文章目录
- PPPoE解决了哪些问题
- PPPoE如何建立连接
- PPPoE与IPoE相比有哪些不同
PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet）可以称作为以太网上的PPP协议，应用在链路层。它通过在以太网上提供点到点的连接，建立PPP会话，封装PPP报文为PPPoE报文。PPPoE技术可以将用户连接到远程接入设备上，并提供良好访问控制功能，提供了一种经济的用户接入技术。
PPPoE利用以太网络，提供远程的多个用户主机接入功能，并且能够提供数据传输的出入报文数、字节数以及连接的起始、结束时间等计费数据，解决用户上网收费等实际应用问题，因而被广泛应用于接入运营商网络。
PPPoE解决了哪些问题
PPP协议是一种点对点协议，点对点的含义即为一个节点只能访问另一个指定的节点。PPP协议处于OSI（Open Systems Interconnection）参考模型的第二层，即TCP/IP数据链路层，主要用于全双工的异步链路上进行点到点的数据传输。PPP协议的一个重要功能便是提供了身份验证功能。但是在通信双方身份验证协议报文中没有提供地址信息，而以太网是一个广播类型的多路访问网络，因而PPP协议是无法直接应用在以太网链路上的。
以太网技术虽然具有简单易用，成本低等特点，但是以太网广播网络的属性，使得其通信双方无法相互验证对方的身份，因而通信是不安全的。
如何解决以上问题，同时又在现有的网络结构基础上，保证网络的低成本运营？答案便是PPPoE技术。PPPoE结合了PPP协议通信双方身份验证的功能，在PPP组网结构的基础上，将PPP报文封装成PPPoE报文，从而实现以太网上的点对点通信，使得以太网中的客户端能够连接到远端的宽带接入设备上。
PPPoE的特点
PPPoE在功能上具有以下特点：
- PPPoE由于集成了PPP协议，实现了传统以太网不能提供的身份验证、加密等功能。
- PPPoE通过唯一的Session ID可以很好地保障用户的安全性。
PPPoE在应用上具有以下特点：
- PPPoE拨号上网作为一种最常见的方式让终端设备能够连接ISP（Internet Service Provider）从而实现宽带接入。
- PPPoE可用于缆线调制解调器（Cable Modem）和数字用户线路（Digital Subscriber Line）等以太网线，通过以太网协议向用户提供接入服务。
总而言之，PPPoE技术将以太网技术的经济性与PPP协议的可管理控制性结合在一起，提供接入互联网的功能。对于运营商来说，它能够最大限度地利用电信接入网现有的体系结构，利用现有的拨号网络资源，运营和管理的模式也不需要很大的改变；对于用户来说，使用感与原来的拨号上网没有太大区别，较容易接受。
PPPoE如何建立连接
本节将介绍PPPoE的报文结构以及PPPoE建立连接的几个阶段。
PPPoE报文
在了解PPPoE建立连接的阶段之前，我们先来了解下PPPoE协议的报文结构，PPPoE报文的格式就是在以太网帧中携带PPP报文，报文封装结构如图1 PPPoE协议报文结构图所示，PPPoE报文字段说明如表1 PPPoE报文字段说明所示。
PPPoE协议报文结构图
表1-1 PPPoE报文字段说明
PPPoE建立连接的阶段
在了解PPPoE建立连接的阶段之前，先了解下PPPoE组网结构中的各种角色。
PPPoE协议采用Client/Server模式，如PPPoE接入组网图所示，基本的PPPoE组网中的角色有PPPoE Client，PPPoE Server（通常为BRAS设备），以及RADIUS设备。
PPPoE接入组网图
PPPoE用户上线需要经过两个阶段，发现阶段和PPP会话阶段。发现阶段主要是选择PPPoE服务器，并确定所要建立的会话标识符Session ID。PPP会话阶段即执行标准的PPP过程，包括LCP协商、CHAP/PAP认证、NCP协商等阶段。
PPPoE工作原理实现过程
具体的PPPoE发现阶段和PPP会话阶段的时序如下图所示。
PPPoE发现阶段和PPP会话阶段时序图
发现阶段
发现阶段是指设备为用户分配接入的Session ID，用来标识一条用户与设备之间的PPPoE虚拟链路。
- PPPoE Client广播一个PADI（PPPoE Active Discovery Initiation，PPPoE激活发现起始）报文，在此报文中包含用户想要得到的服务类型信息。
- 以太网内的所有PPPoE Server在收到这个初始化报文后，将其中请求的服务与自己能提供的服务进行比较，其中可以为PPPoE Client提供此服务的PPPoE Server会回应PADO（PPPoE Active Discovery Offer，PPPoE激活发现服务）报文。
- PPPoE Client可能会收到多个PPPoE Server回应的PADO报文。PPPoE Client会根据一定的条件从返回PADO报文的PPPoE Server中选定符合条件的PPPoE Server，并向它返回一个会话请求报文PADR（非广播）（PPPoE Active Discovery Request，PPPoE激活发现请求），在PADR报文中封装所需的服务信息。
- 被选定的PPPoE Server在收到PADR报文后，PPPoE Server会产生一个唯一的会话标识以标识它和PPPoE Client的这段PPPoE会话。并把这个特定的会话标识包含在会话确认报文PADS（PPPoE Active Discovery Session-confirmation，PPPoE激活发现会话确认）中回应给PPPoE Client，如果没有错误发生就进入到PPP会话阶段，而PPPoE Client在收到会话确认报文后如果没有错误发生也进入到PPP会话阶段。
PPP会话阶段
PPP会话阶段包括LCP协商、PAP/CHAP认证、NCP协商等阶段。
- LCP协商
进入PPP会话阶段之后，首先进行LCP协商，LCP协商过程如下。
- PPPoE Client与PPPoE Server互相发送LCP Configure-Request报文。
- 双方收到Configure-Request报文后，根据报文中协商选项支持情况做出适当的回应（请参见下表）。若两端都回应了Configure-ACK，则标志LCP链路建立成功，否则会继续发送Request报文：
1.如果在设定的LCP协商间隔与协商次数内，对端回应了Configure-ACK，则LCP链路建立成功。
2.如果在超过了设定的LCP协商次数后，对端尚未回应Configure-ACK，则终止LCP协商。 - LCP链路建立成功后，PPPoE Server会周期性地向PPPoE Client发送LCP Echo-Request报文，然后接收PPPoE Client回应的Echo-Reply报文，来探测LCP链路是否正常，以维持LCP连接。
表1-2 回应报文类型列表
- PAP/CHAP认证
LCP协商完成后，会进入认证阶段，该阶段支持PAP认证和CHAP认证两种认证方式。
PAP认证
PAP为两次握手协议，是通过用户名和密码来对用户进行认证，并且是以明文的方式传递用户名和密码。PPPoE Server（或者RADIUS服务器）根据本端的用户表查看用户名和密码是否正确。适用于网络安全要求相对较低的环境。
CHAP认证
CHAP为三次握手协议，也是由PPPoE Server（或者RADIUS服务器）根据本端的用户表查看用户名和密码是否正确。但是CHAP认证方式只在网络上传输用户名，不传输用户密码，安全性比PAP要高。
- NCP协商
NCP协商的主要功能是协商PPP报文的网络层参数，如IPCP、IPv6CP等。PPPoE Client主要通过IPCP协议来获取访问网络的IP地址或IP地址段。
NCP协商的流程与LCP流程类似。NCP协商成功之后，PPPoE Client可以正常访问网络。
NCP协商成功之后，即为PPPoE Client上线，此时PPPoE Server（通常为BRAS设备），会给RADIUS服务器发送计费请求报文，通过RADIUS服务器对PPPoE Client进行计费。
PPPoE与IPoE相比有哪些不同
目前，PPPoE和IPoE（IP over Ethernet）作为用户接入两大最常见的接入方式，已经实现了广泛的应用。虽然两者都属于用户接入的方式，但PPPoE和IPoE之间有很大的区别。接下来对PPPoE和IPoE进行对比。
IPoE是一种在以太网络上直接封装传输IP报文的用户接入方式。IPoE技术依赖DHCP协议提供IP地址，但是DHCP协议本身并不具备建立链路、认证用户以及链路监测的功能。因而IPoE技术将DHCP协议和可扩展身份验证协议，例如Web协议，802.1X协议等，结合在一起，提供了与PPPoE相同的功能。详细对比如下图所示。
PPPoE和IPoE对比图
PPPoE的认证方式可管理性强，本身安全性很高，其代价是限制了网络的使用范围和组播业务的开展，因此在HSI（High Speed Internet，高速上网业务）和光纤宽带拨号上网业务应用比较广泛，给学校、企业、家庭用户带来了快速、方便的宽带接入方式。IPoE可以自主管理IP地址的使用期限，可以在局域网范围内进行设置，无需客户端软件，操作简单，但是需要配合其他协议来进行认证，在IPTV(Internet protocol television，互联网协议电视)/VoIP（Voice over IP，IP承载语音）业务上应用比较广泛。
IPoE的安全性方面需要家庭网关，网络接入设备，宽带网络网关协同工作。其保证策略包括：反地址欺骗、用户终端数限制、防Dos攻击、业务隔离、非法组播源抑制、端口隔离。IPoE在组播业务场景下，可以将组播复制下移到靠近用户的设备，因此在IPTV和VoIP方面得到了广泛应用。
