Introduction PPPoE protocol

1. 前言

PPPOE(PPP over Ethernet, RFC2516，值得注意的是此RFC不是Standard而是Information類型的)定義了如何在乙太網上傳輸PPP資料包的方法，目前流行的寬頻類型

ADSL就是通過PPPoE實現的。

2. 通信過程概述

建立PPPOE通道（ADSL撥號）分兩個階段：發現階段和PPP會話階段。

在發現階段，乙太網上的客戶機要找到一個訪問集中器(AC，Access Concentrator)，就是ADSL MODEM，一般家用時一般就只有一個AC；但如果是一個乙太網內可能會有多條ADSL，就會有多個AC，這時客戶機就從中選擇一個。發現階段完成後，客戶機和AC都得到要在乙太網上建立PPP通道的相關資訊。

發現階段是無狀態的，也就是兩邊都不用保存以前的狀態資訊；只有PPP會話開始後，雙方就要建立一個虛擬的PPP通信介面，具體在Linux下會有ppp0網卡，在windows下網路連接中增加ADSL的介面。

3. 協議頭格式

3.1 協議值

PPPOE資料是直接在乙太頭資料之上的，其等級和ARP、IP等是相同的，在乙太頭的類型欄位中，用0x8863 表示是PPPOE發現階段資料，用0x8864表示PPP會話階段資料，如下所示。(類比：0x0800表示IP資料，0x0806表示ARP資料)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| DESTINATION_ADDR |

| (6 octets) |

| |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| SOURCE_ADDR |

| (6 octets) |

| |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| ETHER_TYPE (2 octets) |

| 0x8863 or 0x8864 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| |

| PPPOE Header |

| (6 octets) |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

~ ~

~ payload ~

~ ~

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| CHECKSUM |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

3.2 PPPOE協議頭

1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| LENGTH | payload ~

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

PPPOE協定頭有6個位元組，正好和14位元組的乙太頭實現了4位元組對齊，包括以下欄位：

VER：版本號，4位，必須為0x01

TYPE：類型，4位，必須是0x01

CODE：8位，在發現階段和PPP會話階段有不同的定義，表示PPPOE資料類型

SESSION_ID：16位，用來定義一個PPP會話，在發現過程中定義。

LENGTH：16位元，表示負載長度，不包括乙太頭和PPPOE頭。

4. 發現階段

PPPOE發現階段資料的乙太類型是0x8863。

4.1 TAG

在發現階段用於交換客戶機和AC的資訊，建立PPPOE通道，負載資訊都是PPPOE資訊，並沒有上層協定資料。

發現階段的負載稱為TAG，一個TAG資訊格式如下，負載資訊中可能會包含多個TAG：

1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| TAG_TYPE | TAG_LENGTH |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| TAG_VALUE ... ~

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

TAG_TYPE：16位，TAG類型

TAG_LENGTH：16位元，表示TAG_VALUE部分的長度

TAG_VALUE：TAG值

TAG_TYPE可取以下值(注意第一位元組為2表示是錯誤資訊)：

0x0000 End-Of-List

0x0101 Service-Name

0x0102 AC-Name

0x0103 Host-Uniq

0x0104 AC-Cookie

0x0105 Vendor-Specific

0x0110 Relay-Session-Id

0x0201 Service-Name-Error

0x0202 AC-System-Error

0x0203 Generic-Error

4.2 PPPOE主動發現初始包

PPPOE主動發現初始包(PPPoE Active Discovery Initiation, PADI)由客戶機發出，乙太頭中的目的地址是乙太廣播位址FF:FF:FF:FF:FF:FF，PPPOE頭中的CODE為 0x09，SESSION_ID值必須為0，負載部分必須只包含一個Service-Name類型的TAG表示請求的服務類型，另外可以包含其他TAG，整個PPPOE包不能超過1484位元組，這樣省出的16位元組可以由ADSL中繼設備添加中繼TAG。

一個PADI包的例子為:

1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0xffffffff |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0xffff | Host_mac_addr |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Host_mac_addr (cont) |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| ETHER_TYPE = 0x8863 | v = 1 | t = 1 | CODE = 0x09 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| SESSION_ID = 0x0000 | LENGTH = 0x0004 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| TAG_TYPE = 0x0101 | TAG_LENGTH = 0x0000 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

4.3 PPPOE主動發現提議包

PPPOE主動發現提議包(PPPoE Active Discovery Offer, PADO)由AC發出，用來回應客戶機的PADI包，乙太頭中的目的地址是客戶機的MAC地址，PPPOE頭中的CODE為 0x07，SESSION_ID值必須為0，負載部分必須包含一個AC-Name類型的TAG，用來指示本AC的名稱，一個在PADI包中指定的 Service-Name的TAG，另外可以包含其他Service-Name的TAG。如果AC不對該客戶機提供服務，AC就不回應PADO包。

一個PADO包的例子為:

1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Host_mac_addr |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Host_mac_addr (cont) | Access_Concentrator_mac_addr |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Access_Concentrator_mac_addr (cont) |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| ETHER_TYPE = 0x8863 | v = 1 | t = 1 | CODE = 0x07 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| SESSION_ID = 0x0000 | LENGTH = 0x0020 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| TAG_TYPE = 0x0101 | TAG_LENGTH = 0x0000 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| TAG_TYPE = 0x0102 | TAG_LENGTH = 0x0018 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0x47 | 0x6f | 0x20 | 0x52 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0x65 | 0x64 | 0x42 | 0x61 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0x63 | 0x6b | 0x20 | 0x2d |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0x20 | 0x65 | 0x73 | 0x68 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0x73 | 0x68 | 0x65 | 0x73 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 0x68 | 0x6f | 0x6f | 0x74 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

4.4 PPPOE主動發現請求包

PPPOE主動發現請求包(PPPoE Active Discovery Request, PADR)由客戶機發出，因為可能會有多個AC對客戶機發出的PADI包回應了PADO包，客戶機從回應的PADO包中選擇一個AC發送PADR包，乙太頭中的目的地址是該AC的MAC地址，PPPOE頭中的CODE為0x19，SESSION_ID值必須為0，負載部分必須只包含一個Service- Name類型的TAG表示請求的服務類型，另外可以包含其他TAG。

4.5 PPPOE主動發現會話確認包

PPPOE主動發現會話確認包(PPPoE Active Discovery Session-confirmation, PADS)由AC發出，收到客戶機的PADR包後，AC將產生一個SEESSION_ID值用來標誌本次PPP會話，以PADR包方式發送給客戶機。乙太頭中的目的地址是客戶機的MAC地址，PPPOE頭中的CODE為0x65，SESSION_ID值必須為所生成的那個SESSION_ID，負載部分必須只包含一個Service-Name類型的TAG，表示該服務類型被AC接受，另外可以包含其他TAG。如果AC不接受PADR中的Server- Name，PADS中則包含一個Service-Name-Error類型的TAG,這時SESSION_ID設置為0。

4.6 PPPOE主動發現停止包

PPPOE主動發現停止包(PPPoE Active Discovery Terminate, PADT)表示PPPOE會話過程的結束，AC和客戶機都可以主動發出。乙太頭中的目的地址是對方的MAC地址，PPPOE頭中的CODE為 0xa7，SESSION_ID值必須為PPPOE會話過程的SESSION_ID，不需要TAG。

5. PPP會話階段

在PPP會話階段，PPP包被封裝在PPPOE乙太幀中，乙太包目的地址都是單一的，乙太協定為0x8864，PPPOE頭的CODE必須為 0，SESSION_ID必須一直為發現階段協商出的SEESION_ID值，PPPOE的負載是整個PPP包，PPP包前是兩位元組的PPP協定ID值。

一個PPPOE會話過程包的例子為:

1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Access_Concentrator_mac_addr |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|Access_Concentrator_mac_addr(c)| Host_mac_addr |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Host_mac_addr (cont) |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| ETHER_TYPE = 0x8864 | v = 1 | t = 1 | CODE = 0x00 |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| SESSION_ID = 0x1234 | LENGTH = 0x???? |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| PPP PROTOCOL = 0xc021 | PPP payload ~

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

注意：由於PPPOE頭是6位元組，PPP協定ID號兩個位元組，一共要佔用8個位元組，而乙太網的MTU值為1500，所以上層PPP負載資料不能超過1492位元組，所以PPP協商時協商的最大接收單元值不能超過1492位元組，也就是相當於在PPPOE環境下的MTU是1492位元組。

6. ADSL撥號過程簡述

客戶機啟動撥號程式，發送PADI包，ADSL MODEM回應PADO包，客戶機再發送PADR包，ADSL MODEM回應PADS包後建立PPPOE通道，隨後客戶機進行普通的PPP協議撥號過程，不過PPP資料包都是包裝進乙太幀中的，撥號成功後客戶機和伺服器之間建立了PPP通道，ADSL MODEM起到將乙太幀轉換為PPP包的作用。ADSL雖然是用電話線，但所用頻率不是通話用的頻率，所以ADSL撥號不影響打電話。通信結束後，會發送 PADT斷開PPPOE通道。

7. 結論

由於ADSL的大面積使用，PPPOE也隨之應用，瞭解其通信協定和資料格式對於底層驅動的開發、協定分析、存取控制等是必要的，現在不論在windows還是linux下都可以很好地支援PPPOE。

Tech黑手 - 工作雜記

2011年10月19日星期三