點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議PPPoE模塊的設計
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第四步，接收PADS(PPPoE Active Discovery Sessionconfirmation)幀。訪(fǎng)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)現會(huì )話(huà)確認(PADS)幀。其編碼域為0x65，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)標識號碼。PADS幀也必須包含一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)集中器名稱(chēng)類(lèi)型的標簽，確認向主機提供的服務(wù)。當主機收到PADS幀確認后，雙方進(jìn)入PPP會(huì )話(huà)階段。若訪(fǎng)問(wèn)集中器不能提供PADR中的服務(wù)名稱(chēng)標簽所定義的服務(wù)，它必須回復PADS幀，此幀必須包含標簽類(lèi)型Sevice-Name-Error的標簽，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)現階段結束之后得到的會(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)程結束。
2)會(huì )話(huà)階段
當PPPoE會(huì )話(huà)開(kāi)始后，PPP數據就像普通的PPP數據被傳送，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、測試數據鏈路，根據雙方的需求，進(jìn)行鏈路的協(xié)商和配置。PAP密碼認證后，通過(guò)NCP，針對不同的網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )控制階段。最后就是IP數據的傳輸階段。
應用于嵌入式系統的PPPoE軟件模塊主要通過(guò)系統中的以太網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)在鏈路層與訪(fǎng)問(wèn)集中器建立一個(gè)邏輯上點(diǎn)對點(diǎn)的通信鏈路，為上層TCP/IP協(xié)議棧服務(wù)。發(fā)送數據時(shí)，將上層IP分組封裝成PPPoE協(xié)議幀發(fā)送出去。在接收數據時(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(fǎng)問(wèn)集中器建立通信鏈路的過(guò)程是軟件設計的核心部分。
PPPoE發(fā)現階段流程如圖5所示。發(fā)現階段分為四個(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)和計數，在有限的時(shí)間內沒(méi)有收到響應，就應重新發(fā)送;如果在重復發(fā)送若干次之后還沒(méi)有相應，說(shuō)明此時(shí)網(wǎng)絡(luò )故障或者網(wǎng)絡(luò )上沒(méi)有能夠響應請示的服務(wù)器。
PPPoE會(huì )話(huà)階段是一個(gè)標準的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)交換數據包與訪(fǎng)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中包含的選項也可能不同，但其中必然包括OPTION3，表示鏈路所用的認證協(xié)議(Authentication Protocol)。實(shí)踐中根據與ISP的PPPoE過(guò)程的數據包分析，多數ISP采用PAP(Password Authentication Protocol)認證協(xié)議。也有的ISP采用CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)認證協(xié)議，雙方可以通過(guò)協(xié)商采用合適的認證協(xié)議，本文采用PAP。
PAP協(xié)商過(guò)程比較簡(jiǎn)單，發(fā)送PAP請求數據包，其中包括幀號和密碼，ISP返回確認數據包，PAP協(xié)商過(guò)程結束。
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(zhù)PPPoE模塊發(fā)送一個(gè)IPCP_ACK,ISP方會(huì )響應一個(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IPCP_ACK，IPCP結束。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數據包。需要注意的是，在PPP協(xié)商過(guò)程結束后，服務(wù)器為了檢驗接入方鏈路的活動(dòng)狀態(tài)，會(huì )定期發(fā)出LCP EchoRequest請求，此時(shí)PPPoE模塊需要發(fā)送LCP Echo-ACK作為應答。
嵌入式系統程序設計的特點(diǎn)是面向特定應用，由于資源有限，軟件必須去除冗余。本PPPoE模塊應用在以太電話(huà)中，在程序模塊設計中針對性地實(shí)現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)階段對于LCP OPTION3(認證協(xié)議)以外選項的協(xié)商和IPCP PTION3(IP地址)以外的選項的協(xié)商等情況。它些情況，PPPoE模塊需要更多的代碼來(lái)處理，而對于以太話(huà)機這種特定的應用，有些選項是不必要的。另外，在軟件結構設計中，采用“超循環(huán)”結構來(lái)解決無(wú)操作系統問(wèn)題，可以很好地實(shí)現以太話(huà)機中的任務(wù)調度功能。在代碼編寫(xiě)上，采用C和匯編相結合的方法提高程序效率，同時(shí)采用流水操作、Inline、全局變量和共享內存等技術(shù)實(shí)現代碼長(cháng)度和數據空間的優(yōu)化。測試表明，實(shí)現PPPoE軟件所需的代碼空間和數據空間都比PC機環(huán)境下PPPoE軟件代碼要小得多。
PPPoE協(xié)議是當今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)，廣泛應用于信息家電和各種媒體通信終端設備。本文在對PPPoE協(xié)議深入分析的基礎上，結合嵌入式系統的特點(diǎn)，提出了PPPoE在嵌入式系統上的具體實(shí)現方法，通過(guò)運用這些優(yōu)化方法，使軟件代碼空間和數據空間大大減少。目前該軟件模塊已成功應用在筆者自己開(kāi)發(fā)的以太話(huà)機中。實(shí)際運行表明，軟件運行穩定、互通性好，所實(shí)現的PPPoE協(xié)議軟件具有良好的應用價(jià)值。
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