.1 接入网的概述32.2 ADSL的技术研究82.3 ADSL的主要技术标准102.4 ADSL的原理和技术性能特点102.5 ADSL的典型应用15第三章PPPOE协议工作原理163.1 PPPOE协议出现的背景163.2 PPPOE协议简介163.3 PPPOE的工作原理173.4 PPPOE的数据报文格式18第四章 PPPOE的相关算法244.1 PPPOE发现（Discovery）相关算法244.2 PPPOE封装发送PPP数据帧的算法294.3 PPPOE的发送/接收机制及其相关算法29第五章PPPOE接入的基本功能典型应用355.1宽带接入网需要实现的基本功能355.2固定IP，DHCP，PPPOE接入三种方式的比较355.3 PPPOE的认证及IP分配365.4路由器的PPPOE配置实例385.5 Windows PPPOE的应用实例41第六章 结论44致 谢45参考文献46第一章引言1.1互联网接入技术的发展随着计算机技术和网络技术的不断发展，以太网作为一种高效经济的网络通信技术已经得到越来越广泛的应用，基于以太网技术的局域网已遍布于各种业务系统、办公系统甚至进入家庭，另外Internet的迅速发展，上网的用户在爆炸式的增加，当前用户访问Internet主要是通过基于PPP Point-to-Point Protocol 协议的PSTN/ISDN拨号来实现。近年来，随着网络应用的进一步深化，Internet 上的高速数据传输和多媒体服务等得到迅猛推广，以电子商务、视频点播、电视会议、网上购物等交互式应用为代表的新的业务类型的出现，对网络通信的带宽提出了更高的要求，接入网作为网络系统中的“最后一公里”正引起人们越来越多的注意，成为宽带网络技术的一大热点，为了利用现有的网络结构，不改变或很少改变网络配置保持网络运营的低成本，人们开发出了一种新的 PPPOE 技术，通过把最经济的以太网技术和 PPP协议的可扩展性及管理控制功能结合在一起，网络运营商便可利用可靠和熟悉的技术来部署高速互联网业务。1.2 PPPOE技术的发展和展望PPPOE技术是1998年Redback网络公司联合UUNET公司和RouterWare软件公司以及Worldcom子公司UUNET Technologies公司在IETFRFC的基础上联合开发的以太网上点对点协议，PPPOE PPP over Ethernet 技术并得到了IETF的认可，于 1999年2月被IETF接收，以 RFC2516 发布PPPOE提供通过接入设备把以太网的多个主机连接到远程访问设备的功能。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，它使服务提供商在通过数字用户线、电缆调制解调器或无线连接等方式，提供支持多用户的宽带接入服务时更加简便易行。同时该技术亦简化了最终用户在选择这些服务时的配置操作。所以可以预见在未来PPPOE技术将是互联网接入的主流。1.3 ADSL中的PPPOE技术的应用通过PPPOE虚拟拨号连接互联网是近几十年来个人用户连接互联网的主要方式。ADSL技术的全面发展和普及给PPPOE的深入发展和研究提供了新的领地，也更好地实现了快捷、安全的上网方式。ADSL的宗旨是通过普通电话提供高速数据通信和交互视频功能。ADSL宽带不仅是目前家庭用户高速接入的最佳方法，而且在局域网高速接入方面，也显示了其潜力。它提供了灵活的接入方式，即专线方式与虚拟拨号方式。专线方式即用户24小时在线，用户具有静态IP地址，可将用户局域网接入，主要面对的是中小型公司用户。采用专线接入的用户只要开机即可接入Internet。虚拟拨号方式主要面对上网时间短、数据量不大的用户，如个人用户及中小型公司等。这里的“虚拟拨号”是指根据用户名与口令认证(比较类似Modem和ISDN的拨号程序)，接入相应的网络，并没有真正的拨电话号码，费用也与电话服务无关。应用ADSL，可实现家庭用户宽带接入、单位局域网接入以及网络互联。ADSL能很好的支持范围广阔的高带宽应用，例如高速互联网接入、远程通信、虚拟专用网(VPN)和稳定的多媒体内容。实际应用上，PPPOE利用以太网络的工作机理，将ADSL Modem的10 BASET接口与内部以太网络互联，在ADSL Modem中采用RFC1483的桥接封装方式对终端发出的PPP包进行LLC/SNAP封装后，通过连结两端的PVC在ADSL Modem与网络侧的宽带接入服务器之间建立连接，实现PPP的动态接入。PPPOE的实质是以太网和拨号网络之间的一个中继协议，他继承了以太网的快速和PPP拨号的简单，用户验证，IP分配等优势，PPPOE具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，所以PPPOE的应用能实现现代互联网高速数据传输发展的的需要。第二章ADSL宽带接入网概论2.1接入网的概述2.1.1 接入网的定义及特点所谓接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地称为最后一公里。由于骨干网一般采用光纤结构，传输速度快，因此，接入网便成为了整个网络系统的瓶颈。接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入、无线接入和以太网接入等几种方式。国际电信联盟（ITU-T）第13组于1995年7月通过了关于接入网框架结构方面的新建议G.902，对接入网的定义如下：接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如：线路设备和传输设施）组成，为供给电信业务而提供所需传送承载能力的实施系统，可经由管理接口（Q3）配置和管理。原则上对接入网可以实现的UNI和SNI的类型和数目没有限制。接入网不解释信令。1992年接入网的概念在欧洲被首次提出后，1994年ITU正式采纳接入网这个名词，正式确立接入网在用户网中的位置和传送网、交换网、接入网三者在通信网中的构成模式。 为了进一步规范用户接入网的概念，国际电联( ITU2T)标准部根据近年来通信网的发展演变趋势，在其G.963建议中定义接入网(AN)为本地交换机(LE)与用户端设备(CPE)之间的实施系统，它可以部分或全部代替传统的用户本地线路网，包含复用、交叉连接和传输功能。由上可知，接入网为用户网充实了新的内涵，规范了新的界定，接入网与原来的用户网比较，主要有如下的特点：（1）可提供模拟传输，具备数字传输能力；（2）可以传输电信号，也可以传输光信号；（3）可提供话音和低速数据业务，也能够开展高速、宽带综合业务。 （4）不仅含有传输功能，而且还具备复用、交叉连接功能。整个电信网按网络功能分为三个部分：传输网、交换网和接入网。接入网负责将电信业务透明传送到用户，具体而言，接入即为本地交换机与用户之间的连接部分，通常包括用户线传输系统、复用设备、交叉连接设备或用户/网络终端设备。而实际上接供业务的实体就是业务结点。接入网在通信体制中的位置如图2.1所示： 用户地址网 用户地址网CPN CPN接入网交换网传送网交换网接入网 用户网 用户网图2.1接入网在通信体制中的位置示意图2.1.3 接入网的基本功能划分接入网的基本功能概括来说主要有用户接口功能(UPF) 、核心功能(CF) 、传送功能( TF) 、业务端口功能(SPF) 、接入网系统管理功能(AN2SMF) 五项。（1） 用户接口功能：指将用户网络接口UNI的要求适配为核心和管理功能。即在接入业务上包括电话、数据、传真、视像和多媒体等窄带和宽带业务，并将这些业务终接、数/模转换、信令变换、激活/去激活、承载通道/能力处理、接口测试、维护及管理控制。（2）业务端口功能：指将业务节点接口SNI的要求适配为公共承载信道，并为在接入网的系统管理中处理选择信息。包括SNI功能的终接、将承载要求、定时管理及操作要求映射进核心功能，并在需要时对特殊SNI协议映射和业务节点接口的测试、端口的维护及管理控制。（3）核心功能：使各个业务端口承载要求和用户接口承载要求适配为公共传送承载。该功能完成根据被要求的协议适配和通过接入网的传送复用进行协议承载处理。主要包括承载通道集线、信令和分组信息复用、为ATM传送承载进行电路仿真和控制、管理功能。核心功能分散在整个接入网内。（4）传送功能：指为公共承载的传送提供通路并为所用的传输媒介提供媒介适配、完成复用。根据重组和配置的交叉连接、管理、物理媒介等。（5）系统管理功能：对接入网中的用户接口功能、业务端口功能、核心功能、传送功能的指标、操作和维护进行协调。同时，通过业务节点接口对业务网、通过用户网络接口对用户终端的操作功能进行协调。如进行配置和控制、指配协调、故障检测/指示、使用信息和性能数据采集、安全控制、定时精度管理和对用户接口功能操作要求的协调、资源管理等。由于接入网具有的上述功能，它可以部分或全部代替传统的用户本地线路网，其传输媒体具有多样性。可灵活支持各种接入类型和业务。接入网在电路结构上包括N64kbit/ s(1/ N )64kbit/s分组交换、帧中继、ATM等基本形式；在通道方面有基于64kbit/ s通道、基于帧中继通道、基于ATM通道；在传输上概括了双绞线系统、同轴系统、光纤系统和无线系统等用户接入手段。2.1.2 接入网运营接入策略以及接入技术分类（1）接口技术选用 由于光复用技术、交叉连接技术、无源光网络以及数据、图像等新技术、新业务在接入网中的应用，导致用户终端和交换机系统发生巨大变化，这些变化集中体现在接入网的界定接口上。接入网依赖于各种接口将各种类型的业务从用户端接入到各个电信业务网。在不同的配置下，接入网有不同的接口类型。如图2.2所示：本地交换机（LE） Z接入网（AN） Z 用户端设备（CPE） VT图2.2接入网示意图接入网用户侧的用户网络接口(UNI) 支持模拟电话、ISDN 接入，以及数字/ 模拟租用线接入。对不同的业务，采用不同的接入方式，对应不同的接口类型，用户网络中的Z接口用于传输3003400Hz音频信号、通过ISDN传输数据和视频信号。接入网业务侧的业务点接口(SNI)将各种用户业务与交换机连接。交换机的用户接口有模拟接口(Z接口)和数字接口(V接口) 。（2）接入技术的选用：由于接入网涉及现有的窄带业务和未来的宽带业务以及相关的业务网络，因此它将成为近年来包括交换、传输、管理及计算机等各种通信新技术发展的综合体现。接入网可采用空分复用(SDM)、时分复用(TDM)的双向技术以及空分多址(SDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)等多址技术。接入技术分有线接入、无线接入两大类。如表2.1所示：表2.1有线跟无线接入比较表有 线接 入金属线接入对绞金属线同轴电缆接入光纤接入有源光纤接入CATV混合光纤接入无线 接 入卫星接入VSAT固定无线接入TACS GSM CDMA DECT PHS PCS微波接入移动无线接入MRA专用接入SCDMA随着光纤传输技术的进步和成本的不断降低，光纤接入网越来越受到电信部门和厂家重视，各种高速可靠的光纤系统，如光纤用户环路(FITL)、数字同步系列(SDH)在接入段中以光纤到路边(FTTC) 、光纤到大楼(FTTB)及光纤到用户(FTTH)等形式得到广泛应用。光接入网可分为有源光纤接入(AON)和无源光纤接入(PON) 。有线接入中，利用现有的大量铜线资源进行进一步开发是接入技术的一个重点，由此产生了高速数字用户环路( HDSL)、不对称数字环路(ADSL)及光纤/铜线混合系统(HFC)等。无线通信因其灵活方便、易于建设而广泛用于通信各个领域，无线接入是指交换节点到用户终端部分或全部采用无线手段，目前已成为接入网中较为热门的技术之一。其应用技术主要包括微波一点多址技术、蜂窝技术和微蜂窝技术等。经济方便的无线接入系统将成为重要的补充手段，但在支持宽带业务方面，无线技术还有待进一步改进。自从ITU2T提出接入网概念后，各国电信部门着眼于现状和未来，综合规划接入网的组网方式、技术和设备选择等问题。目前我国接入网建设已取得较大进展，接入网技术标准也已基本成形，新的接入设备不断出现。这无疑为加速向宽带化、综合化、智能化发展打下良好基础。2.1.3 接入网建设中的若干问题通信网由传送网、交换网、接入网三部分构成，接入网作为国家通信基础设施的重要组成部份，它的建设涉及到业务市场需求，网络资源配置，建设资金来源，运行维护管理，技术升级策略等多方面因素。因此必须经济合理地统筹规划接入网的建设。（1）保护现有资源，开发接入技术 目前接入网仍以市话铜线电缆为主，世界上已有用户电缆几十亿公里，占通信网约1/ 3的投资，在相当长的一段时间中(至少10 年)，市话铜线电缆仍将是用户网络中的主要媒质，因此需要提高现有市内通信电缆的水平，改进其性能以满足在用户环路上不断增长的宽带业务的要求，以光缆配合使用，推进接入网最终向光纤过渡。（2）因地制宜规划，超前战略建设 由于我国幅员辽阔，人口众多，各地经济和通信发展很不平衡，因此接入网的技术必须从实际出发，因地制宜。对于城市中的新住宅区、新技术开发区、金融贸易区尽可能采用光纤接入技术FTTC。（3）重视城市多功能宽带网的研究 目前城市中的电话普及率逐年提高，而市话局间中继线普遍采用光缆传输，有的地区还采用SDH传输设备。为了充分利用宽带传输网和CATV 同轴电视网，电信与广电部门的合作以建设一个语音、数据、电视三者相结合的混合光纤/ 同轴网，不仅可以充分利用国家通信网的资源，减少重复投资，而且可以提高现有电视的画面质量，并且以较低的价格迅速拓宽网上业务。（4）加快对农村接入网组网方式研究 在我国13亿人口中，9亿在农村，农村是潜在的通信大市场。农村有其特殊性，用户分散、点多、线长，农村通信设施投资成本将比城市高出34 倍，因此，由政府支持的普遍服务是发展农村通信的焦点话題。新兴廉价的远程接入技术将是今后扫入网技术研究的重要课题。2.1.4 国内外ADSL接入网发展现状 随着Internet的爆炸式发展，在Internet上的商业应用和多媒体等服务也得以迅猛推广。要享受Interne上的各种服务，用户必须以某种方式接入网络。为了实现用户接入网的数字化、宽带化，提高用户上网速度，光纤到户（FTTH）是用户网今后发展的必然方向，但由于光纤用户网的成本过高，在今后的十几年甚至几十年内大多数用户网仍将继续使用现有的铜线环路，于是近年来人们提出了多项过渡性的宽带接入网技术，包括N-ISDN、Cable Modem、ADSL 等等，其中ADSL（非对称数字用户环路）是最具前景及竞争力的一种,将在未来十几年甚至几十年内占主导地位。大家都知道通过Internet上网冲浪，最主要的三个关键要素，它们分别是：带宽、带宽、还是带宽。近期网上风行的冲浪以及网站人民战争般的大肆兴建，无一不说明网络化已经成为当今计算机发展的主流趋势， 随着用户对信息化的需求与日俱增，大量丰富的网络信息资源给人们的生活和工作带来了极大的便捷；但是也给上网的速度提出了更高的要求。现在被人们称之为“网络快车”的ADSL，因其在下行速率高、频带宽、性能优、安装方便、不需交纳电话费等特点而深受广大用户的喜爱，成为继MODEM，ISDN之后的又一种全新更快捷，更高效的接入方式； ADSL是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，是目前极具发展前景的一种接入技术。 目前,ADSL 的热潮席卷世界各地，全球许多电信公司、ISP 纷纷推广各自的ADSL 服务，北美、新加坡等率先正式投入营业，日本、台湾、韩国等国家也已进入试验阶段，中国电信在北京、上海、广东、福建等地已进行相关的网络测试并开始试验性推广，而深圳更是已进入了实用阶段。2.1.5 ADSL的应用以及前景由于ADSL 在开发初期,是专为视像节目点播而设计的，具有不对称性和高速的下行通道，随着Internet急速发展,ADSL 作为一种高速接入Internet的技术更具有生命力,它使在现有Internet网上提供多媒体服务为可能。目前深圳ADSL 主要提供Internet高速宽带接入的服务，用户只要通过ADSL 接入，访问相应站点便可免费享受多种宽带多媒体服务。由于ADSL是ATM干线网络传输的接入视聆通的，因而也可以提供基于ATM 或IP 的VPN（虚拟专用网）服务。随着ADSL 技术的进一步推广应用，ADSL 接入还将可以提供点对点的远程医疗，远程教学，远地可视会等服务。基于ADSL的出色性能， 我们将会看到以ADSL 为主的xDSL技术终将成为铜双绞线上的赢家，前采用普通拨号Modem 及N-ISDN技术接入的用户将逐步过渡到ADSL等宽带接入方式，并最终实现光接入。而这在深圳推出ADSL接入服务以后，市场对ADSL接入服务的热烈反映已可以初见端倪。 2. 2 ADSL的技术研究2.2.1 ADSL的定义ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路）是一种新的数据传输方式。它因为上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。即使边打电话边上网，也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。ADSL是一种异步传输模式（ATM）。在电信服务提供商端，需要将每条开通ADSL业务的电话线路连接在数字用户线路访问多路复用器（DSLAM）上。而在用户端，用户需要 使用一个ADSL终端（因为和传统的调制解调器（Modem）类似，所以也被称为“猫”）来连接电话线路。由于ADSL使用高频信号，所以在两端还都要使用ADSL信号分离器将ADSL数据信号和普通音频电话信号分离出来，避免打电话的时候出现噪音干扰。通常的ADSL终端有一个电话Line-In，一个以太网口，有些终端集成了ADSL信号分离器，还提供一个连接的Phone接口。某些ADSL调制解调器使用USB接口与电脑相连，需要在电脑上安装指定的软件以添加虚拟网卡来进行通信。2.2.2 ADSL 的主要特点及接入方式 ADSL属于非对称式传输。在一对铜线上支持上行速率640Kbps 到1Mbps，下行速率1Mbps到8Mbps，有效传输距离在35公里范围以内,RADSL 能够提供的速度范围与ADSL 基本相同，但它可以根据双绞铜线质量的优劣和传输距离的远近动态地调整用户的访问速度。 正是RADSL的这些特点使RADSL成为用于网上高速冲浪、视频点播（IAV）、远程局域网络（LAN）访问的理想技术，因为在这些应用中用户下载的信息往往比上载的信息（发送指令）要多得多。ADSL接入服务能做到较高的性能价格比,与普通拨号Modem及N-ISDN相比，ADSL更为吸引人的地方是：它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载。这意味着使用ADSL上网并不需要缴付另外的电话费。比起普通拨号Modem的最高56K 速率，以及N-ISDN 128K的速率，ADSL的速率优势是不言而喻的。 2.2.1 ADSL的主要特点（1）一条电话线可同时接听，拨打电话并进行数据传输，两者互不影响。（2）虽然使用的还是原来的电话线，但ADSL传输的数据并不通过电话交换机，所以ADSL上网不需要缴付额外的电话费，节省了费用。（3）ADSL的数据传输速率是根据线路的情况自动调整的，它以“尽力而为”的方式进行数据传输。（4）性能更优越，高速上网，比普通拨号快上百倍；（5）功能更强大，一根电话线可以同时上网、打电话、互不干扰。 ADSL的主要业务特点如表2.2所示：表2.2ADSL主要业务高传输速率下行512kbs-10Mbit/s,上行128kbs-1.5Mbit/s,是普通的56K调制的200倍频带宽ADSL支持的频带宽是普通电话用户频带宽的256倍以上业务多Internet/Extranet/Intranet语音业务视频业务ATM业务数据业务VPN虚拟专网业务应用广高速访问英特网和宽带多媒体通信网收发电子邮件网上炒股，网上电子商务影视点播，网络游戏远程教育，远程医疗远程办公，家庭办公网间互联，信息共享，互访和传递安装快捷方便不需要改造和重新铺设线路，在普通电话线两端加装ADSL设备即可2.2.2 ADSL 的接入方式（1）专线入网方式：用户拥有固定的静态IP 地址，24小时在线。 （2）虚拟拨号入网方式：并非是真正的电话拨号，而是用户输入帐号、密码，通过身份验证，获得一个动态的IP地址，可以掌握上网的主动性。ADSL安装包括局端线路调整和用户端设备安装。在局端方面，由服务商将用户原有的电话线路串接入ADSL 局端设备，只需2、3分钟，用户端的ADSL安装也非常简易方便，只要将电话线连上滤波器，滤波器与ADSL MODEM之间用一条两芯电话线连上，ADSL MODEM与计算机的网卡之间用一条交叉网线连通即可完成硬件安装，再将TCP/IP协议中的IP、DNS和网关参数项设置好，便完成了安装工作。局域网用户的ADSL安装与单机用户没有很大区别，只需再加多一个集线器，用直连网线将集线器与ADSL的MODEM连起来就可以了。2.3 ADSL的主要技术标准2.3.1 传输标准由于受到传输高频信号的限制，ADSL需要电信服务提供商端接入设备和用户终端之间的距离不能超过5千米，也就是用户的电话线连到电话局的距离不能超过5千米。ADSL设备在传输中需要遵循以下标准之一：ITU-T G.992.1(G.dmt) G.dmt：全速率，下行8Mbps，上行896Kbps ITU-T G.992.2(G.lite) G.lite：下行1.5Mbps，上行512Kbps ITU-T G.994.1(G.hs) 可变比特率（VBR） ANSI T1.413 Issue #2 下行8Mbps，上行896Kbps 还有一些更快更新的标准，但是目前还很少有电信服务提供商使用：ITU G.992.3/4 ADSL2 下行12Mbps，上行1.0Mbps ITU G.992.3/4 Annex J ADSL2 下行12Mbps，上行3.5Mbps ITU G.992.5 ADSL2+ 下行24Mbps，上行1.0Mbps ITU G.992.5 Annex M ADSL2+ 下行24Mbps，上行3.5Mbps ADSL是一种非对称的DSL技术，所谓非对称是指用户线的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速率高，特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播（VOD）、多媒体信息检索和其他交互式业务。以 ITU-TG.992.1 标准为例，ADSL在一对铜线上支持上行速率512Kbps1Mbps，下行速率1Mbps8Mbps，有效传输距离在35公里范围以内。当电信服务提供商的设备端和用户终端之间距离小于1.3千米的时候，还可以使用速率更高的VDSL，速率可以达到下行55.2Mbps，上行19.2Mbps。2.4 ADSL的原理和技术性能特点 2.4.1.1 ADSL的原理传统的电话线系统使用的是铜线的低频部分（4kHz以下频段）。而ADSL采用DMT（离散多音频）技术，将原来电话线路0kHz到1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3khz的子频带。其中，4khz以下频段人用于传送POTS（传统电话业务），20KhZ到138KhZ的频段用来传送上行信号，138KhZ到1.1MHZ的频段用来传送下行信号。DMT技术可以根据线路的情况调整在每个信道上所调制的比特数，以便充分的地利用线路。一般来说，子信道的信噪比越大，在该信道上调制的比特数越多，如果某个子信道信噪比很差，则弃之不用。目前，ADSL可达到上行640kbps、下行8Mbps的数据传输率。由上可以看到，对于原先的电话信号而言，仍使用原先的频带，而基于ADSL的业务，使用的是话音以外的频带。所以，原先的电话业务不受任何影响。现存的用户环路主要由UTP（非屏蔽双绞线）组成。UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关，如果信号传输超过一定距离，信号的传输质量难以保证。此外，线路上的桥接抽头也将增加对信号的衰减。为了可以利用多个信道,ADSL modem采用两种方式划分可以利用的电话线路的带宽:FDM技术(Frequency Division Multiplexing)或回波抵消技术（Echo Cancellation）技术.如图2-5所示。FDM方式将频带划分为上行部分和下行部分,下行通道在被时分复用(Time Division Multiplexing)为一个或多个高速信道和低速信道;而上行通道也会被复用为相应的低速信道。回波抵消技术（Echo Cancellation）使上行通道和下行通道在频带上的重叠部分相互抵消，通过本地的回波抵消技术可以有效地分开上、下行信道，减小串音对信道的影响，从而实现信号的高速传送。这种技术已应用于V.32和V.34协议的modem产品中。FDMEcho canceiiationFrequency1MhzFrequency1Mhz图2.2回波抵消频率分配示意图衰减和串音是决定ADSL性能的两项标准损伤。传输速率越高，它们对信号的影响也越大，因此ADSL的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。附表列出了正常情况下24号线规UTP的下行速率和有效传输距离的关系。表中的VDSL是甚高速ADSL。虽然VDSL的有效传输距离比ADSL更短，但是在VDSL光纤到路边(FTTC)或光纤到大楼(FTTB)后，VDSL用于大楼内部办公室或家庭间的连接。ADSL接入网线路长度若为5.5km，则可覆盖80%以上的现有电话用户；线路长度若为3.7km，则可覆盖50%以上的现有用户，用户小区以外的分散用户可通过基于光纤的集线器节点接入到网络中。2.4.2 ADSL系统的接入方式和接入模型ADSL系统连接方式的功能模块图如图2.3所示：ServerIternetADSLCore networkADSL 图2.3连接方式功能模块Server: 应用服务器 Internet:IP互联网 CORE Network: 骨干网络(一般为ATM骨干网)。ADSL: 在局端的部分为ADSL局端设备, 在用户端的为ADSL用户Existing Copper:连接用户端和局端的普通双绞铜线。ADSL的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成如图2.4所示： 图2.4ADSL接入模型图中央交换局端模块包括在中心位置的ADSL Modem和接入多路复合系统，处于中心位置的ADSL Modem被称为ATUC（ADSL Transmission UnitCentral）。接入多路复合系统中心Modem通常被组合成一个被称作接入节点，也被作DSLAM（DSL Access Multiplexer）。 远端模块由用户ADSL Modem 和滤波器组成，用户端ADSL Modem通常被称为ATUR（ADSL Transmission UnitRemote）。 2.4.3 技术性能特点（1）ADSL是一种接入技术（2）可实现在一对普通电话双绞线上同时传送高速数据业务和话音业务，两种业务相互独立、互不影响。（3）话音和数据业务采用不同频带传输。话音：0-4KHz；数据：上行为30KHz-138KHz；下行为138KHz-1.1MHz。（4）数据业务速率：最高下行速率达8Mbps，最高上行速率达1Mbps，传输距离最大可达45km。（5）线路编码采用DMT（离散多音频）调制技术2.4.4 ADSL技术的几个基本概念(1)ADSL的频带划分（频分复用和回波抵消技术），如图2.5所示：图2.5ADSL频带分配示意图通过关闭低端子信道可将04kHz留给普通电话信号使用，上行信号占30138kHz，下行信号占1381104kHz。（2）ADSL线路编码技术：离散多音频（DMT）调制技术，如图2.6所示：电话业务3.4KHz1.1MHz图2.6 DMT调制示意图将01.1MHz划分为N个4.3125kHz子信道，N=256，各子信道进行正交幅度调制（QAM），调制的比特数取决于该子信道的信噪比。（3）速率调整方式初始化速率调整：启动初始化阶段，通过收发器训练和信道分析过程，测量各子信道的信噪比，确定各个子信道所调制的比特数、相对功率电平等传输参数，以保证各子信道传输容量和可靠性最优。快速学习过程：在传输过程中通过快速学习过程来实现传输速率的动态调整。具体做法是：当线路质量降低到一定程度时，马上启动快速学习程序，降低传输速率；而当线路质量提高到一定程度时，启动快速学习程序，提高传输速率。（4）信道类型交织信道：增加交织处理环节解决突发差错，通过将坏的子信道离散开来，重新计算信道，重新排序，提高抗差错能力，长时延、高可靠信道。适于数据传输。快速信道：不进行交织处理的低时延、快速、低可靠信道。适于实时性要求高、可靠性要求较低的视频、话音等信息的传输（VOD）。2.4.5 影响ADSL速率的几个因素（1）在实际线路中ADSL的速率受线路质量的影响很大，特别是下行速率。（2）决定线路质量的重要因素包括：线路长度、线缆规格、是否有桥接分接头、线路上的干扰程度。（3）线路衰减正比于线路的长度和频率而反比于线缆直径，因此说明ADSL性能时应注明线缆规格和用户线长度。（4）一般来说在2公里内，线路长度对ADSL速率的影响不是太大，但超过2公里后，ADSL速率随线路长度的增加而急剧下降。(5 )ADSL都具有速率自适应的功能，即根据线路质量动态调整，速率变化是以32kbps为单位的。2.5 ADSL的典型应用通过PPPOE虚拟拨号连接互联网是近几十年来个人用户连接互联网的主要方式。ADSL技术的全面发展和普及给PPPOE的深入发展和研究提供了新的领地，也更好地实现了快捷、安全的上网方式。ADSL的宗旨是通过普通电话提供高速数据通信和交互视频功能。ADSL宽带不仅是目前家庭用户高速接入的最佳方法，而且在局域网高速接入方面，也显示了其潜力。ADSL提供了灵活的接入方式，即专线方式与虚拟拨号方式。专线方式即用户24 h在线，用户具有静态IP地址，可将用户局域网接入，主要面对的是中小型公司用户。采用专线接入的用户只要开机即可接入Internet。虚拟拨号方式主要面对上网时间短、数据量不大的用户，如个人用户及中小型公司等。这里的“虚拟拨号”是指根据用户名与口令认证（比较类似Modem和ISDN的拨号程序），接入相应的网络，并没有真正的拨电话号码，费用也与电话服务无关。应用ADSL，可实现家庭用户宽带接入、单位局域网接入以及网络互联。ADSL能很好的支持范围广阔的高带宽应用，例如高速互联网接入、远程通信、虚拟专用网（VPN）和稳定的多媒体内容，PPPOE协议是一种多重协议的传输机制，它将PPP帧封装在以太网数据报中。其实际功能包括物理层和数据链路层，具有错误控制、连接安全、动态IP地址指定、多重协议支持等功能。PPPOE是数据链路层协议，主要用来封装来自网络层的数据包，并将其通过串行线传输。传统的拨号数据网技术对于以上这些业务的支持要么不能支持，要么支持得不够，随着PPPOE技术的发展和成熟，互联网高速数据通信业务必能 得到快速发展。第三章PPPOE协议工作原理3.1 PPPOE协议出现的背景随着宽带网络技术的不断发展，以xDSL、CableModem和以太网为主的几种主流宽带接入技术的应用已开展的如火如荼。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，我们是不存在所谓的用户计费的概念，要么用户能设置/获取IP地址上网，要么用户就无法上网。IETF的工程师们在秉承窄带拨号上网的运营思路（使用NAS设备终结用户的PPP数据包），制定出了在以太网上传送PPP数据包的协议（Point To Point Protocol Over Ethernet），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接入服务器（BAS），它不仅能支持PPPOE协议数据报文的终结，而且还能支持其它许多协议。如华为公司的MA5200（小BAS）和ISN8850（大BAS）。 3.2 PPPOE协议简介PPPOE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（我们对目前能完成上述功能的设备为宽带接入服务器）上的一种标准。在这种网络模型中，我们不难看出所有用户的主机都需要能独立的初始化自已的PPP协议栈，而且通过PPP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。PPPOE协议共包括两个阶段，即PPPOE的发现阶段（PPPOE Discovery Stage）和PPPOE的会话阶段（PPPOE Session Stage）。在本论文中更注重的是PPPOE发现阶段的介绍，因为对于PPPOE的会话阶段，可以看成和PPP的会话过程是一样的（可直接参照PPP协议培训教材），而两者的主要区别在于只是在PPP的数据报文前封装了PPPOE的报文头。无论是哪一个阶段的数据报文最终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PPPOE会话时，它首先会在广播式的网络（协议中是这样说的，但在实际应用中，可能还要跨跃多点访问的网络，如ATM等，从而就形成了PPPOEOA的数据包）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时，对于主机而言则会根据各访问集中器（AC，Access Concentration）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。当主机选择完了所需要的访问集中器后，就开始和访问集中器建立一个PPPOE会话进程。在这个过程中访问集中器会为每一个PPPOE会话分配一个唯一的进程ID，会话建立起来后就开始了PPPOE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PPP不一样，它是一种逻辑上的点对点关系）就采用PPP协议来交换数据报文，从而完成一系列PPP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递。3.3 PPPOE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有两个不同的阶段：发现阶段和PPP会话阶段。当一个主机想开始一个PPPOE会话，它必须首先进行发现阶段以识别对端的以太网MAC地址，并建立一个PPPOESESSION_ID。在发现阶段，基于网络的拓扑，主机可以发现多个接入集中器。发现阶段允许主机发现所有的接入集中器，然后选择一个。当发现阶段成功完成，主机和选择的接入集中器都有了他们在以太网上建立PPP连接的信息。直到PPP会话建立，发现阶段一直保持无状态的状态。一旦PPP会话建立，主机和接入集中器都必须为PPP虚接口分配资源。3.3.1 发现阶段PPPOE的发现阶段可分为四步，其实这个过程也是PPPOE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MAC地址和唯一的会话ID号，从而进入到下一个阶段（PPPOE的会话阶段）。实际上双方在互相知道了对方的MAC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PPPOE协议能更加灵活的运用，因此还加入了会话ID字段，通过这两个条件就可完成确定双方点对点的