理解并取证PPPＯE的工作原理和数据帧

第8章理解并实施远程接入技术任务8.6

在思科设备上DSL网络的配置

DSL（DigitalSubscriberLine，数字用户线路），使用现在的电话设施，只投入非常少的改造成本，将传统电话通信线缆中没有使用的部分用作高速数据传输服务，使得通信基础设施更充分地被使用，让语音与数据共存。这是DSL网络的核心基础。DSL网络对传输距离相当敏感，它会随着用户到电话中心局（CO）的距离增大，传输质量与速率随之下降，通常用户到电话中心局的距离在5500米左右。为了能更好地理解DSL的基本原理与配置过程，首先拟订一个清晰的学习线路。理解DSL的基本分类。以ADSL为例理解DSL网络的物理架构。关于在ADSL网络中使用PPPoE协议。理解并取证PPPoE的工作原理。演示：计算机、CPE通过PPPoE拨号到运营商的汇聚路由器以获取ADSL连接。任务8.6.1理解DSL的基本分类

目前DSL网络的表现形式非常多，但是大致可以归类为两种：ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine，非对称数字用户线路）和SDSL（SymmetricDigitalSubscriberLine，对称数字用户线路）。ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine，非对称数字用户线路），提供不对称的上传和下载速率，通常下载速率远高于上传速率，它是目前在DSL市场上部署得最多的一种宽带技术，用户与电话中心局的距离在5500米左右，提供1.5～8Mbps的下载速率，以及16Kbps－1Mbps的上传速率。它允许在电话线上传输语音的同时传输数据,所以用户在使用ADSL网络时，既能打电话同时又能上网。这里需要注意的是，在实际ADSL的应用环境中，通常我们会认为上传数据的速率比下载速率低很多，这也是正常现象。SDSL（SymmetricDigitalSubscriberLine，对称数字用户线路），提供对称的上传与下载速率，其速率范围在128Kbps～2.32Mbps之间，最常见的实现速率为768Kbps。在本书中不以描述SDSL（SDAL）为重点，如果需要获得更多关于SDSL的描述，请参考CCNP的远程接入或者ISP相关的更多资源。任务8.6.2

以ADSL为例理解DSL网络的物理架构

ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine）非对称数字用户线路，欧洲发达国家称为“现代化信息高速公路”。ADSL网络的物理架构示意图如图8.93所示。现在来理解在ADSL网络的物理架构中，每个网络元件的定义与作用，以及其他相关的专业术语。图8.93ADSL网络的物理架构示意图任务8.6.2CPE：即CustomerPremiseEquipment（用户前端设备）的缩写，在DSL网络中CPE通常是指DSL的调制解调器，或者是带DSL调制解调的路由器。对于ADSL宽带的家庭用户，CPE事实上就是ADSLModem，通常将这类用户的接入设备称为ATU-R（ADSLTransmissionUnit-Remote，ADSL传输单元远程端）分离器：将DSL的数据流量从语音流量中分离出来，如果是语音流量就交给传统的PSTN网络进行转发，如果是数据流量就交给DSLAM来负责终结物理层的DSL连接。DSLAM：即DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer（数字用户线路接入复用器）的缩写，DSLAM起到的作用是汇聚所有用户的DSL链路，相当于一个二层交换机。更形象地讲，是一个包含多个ATU-C单元的机箱；ATU-C（ADSLTransmissionUnit-Central）是ADSL传输单元中心，位于提供商中心电话局（CO），它负责连接ATU-R。DSL汇聚路由器：负责汇聚ADSL用户的接入认证服务，并转向三层工作。专用术语解释任务8.6.2关于ADSL的信道使用情况DSL的信道使用情况如图8.94所示，0～4kHz分配给传统的电话使用，25kHz～160kHz分配给上传数据使用，240kHz～1.1MHz分配给下载数据使用。它的特点是：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；ADSL的宽带业务与电话费用是分隔开的，这与传统的PSTN有所不同；对于VOD视频点播与语音传递是一个很好的选择。图8.94ADSL的信道使用情况任务8.6.3关于在ADSL网络中使用PPPoE协议如图8.95所示，在CPE与DSL汇聚路由器之间是一种桥接式体系架构（纯二层连接），单纯的桥接存在大量的安全漏洞，为了在某种程度上解决这些安全漏洞，并且便于运营商对用户做接入验证、计费等工作，PPP将是一个不错的选择，因为它内嵌了安全机制（PAP或者CHAP），所以ADSL网络决定将PPPoE协议运行在CPE与DSL汇聚路由器之间。提问：为什么是PPPoE而不是PPP？什么是PPPoE？

PPPoE(PPPoverEthernet)即运行在以太网上的PPP，此时需要提出的问题是：为什么要将PPP运行在以太网链路上？那是因为传统的PPP协议是针对点对点链路所设计的广域网协议。它能方便、简单地对用户进行认证、监控、计时，因为线路上只有两个点，其中一个是用户PPP的接入端；另一个就是ISP接收PPP接入的服务端。如图8.95所示，比如：基于传统的PSTN拨号的PPP接入，可以非常方便、清楚地对各个PPP接入的用户进行记账、认证，因为每条PPP接入链路只有两个点。但现今的宽带接入多为桥接式、共享介质、多路访问类型的接入，比如：ADSL，如图8.96所示。任务8.6.3图8.95传统PPP的接入状态图8.96架设在桥接式、共享介质、多路访问类型上的ADSL任务8.6.3现在需要接入Internet的计算机在一个多路访问的以太网上，既然是一个多路访问的链路，那么在链路上就不止一个网络节点，如图8.96所示，有A、B、C、D四个接入点。这就为运营商接入认证与计费提出了考验。因为链路上的接入点有多个，可控性也就下降了，这一切都将面对一些相互矛盾的目标，多个用户既要通过同一个用户前置接入设备（CPE）连接，又要提供类似拨号一样的接入控制、认证、计费等功能，而且要尽可能地减少用户的配置操作。解决的办法是，使用PPPoE将多路访问上的多点接入模拟成点对点的接入，如图8.97所示。要模拟点对点的接入，就要将PPP这个点对点的协议进行扩展，让PPP运行在多路访问的链路上。将多路访问的网络变成点对点的网络，这样既提高了可控性，又能使用PPP的认证功能对接入点进行身份验证。当A、B、C、D四台主机发起ADSL拨号时，就会与ADSL的接入服务器（实际上就是DSL网络的汇聚路由器）建立一个运行在以太网上的PPP连接，也就是PPPoE。然后将接入点与接入服务器形成一个点对点的会话，而且每一个PPPoE的会话都分配一个唯一的会话ID，所以PPPoE的服务器就能根据各个PPPoE的会话ID去认证或维护一个点对点的用户接入。任务8.6.3图8.97使用PPPoE维护多个点对点的会话注意：PPPoE的实质还是PPP，它只是PPP协议的一种应用扩展！任务8.6.4理解并取证PPPoE的工作原理PPPoE的报文结构如图8.98所示，现在来理解数据报文的各个字段。图8.98PPPoE的报文结构目标MAC：PPPoE发现阶段的目标MAC是FFFF.FFFF.FFFF，属于以太网广播帧。源MAC：用户CPE设备（接入计算机或者路由器）的MAC。以太网类型：该字段在PPPoE的发现阶段是0x8863，指示发现阶段的PPPoE控制帧，在PPP会话阶段是0x8864。任务8.6.4净荷：在以太网帧净荷中是一个完整的PPPoE结构，它需要使用头部中的附加信息字段，各个字段的意义如下。版本（VER）：4个比特，对于现在正在使用的PPPoE而言，它总是0x1。类型：4个比特，这里的类型是在以太网净荷中真正的PPPoE结构中的类型，并不是以太网数据帧头部中的类型，它对于PPPoE而言，总是0x1。代码：8个比特，该字段在PPPoE的发现阶段，它会随着发现阶段所使用的控制消息不同，而有所不同。在发现阶段常见的4种代码是，PPPoE的ActiveDiscoveryInitiation（PPPoE的发现初始化），代码为0x09；PPPoE的ActiveDiscoveryOffer（PPPoE的发现提供），代码为0x07；PPPoE的ActiveDiscoveryRequest（PPPoE的发现请求），代码为0x19；PPPoE的分配Session_ID（PPPoEr的分配会话ID），代码为0x65。在PPPoE正式的会话阶段代码值总是为0x00。会话ID（Session_ID）：该字段在不同的进程时期是可变的，它是在PPPoE发现阶段的最后一步，由汇聚路由器分配给CPE设备的值。请注意：该值一旦分配给某个PPP会话，那么该值在这个PPP会话中必须是固定的，在没有分配会话ID前该字段为0x0000。长度：16个比特，指示PPPoE的净荷长度，它不包括以太网头部和PPPoE头部。净荷：PPPoE的净荷。CRC：整个以太网帧的校验和。任务8.6.4理解并取证PPPoE的工作过程1、PPPoE的工作原理示意图如图8.99所示。PPPoE的客户端（CPE设备）发送请求服务的PPPOEActiveDiscoveryInitiation（PADI）初始化控制消息，源MAC为发送CPE的MAC地址，目标MAC为广播MAC地址（FFFF.FFFF.FFFF），PPPoE的代码字段为0x09。PADI的真实数据帧如图8.100所示。图8.99PPPoE的工作原理示意图任务8.6.4图8.100PPPoE的PADI数据帧2、DSL网络的汇聚路由器会回送PPPoE的ActiveDiscoveryOffer（PADO）提供控制消息，源MAC为DSL网络汇聚路由器的MAC地，目标MAC为用户CPE的MAC地，代码为0x07。PAD0的真实数据帧如图8.101所示图8.101PPPoE的PADO数据帧任务8.6.43、用户CPE设备收到PADO消息后，会发送PPPoE的ActiveDiscoveryRequest（PADR）请求消息，源MAC为用户CPE设备的MAC，目标MAC为DSL网络汇聚路由器的MAC，代码为0x19。PADR的真实数据帧如图