基于BAS的PPPoE协议实现

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随着对PPPoE的深入学习,到这里我们就来讲解一下PPPoE协议在BAS上的实现过程。首先,我们还需要了解一下实现的方式。

前面我们对PPPoE的基础内容进行了讲解。这里我们则重点讲解一下PPPoE协议在BAS上的实现。PPPoE拨号软件在应用中已经很成熟(Windows XP中自带),下面重点讨论PPPoE在接入服务器BAS中的实现方式。

1 PPPoE协议的效率

从PPPoE协议模型可以看出,BAS汇聚了用户的所有数据流,它必须将每一个PPPoE包都拆开检查处理,这在很大程度上是沿袭了传统的PPP处理的方式,虽然有很好的安全性,但一旦用户很多,数据包数量很大,解封装速度就需要很快,BAS很大的精力花在检测用户的数据包上,容易形成接入的“瓶颈”。

为此,在BAS的硬件结构上可以采用分布式网络处理器(NP)和ASIC芯片设计。网络处理器是专门针对电信网络设备而开发的专用处理器,它有一套专门的指令集,用于处理电信网络的各种协议和业务,可以大大提高设备的处理能力。同时,ASIC芯片转发数据包时接近硬件的转发性能,远非CPU软件方式可比,采用这种方式将PPPoE数据流的处理与转发分开,工作效率大大提高。此外在软件系统结构上还应该与其他技术相结合,更好地发挥PPPoE的性能。

2 PPPoE与VLAN的结合

VLAN即虚拟局域网,是一种通过将局域网内的设备逻辑地划分成一个个不同的网段,从而实现虚拟工作组的技术。划分VLAN的目的,一是提高网络安全性,不同VLAN的数据不能自由交流,需要接受第三层的检验;二是隔离广播信息,划分VLAN后,广播域缩小,有利于改善网络性能,能够将广播风暴控制在一个VLAN内部。

PPPoE是一个客户端/服务器协议,客户端需要发送PADI包寻找BAS,因此它必须同BAS在同一个广播式的二层网络内,与VLAN的结合很好地解决了这方面的安全隐患。此外通过将不同业务类型的用户分配到不同的VLAN处理,可以灵活地开展业务,加快处理流程,当然VLAN的规划必须在二层设备和BAS之间统一协调。

BAS收到上行的PPPoE包后,首先判别VLAN ID的所属类别,如果是普通的拨号用户,则确定是Discovery阶段还是会话阶段的数据包,并严格按照PPPoE协议处理。在会话阶段,根据不同的用户类型从不同的地址池中向用户分配IP地址,地址池由上层网管配置。如果是已经通过认证的用户的数据包,则根据该用户的服务类型处理,比如,如果是本地认证的拨号用户,且对方也申请有同样的功能,则直接由本地转发。

如果是专线用户,则不用经过PPPoE协议复杂的认证过程,直接根据用户的VLAN ID便可进入专线用户处理流程,接入速度大大提高。此外为了统一网管,在BAS与其他设备之间需要通信,这些数据包是内部数据包,也可根据VLAN ID来辨别。

对于下行数据,由于BAS负责分配和解析用户的IP,兼有网关的功能,它收到数据包的目的IP是用户的,因此以IP为索引查找用户的信息比根据MAC要方便得多,这一点与普通的交换机有所不同,具体过程跟上行处理差不多。

3 PPPoE对多业务选择的支持

多业务选择指的是用户通过一条终结到BAS的PPP连接来自主地选择后台网络运营商所提供的多种业务。之所以要支持多业务的选择,一方面是因为各种业务的具体实现在技术上的侧重点是不同的,对网络性能的要求也不尽相同,以前采取的固定分配的方式非常不便;另一方面,从网络应用的发展看,网络内容服务供应商ICP与网络接入商ISP的分离是必然趋势,在接入汇聚侧,ISP必须严格保证将用户选择的业务流转发到相应的ICP中去。

目前采用的方法是用户先在PPPoE拨号软件中选择相应的业务,然后对用户进行业务授权确认,***激活BAS内部相应的处理模块。但是采用这种方式,用户只能知道业务的名字,无法直观地、全面地获知BAS提供的各种业务类型,特别是在新业务的开展上十分困难,有很大的局限性。

因此可以将BAS与后台业务选择网关及RADIUS服务器相配合,采取先认证后选择业务的方式,具体操作如下:

(1)主机发送PADI寻找BAS,PADI中包含一个服务名类型的TAG,它的值为空,表示该用户可以接受任何类型的服务。

(2)BAS收到包后回送PADO,PADO中包含所有可以提供的服务的TAG,同时,还包含一个服务名为General的TAG。

(3)主机发送PADR。用户选择已知的服务名,也可以选择General服务。

(4)BAS收到PADR包后为用户分配资源,并开始PPP协商过程。在PPP过程中,BAS将用户输入的账号和密码等信息送到RADIUS服务器上认证。

(5)通过认证的用户,享受BAS提供的该项服务,但如果选择的是General,则被强制访问与BAS直连的服务选择网关。后台的服务选择网关是一台具有Web Server功能的服务器,用户可以通过Web的交互式界面得到可选择业务的相关信息(包括费用、带宽等),同时显示该用户账号对应的信息。

(6)用户选择相应的业务,同时服务选择网关会定义各种用户的业务范围和操作权限。

(7)服务选择网关激活接入服务器内部相应的业务模型实现该业务。以上方式是严格按照PPPoE协议执行的,与当前流行的拨号软件完全兼容,如果用户对其他的业务根本不感兴趣而对已申请的业务非常熟悉,也不影响用户的习惯。

从BAS的角度考虑,PPPoE协议的操作流程也没有什么改变,只是多添了一种服务类型而已。如果运营商当前没有服务选择网关,可以通过网管配置,在对PADI包的回应时不包含General服务就可以了。

对于运营商来说,采用以上方式不仅大大提高了接入用户操作的透明度,还可以起到业务门户的作用,为下一步的服务扩展提供空间,而且从宽带接入网以后发展的趋势来看,按需分配与业务类型相应的带宽和QoS是必然的,PPPoE的这种业务选择运营模式是今后业务选择的发展方向。

4 PPPoE对组播的支持

PPPoE本身是一个点到点的协议,每一个用户与BAS之间都有一条PPP的链接,用户与BAS之间是通过这条链路经二层设备以单播的形式传输数据。但是随着网上视频业务的不断发展,人们对带宽的需求越来越大,PPPoE对组播的支持显得非常重要。PPPoE所支持的组播协议通常指的是二层组播协议IGMP proxy或IGMP Snooping,采取的基本方法是对每个组播数据包分组传送,下面分析这两种协议的实现方式。

◆IGMP Snooping

IGMP Snooping是靠侦听用户与路由器之间通信的IGMP报文维护组播地址和VLAN的对应表的对应关系,它将同一组播组的活动成员映射为一个VLAN,在收到组播数据包后,仅向该组播组所对应的VLAN成员转发。主要操作流程如下:

(1)主机与BAS进行PPPoE协商,通过PPPoE认证。

(2)主机向路由器发送IGMP成员报告包,BAS监听到该包,并从PPPoE数据包中得到组播组的地址,将该用户添加到对应的VLAN,如果该用户是组播组的***个用户,则为这个组播组产生一个组播条目,并将该报文转发至上层路由器以更新组播路由表。

(3)BAS收到路由器的组播数据报文时,根据组播MAC地址和组播IP地址的对应关系,找到对应的VLAN,然后将数据包封装成PPPoE协议的会话包,向VLAN内的成员转发。

(4)当收到来自主机的申请离开组播组的包时,BAS把收到该包的端口从相应的VLAN中删除,若该用户是组播组***一个用户(此时VLAN为空),则把该VLAN删除,并把该包内容通过上行端口转发出去。 IGMP Snooping的规则比较简单,下行方向透传查询包,上行方向根据需要转发加入或离开包,但要求BAS必须有3层提取功能,它对于主机和路由器是透明的。

◆IGMP Proxy

IGMP Proxy是靠拦截用户和路由器之间的IGMP报文建立组播表,Proxy设备的上联端口执行主机的角色,下联端口执行路由器的角色。

下面是简要流程:

(1)主机与BAS进行PPPoE协商,通过PPPoE认证。

(2)上联端口执行主机的角色,响应来自路由器的查询,当新增用户组或者某组***一个用户退出时,主动发送成员报告包或者离开包。

(3)下行方向的业务包按照组播表进行转发。

(4)下联端口执行路由器的角色,完全按照IGMP V2中规定的机制执行,包括查询者选举机制,定期发送通用查询信息,收到离开包时发送特定查询等。 IGMP Proxy在两个端口分别实现不同的功能,工作量相对较大,其优点是当网络中没有路由器时,IGMP Proxy设备可以起到查询者的作用,而且如果要扩展组播路由功能,Proxy比Snooping方便。考虑到BAS复制PPPoE多播数据对底层设备造成的巨大压力,而且当前的交换机和部分DSLAM(尤其是以IP为内核的DSLAM)已经开始支持二层组播,所以从发展的角度看采用IGMP Proxy更好一些。

责任编辑:佟健 来源: hi.baidu.com
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