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PPPoE原理与配置方法

2023-11-13

一、PPPoE原理

数字用户线路DSL(Digital Subscriber Line)是以电话线为传输介质的传输技术，人们通常把所有的DSL技术统称为xDSL，x代表不同种类的数字用户线路技术。目前比较流行的宽带接入方式为ADSL，ADSL是非对称DSL技术，使用的是PPPoE（PPP over Ethernet）协议。 PPPoE协议通过在以太网上提供点到点的连接，建立PPP会话，使得以太网中的主机能够连接到远端的宽带接入服务器上。PPPoE具有适用范围广、安全性高、计费方便等特点。

1.1 DSL简介

  • 数字用户线路DSL是以电话线为传输介质的传输技术。

在这里插入图片描述
DSL是一种利用现有电话网络实现数据通信的宽带技术。在使用DSL接入网络时，用户侧会安装调制解调器，然后通过现有的电话线与数字用户线路接入复用器（DSLAM）相连。DSLAM是各种DSL系统的局端设备，属于最后一公里接入设备。
然后，DSLAM通过高速ATM网络或者以太网将用户的数据流量转发给宽带远程接入服务器（BRAS）。BRAS是面向宽带网络应用的接入网关，位于骨干网的边缘层。

1.2 PPPoE在DSL中的应用

在这里插入图片描述
运营商希望通过同一台接入设备来连接远程的多个主机，同时接入设备能够提供访问控制和计费功能。在众多的接入技术中，把多个主机连接到接入设备的最经济的方法就是以太网，而PPP协议可以提供良好的访问控制和计费功能，于是产生了在以太网上传输PPP报文的技术，即PPPoE。PPPoE利用以太网将大量主机组成网络，通过一个远端接入设备连入因特网，并运用PPP协议对接入的每个主机进行控制，具有适用范围广、安全性高、计费方便的特点。PPPoE技术解决了用户上网收费等实际应用问题，得到了宽带接入运营商的认可并被广泛应用。

1.3 PPPoE报文

  • PPPoE报文是使用Ethernet格式来进行封装的。

在这里插入图片描述

字段 释义
DMAC 表示目的设备的MAC地址，通常为以太网单播目的地址或者以太网广播地址（0xFFFFFFFF）
SMAC 表示源设备的以太网MAC地址
Type 表示协议类型字段，当值为0x8863时表示承载的是PPPoE发现阶段的报文。当值为0x8864时表示承载的是PPPoE会话阶段的报文
  • PPPoE字段中的各个字段解释如下：
字段 释义
VER 表示PPPoE版本号，值为0x01
Type 表示类型，值为0x01
Code 表示PPPoE报文类型，不同取值标识不同的PPPoE报文类型
Sessions ID PPPoE会话ID，与以太网SMAC和DMAC一起定义了一个PPPoE会话
Length 表示PPPoE报文的Payload长度，不包括以太网头部和PPPoE头部的长度

1.4 PPPoE会话建立过程

PPPoE可分为三个阶段，即发现阶段、会话阶段和会话终结阶段。
在这里插入图片描述
PPPoE会话过程使用的报文：

  • PADI（PPPoE Active Discovery Initiation）报文：用户主机发起的PPPoE服务器探测报文，目的MAC地址为广播地址。
  • PADO（PPPoE Active Discovery Offer）报文：PPPoE服务器收到PADI报文之后的回应报文，目的MAC地址为客户端主机的MAC地址。
  • PADR（PPPoE Active Discovery Request）报文：用户主机收到PPPoE服务器回应的PADO报文后，单播发起的请求报文，目的地址为此用户选定的那个PPPoE服务器的MAC地址。
  • PADS（PPPoE Active Discovery Session Configuration）报文：PPPoE服务器分配一个唯一的会话进程ID,并通过PADS报文发送给主机。
  • PADT（PPPoE Active Discovery Terminate）报文：当用户或者服务器需要终止会话时,可以发送这种PADT报文。

在这里插入图片描述

  1. 用户客户端向服务器发送一个PADI报文，开始PPPOE接入。
  2. 服务器向客户端发送PADO报文。
  3. 客户端根据回应，发起PADR请求给服务器。
  4. 服务器产生一个Session ID，通过PADS发给客户端。
  5. 客户端和服务器之间进行PPP的LCP协商，建立链路层通信。同时，协商使用CHAP认证方式。
  6. 服务器通过Challenge报文发送给认证客户端，提供一个128bit的Challenge。
  7. 客户端收到Challenge报文后，并将密码和Challenge做MD5算法运算后，在Response回应报文中把结果发送给服务器。
  8. 服务器根据用户发送的信息判断用户是否合法，然后回应认证成功/失败报文，将认证结果返回给客户端。
  9. 进行NCP（如IPCP）协商，通过服务器获取到规划的IP地址等参数。

1.4.1 PPPoE发现阶段

Step：One
  • 客户端通过广播发送PADI报文来发现接入服务器。
    在这里插入图片描述
    在发现阶段，PPPoE客户端在本地以太网中广播一个PADI报文，此PADI报文中包含了客户端需要的服务信息。在PADI报文中，目的MAC地址是一个广播地址，Code字段为0x09，Session ID字段为0x0000。所有PPPoE服务器收到PADI报文之后，会将报文中所请求的服务与自己能够提供的服务进行比较。
Step：two
  • 所有的PPPoE 服务器在收到PADI报文之后，将客户端请求的服务与自己能够提供的服务进行比较，如果可以提供，则单播回复PADO报文。

在这里插入图片描述
如果服务器可以提供客户端请求的服务，就会回复一个PADO报文。客户端（RTA）可能会收到多个PPPoE服务器发送的PADO报文。在PADO报文中，目的地址是发送PADI报文的客户端MAC地址，Code字段为0x07，Session ID字段为0x0000。

Step：Three
  • PPPoE客户端选择最先收到的PADO报文对应的PPPoE服务器，并单播发送一个PADR报文。
  • 在这里插入图片描述
    因为PPPoE客户端是以广播的形式发送PADI报文，所以客户端可能会收到多个PADO报文。在接收到的所有PADO报文中，PPPoE客户端选择最先收到的PADO报文对应的PPPoE服务器，并发送一个PADR报文给这个服务器。在PADR报文中，目的地址是选中的服务器的MAC地址，Code字段为0x19，Session ID字段为0x0000。
Step：Four
  • PPPoE服务器生成唯一的PPPoE Session ID，并发送PADS报文给客户端，会话建立成功。

在这里插入图片描述
PPPoE服务器收到PADR报文后，会生成一个唯一的Session ID来标识和PPPoE客户端的会话，并通过一个PADS报文把Session ID发送给PPPoE客户端。在PADS报文中，目的地址是PPPoE客户端的MAC地址，Code字段为0x65，Session ID字段是PPPoE服务器为本PPPoE会话产生的Session ID。会话建立成功后，PPPoE客户端和服务器进入PPPoE会话阶段。

1.4.2 PPPoE会话阶段

  • PPPoE会话上的PPP协商和普通的PPP协商方式一致，分为LCP、认证、NCP三个阶段。
  • PPPoE会话的PPP协商成功后，就可以传输PPP数据。
    在这里插入图片描述
  1. PPPoE会话阶段可分为两部分：PPP协商阶段和PPP报文传输阶段。
    PPPoE Session上的PPP协商和普通的PPP协商方式一致，分为LCP、认证、NCP三个阶段。LCP阶段主要完成建立、配置和检测数据链路连接。LCP协商成功后，开始进行认证，认证协议类型由LCP协商结果决定。认证成功后，PPP进入NCP阶段，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地址和DNS服务器地址等。
  2. PPPoE Session的PPP协商成功后，就可以承载PPP数据报文。在这一阶段传输的数据包中必须包含在发现阶段确定的Session ID并保持不变。

1.4.3 PPPoE会话终结

  • PADT报文用于通知对端PPPoE会话结束。
    在这里插入图片描述
    当PPPOE客户端希望关闭连接时，可以向PPPOE服务器端发送一个PADT报文。同样，如果PPPOE服务器端希望关闭连接时，也可以向PPPOE客户端发送一个PADT报文，此报文用于关闭连接。
    在PADT报文中，目的MAC地址为单播地址，Session ID为希望关闭的连接的Session ID。一旦收到一个PADT报文之后，连接随即关闭。

二、PPPoE配置方法

实验拓扑：
在这里插入图片描述
PPPoE-Service：

<Huawei>system-view
[Huawei]sysname  PPPoE-Service
[PPPoE-Service]ip pool pppoe
[PPPoE-Service-ip-pool-pppoe]network 192.168.1.0 mask 255.255.255.0
[PPPoE-Service-ip-pool-pppoe]gateway-list 192.168.1.1 
[PPPoE-Service-ip-pool-pppoe]quit
[PPPoE-Service]interface Virtual-Template 1
[PPPoE-Service-Virtual-Template1]ppp authentication-mode pap
[PPPoE-Service-Virtual-Template1]remote address pool pppoe
[PPPoE-Service-Virtual-Template1]ppp ipcp default-route
[PPPoE-Service-Virtual-Template1]ppp ipcp dns 8.8.8.8
[PPPoE-Service-Virtual-Template1]ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
[PPPoE-Service-Virtual-Template1]quit
[PPPoE-Service]aaa
[PPPoE-Service-aaa]local-user pppoe password cipher 123456
[PPPoE-Service-aaa] local-user pppoe service-type ppp
[PPPoE-Service]interface GigabitEthernet 0/0/0
[PPPoE-Service-GigabitEthernet0/0/0]pppoe-server bind Virtual-Template 1
[PPPoE-Service-GigabitEthernet0/0/0]quit
[PPPoE-Service]interface LoopBack 0    # 模拟ISP外网
[PPPoE-Service-LoopBack0]ip address 172.16.1.1 255.255.255.255 
[PPPoE-Service-LoopBack0]quit
[PPPoE-Service]ip route-static 192.168.2.1 255.255.255.0 GigabitEthernet 0/0/0

PPPoE-Client：

<Huawei>system-view
[Huawei]sysname  PPPoE-Clienct
[PPPoE-Client]dialer-rule      #进入dialer-rule视图
[PPPoE-Client-dialer-rule]dialer-rule 1 ip permit #允许ip流量触发拨号
[PPPoE-Client-dialer-rule]quit
[PPPoE-Client]interface Dialer 1 # 创建一个用于拨号的虚接口
[PPPoE-Client-Dialer1]link-protocol ppp
[PPPoE-Client-Dialer1]ppp pap local-user pppoe password cipher 123456
[PPPoE-Client-Dialer1] ip address ppp-negotiate
[PPPoE-Client-Dialer1] mtu 1492
[PPPoE-Client-Dialer1] dialer user pppoe
[PPPoE-Client-Dialer1] dialer bundle 1
[PPPoE-Client-Dialer1] dialer-group 1
[PPPoE-Client-Dialer1]quit
[PPPoE-Client]interface GigabitEthernet 0/0/0
[PPPoE-Client-GigabitEthernet0/0/0]pppoe-client dial-bundle-number 1
[PPPoE-Client-GigabitEthernet0/0/0]quit
[PPPoE-Client]interface GigabitEthernet 0/0/1
[PPPoE-Client-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
[PPPoE-Client-GigabitEthernet0/0/1]dhcp select interface
[PPPoE-Client-GigabitEthernet0/0/1]dhcp server lease day 3
[PPPoE-Client-GigabitEthernet0/0/1]dhcp server dns-list 8.8.8.8
[PPPoE-Client-GigabitEthernet0/0/1]quit
[PPPoE-Client]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 Dialer 1

实验结果：
在这里插入图片描述

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