點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議PPPoE模塊的設(shè)計(jì)

　　第四步，接收PADS(PPPoE Active Discovery Sessionconfirmation)幀。訪問(wèn)集中器收到PADR幀后開(kāi)始PPP會(huì)話(huà)，它發(fā)送一個(gè)PPPoE有效發(fā)現(xiàn)會(huì)話(huà)確認(rèn)(PADS)幀。其編碼域?yàn)?x65，會(huì)話(huà)ID域此時(shí)為接入服務(wù)器所產(chǎn)生的惟一PPPoE會(huì)話(huà)標(biāo)識(shí)號(hào)碼。PADS幀也必須包含一個(gè)訪問(wèn)集中器名稱(chēng)類(lèi)型的標(biāo)簽，確認(rèn)向主機(jī)提供的服務(wù)。當(dāng)主機(jī)收到PADS幀確認(rèn)后，雙方進(jìn)入PPP會(huì)話(huà)階段。若訪問(wèn)集中器不能提供PADR中的服務(wù)名稱(chēng)標(biāo)簽所定義的服務(wù)，它必須回復(fù)PADS幀，此幀必須包含標(biāo)簽類(lèi)型Sevice-Name-Error的標(biāo)簽，此時(shí)SESSION_ID必須為0x0000。

　　在完成上述步驟后，雙方進(jìn)入會(huì)話(huà)階段。會(huì)話(huà)建立后，會(huì)話(huà)雙方任何一方都可以通過(guò)發(fā)送PADT(PPPoE active discover terminate)幀終止會(huì)話(huà)。PADT幀中的編碼字段值為0xA7,SEEION_ID字幀為在發(fā)現(xiàn)階段結(jié)束之后得到的會(huì)話(huà)ID值，以太幀類(lèi)型字段還是0x8863。發(fā)送PADT后則該次PPPoE過(guò)程結(jié)束。

　　2)會(huì)話(huà)階段

　　當(dāng)PPPoE會(huì)話(huà)開(kāi)始后，PPP數(shù)據(jù)就像普通的PPP數(shù)據(jù)被傳送，這時(shí)以太幀的目的地址是單播地址，類(lèi)型為0x8864，編碼域必須是0x00，SESSION_ID必須是發(fā)現(xiàn)階段建立的SESSION_ID，且在會(huì)話(huà)過(guò)程中不能改變。PPPoE凈載荷是PPP幀，會(huì)話(huà)過(guò)程實(shí)際上也就是實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議的過(guò)程，PPP分為三個(gè)階段。首先通過(guò)LCP完成相關(guān)鏈路控制協(xié)商過(guò)程，主要是建立、配置、測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路，根據(jù)雙方的需求，進(jìn)行鏈路的協(xié)商和配置。PAP密碼認(rèn)證后，通過(guò)NCP，針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制階段。最后就是IP數(shù)據(jù)的傳輸階段。

　　3 PPPoE模塊軟件設(shè)計(jì)

　　應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的PPPoE軟件模塊主要通過(guò)系統(tǒng)中的以太網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)在鏈路層與訪問(wèn)集中器建立一個(gè)邏輯上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信鏈路，為上層TCP/IP協(xié)議棧服務(wù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將上層IP分組封裝成PPPoE協(xié)議幀發(fā)送出去。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，將接收到的PPPoE協(xié)議幀解析后，交由上層模塊處理，如圖4所示。與訪問(wèn)集中器建立通信鏈路的過(guò)程是軟件設(shè)計(jì)的核心部分。

　　PPPoE發(fā)現(xiàn)階段流程如圖5所示。發(fā)現(xiàn)階段分為四個(gè)過(guò)程完成：發(fā)送PADI、接收PADO、發(fā)送PADR和接收PADS。在發(fā)送PADI和PADR時(shí)要分別定時(shí)和計(jì)數(shù)，在有限的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到響應(yīng)，就應(yīng)重新發(fā)送;如果在重復(fù)發(fā)送若干次之后還沒(méi)有相應(yīng)，說(shuō)明此時(shí)網(wǎng)絡(luò)故障或者網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有能夠響應(yīng)請(qǐng)示的服務(wù)器。

　　PPPoE會(huì)話(huà)階段是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PPP協(xié)商過(guò)程。整個(gè)協(xié)商過(guò)程為三部分：LCP Negotiation、PAP Negotiation、IPCP Negotiation。 LCP階段主要通過(guò)交換數(shù)據(jù)包與訪問(wèn)集中器建立和配置鏈路，LCP流程如圖6所示。由于ISP提供商可能會(huì)不同，所接收到的LCP_REQ中包含的選項(xiàng)也可能不同，但其中必然包括OPTION3，表示鏈路所用的認(rèn)證協(xié)議(Authentication Protocol)。實(shí)踐中根據(jù)與ISP的PPPoE過(guò)程的數(shù)據(jù)包分析，多數(shù)ISP采用PAP(Password Authentication Protocol)認(rèn)證協(xié)議。也有的ISP采用CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)認(rèn)證協(xié)議，雙方可以通過(guò)協(xié)商采用合適的認(rèn)證協(xié)議，本文采用PAP。

　　PAP協(xié)商過(guò)程比較簡(jiǎn)單，發(fā)送PAP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，其中包括幀號(hào)和密碼，ISP返回確認(rèn)數(shù)據(jù)包，PAP協(xié)商過(guò)程結(jié)束。

　　IPCP階段的目的是獲取ISP方提供的IP地址，流程如圖7所示。所以在IPCP階段的協(xié)商主要針對(duì)OPTION3進(jìn)行。PPPoE模塊首先接收服務(wù)器端一個(gè)IPCP_REQ，這個(gè)IPCP_REQ包括OPTION3(其IP地址值通常無(wú)效);接著PPPoE模塊發(fā)送一個(gè)IPCP_ACK,ISP方會(huì)響應(yīng)一個(gè)帶有有效地址的IPCP_NAK;然后PPPoE模塊就以這個(gè)地址再發(fā)一個(gè)IPCP_REQ，ISP服務(wù)器回應(yīng)IPCP_ACK，IPCP結(jié)束。此時(shí)PPPoE模塊得到限服務(wù)器分配的有效I守址，隨后就可以在PPPoE協(xié)議之上傳送IP數(shù)據(jù)包。需要注意的是，在PPP協(xié)商過(guò)程結(jié)束后，服務(wù)器為了檢驗(yàn)接入方鏈路的活動(dòng)狀態(tài)，會(huì)定期發(fā)出LCP EchoRequest請(qǐng)求，此時(shí)PPPoE模塊需要發(fā)送LCP Echo-ACK作為應(yīng)答。

　　嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是面向特定應(yīng)用，由于資源有限，軟件必須去除冗余。本PPPoE模塊應(yīng)用在以太電話(huà)中，在程序模塊設(shè)計(jì)中針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)PPPoE協(xié)議的主要功能，盡量使代碼短小精悍，如省略掉了PPPoE發(fā)現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)AC的情況，還省略了在會(huì)話(huà)階段對(duì)于LCP OPTION3(認(rèn)證協(xié)議)以外選項(xiàng)的協(xié)商和IPCP PTION3(IP地址)以外的選項(xiàng)的協(xié)商等情況。它些情況，PPPoE模塊需要更多的代碼來(lái)處理，而對(duì)于以太話(huà)機(jī)這種特定的應(yīng)用，有些選項(xiàng)是不必要的。另外，在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用“超循環(huán)”結(jié)構(gòu)來(lái)解決無(wú)操作系統(tǒng)問(wèn)題，可以很好地實(shí)現(xiàn)以太話(huà)機(jī)中的任務(wù)調(diào)度功能。在代碼編寫(xiě)上，采用C和匯編相結(jié)合的方法提高程序效率，同時(shí)采用流水操作、Inline、全局變量和共享內(nèi)存等技術(shù)實(shí)現(xiàn)代碼長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)空間的優(yōu)化。測(cè)試表明，實(shí)現(xiàn)PPPoE軟件所需的代碼空間和數(shù)據(jù)空間都比PC機(jī)環(huán)境下PPPoE軟件代碼要小得多。

　　PPPoE協(xié)議是當(dāng)今ADSL寬帶接入Internet的主要技術(shù)之一，而嵌入式技術(shù)是如今IT技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信息家電和各種媒體通信終端設(shè)備。本文在對(duì)PPPoE協(xié)議深入分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了PPPoE在嵌入式系統(tǒng)上的具體實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)運(yùn)用這些優(yōu)化方法，使軟件代碼空間和數(shù)據(jù)空間大大減少。目前該軟件模塊已成功應(yīng)用在筆者自己開(kāi)發(fā)的以太話(huà)機(jī)中。實(shí)際運(yùn)行表明，軟件運(yùn)行穩(wěn)定、互通性好，所實(shí)現(xiàn)的PPPoE協(xié)議軟件具有良好的應(yīng)用價(jià)值。