理解并取证：DLS网络架构和PPPOE数据帧-阿里云开发者社区

DSL(DigitalSubscriber Line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的被使用，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，传输质量与速率将随之下降，通常用户到电话中心局的距离在5500米左右。

为了能更好的理解DSL的基本原理与配置过程，首先拟订一个清晰的学习线路如下：

n理解DSL的基本分类

n以ADSL为例理解DSL网络的物理架构

n关于在ADSL网络中使用PPPOE协议

n理解并取证PPPOE的工作原理

n演示：计算机、CPE通过PPPOE拨号到运营商的聚合路由器以获取ADSL连接。

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(Asymmetric Digital Subscriber Line)非对称数字用户线路和SDSL（SymmetricDigital Subscriber Line）对称数字用户线路。

ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)非对称数字用户线路，它提供不对称的上传和下载速度，通常下载速度远高于上传的速度，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左右，提供1.5～8Mbit/s的下载速率，以及16Kbit/s－1Mbit/s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（SymmetricDigital Subscriber Line）对称数字用户线路，它提供对称的上传与下载速度，其速率范围在128Kbit/s-2.32Mbit/s之间，最常见的实现速率为768Kbit/s，在本书中不以描述SDAL（SDSL）为重点，如果需要获得更多关于SDSL的描述，请参考CCNP的远程接入或者关于ISP相关的更多手册。

以ADSL为例理解DSL网络的物理架构

ADSL(AsymmetricDigital Subscriber Line)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网络的物理架构如下图8.93所示。现在来理解在ADSL网络基础结构中，每个网络元件的定义与作用以及其它相关的专业术语：

nCPE：即CustomerPremise Equipment用户前端设备的缩写，在DSL网络中的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ADSL modem，通常将这类用户接入设备称之为ATU-R（ADSL Transmission Unit-Remote ADSL传输单元远程端）

n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。

nDSLAM：即DigitalSubscriber Line Access Multiplexer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，相当于是一个二层交换机。如果更形象的讲：是一个包含多个ATU-C单元的机箱；ATU-C（ADSLTransmission Unit-Central Office ADSL的传输单元中心）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。

nDSL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。

关于ADSL的信道使用情况：

ADSL的信道使用如下图 8.94所示，0-4kHz分配给传统的电话使用，25kHz-160kHz分配置给上传数据使用，240kHz-1.1MHz分配给下载数据使用。它的特点：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视屏点播与语音传递是一个很好的选择。

关于在ADSL网络中使用PPPOE协议

如下图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将是一个不错的选则择，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：PPP overEthernet 即运行在以太网上的PPP，此时需要提出的问题：“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、简单的对用户进行认证、监控、计时，因为线路上只有两个点，一个为用户PPP的接入端；另一个就是ISP接收PPP接入的服务端。如下图8.95所示，比如：基于传统的PSTN拨号的PPP接入，可以非常方便、清楚的对各个PPP接入的用户进行记账、认证，因为每个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，如下图8.96所示。

现在需要进行Internet的接入点在一个桥接式、共享介质、多路访问的以太网上，那么，既然是一个多路访问的链路，在链路上就不止一个网络接点，如图8.96所示，有A、B、C、D四个接入点。那么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，这一切都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，如下图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四个主机发起ADSL的拨号时，就会与ADSL的接入服务器（实际就是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。

注意：PPPOE的实质还是PPP，它只是PPP协议的一种应用扩展！

理解并取证PPPOE的工作原理

PPPOE的报文结构如下图8.98所示，现在来理解数据报文的各个字段：

n目标MAC：PPOE发现阶段的目标MAC是FFFF.FFFF.FFFF属于以太网广播帧。

n源MAC：用户CPE设备（接入计算机或者路由器）的MAC。

n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。

n净荷：在以太网帧净荷中的是一个完整的PPPOE结构，它需要使用于头部中的附加信息字段，各个字段的意义如下：

n版本（VER）：4个比特，对于现在正在使用的PPPOE而言，它总是0X1。

n类型：4个比特，这里的类型是在以太网净荷，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。

n代码：8个比特，它在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:PPPOE的ActiveDiscovery Initiation（PPPOE的发现初始化），代码为0x09；PPPOE的ActiveDiscovery Offer（PPPOE的发现提供），代码为0x07；PPPOE的Active Discovery Request（PPPOE的发现请求），代码为0x19；PPPOE的分配SESSION_ID（PPPOE分配会话ID），代码为0x65；而在PPPOE正式的会话阶段代码值总是为0x00。

n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，但是请注意该值一但分配给某个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。

n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。

n净荷：PPPOE的净荷。

nCRC：整个以太网帧的校验和。

理解并取证PPPOE的工作过程：

第一步：如上图8.99所示环境，PPPOE的客户端（CPE设备）发送请求服务的PPPOE Active Discovery Initiation（PADI）初始化控制消息，源MAC为发送CPE的MAC，目标MAC为广播MAC（FFFF.FFFF.FFFF），PPPOE的代码字段为0x09，PADI的真实的数据帧如下图8.100所示。

第二步：DSL网络的汇聚路由器会回送PPPOE的Active Discovery Offer（PADO）的提供控制消息，源MAC为DSL网络汇聚路由器的MAC，目标MAC为用户CPE的MAC。代码为0x07；PAD0的真实的数据帧如下图8.101所示。

第三步：用户CPE设备收到PADO消息后，会发送PPPOE的ActiveDiscovery Request（PADR）的请求消息，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的真实的数据帧如下图8.102所示。

第四步：当DSL网络的汇聚路由器收到CPE设备的PADR请求后，它会为CEP设备分配一个会话ID，至此，以后的PPP会话全部建立在这个会话ID之上，该PPPOE消息的代码是0x65,源MAC地址是DLS网络汇聚路由器的MAC，目标MAC是用户CPE设备的MAC，PADS的真实的数据帧如下图8.103所示。