基于ADSL的Internet接入体系结构作者：李华发布时间：2001/01/08
文章摘要:
基于ADSL的接入网体系结构涉及多方面因素的考虑，本文提出了一种基于现成的通信协议（ATM，PPP，L2TP等）的可行的Internet接入体系结构。本文介绍了目前讨论较多的一种基于ADSL的Internet接入体系结构。
关键词：接入网；端到端模型；异步传送模式；点到点协议；第2层隧道协议
正文:
基于ADSL的Internet接入体系结构
引言
ADSL技术是提供宽带服务到家庭和小公司的一种利用原有铜质双绞电话用户线的新型接入技术。它可以支持多种高速宽带应用，例如高速因特网访问、远程办公、虚拟专用网等等。传统的拨号接入数据传送技术要么不能支持这些应用，要么就是效率低下。因此目前的商家越来越趋向于ADSL技术。
本文介绍了目前讨论较多的一种基于ADSL的Internet接入体系结构。
1 端到端的ADSL交互网络体系结构
这种体系结构基于现有的标准，即PPP over ATM，选择这些标准是因为它们满足：
· 可实现对因特网、企业网、本地信息提供商的访问和对等实体的通信
· 易实现从现有的ISP内部结构的移植
· 可以同时连接多种服务
· 多协议支持
· 安全性
· 支持组播
· 支持多种服务类型
· 保证QoS
（1） ATM 端到端
所提出的ADSL端到端交互服务模型基于在用户端网络和服务提供商网络之间的一个端到端的ATM网络。ATM终点包括用户端和终止该端到端ATM网络的服务提供商网络的所有设备。
利用ATM over ADSL，用户可以接入到宽带因特网上。它提供了从远程用户到ATM网络的任意终点（包括其他的ATM主干网，企业内部网）或因特网的无缝连接。此外，ATM可提供到因特网/企业内部网服务器的直接连接。这在性能、资源共享和冗余方面大大改善了因特网服务。
作为ADSL接入网上的第2层协议，ATM提供了一些很明显的好处，例如协议透明性；对多种QoS类的支持及确保QoS等级的能力；ATM的带宽可调性；利于对不同的XDSL成员的发展等。
（2） PPP over ATM
一旦在用户端和服务提供者网络之间建立起ATM层连接，会话在链路级和网络级的建立和释放就可以用PPP实现。
利用PPP的特性可以在ATM上提供必要的操作功能：身份鉴定（PAP，CHAP，带标记的系统）；第3层地址的自动配置（例，域名的自动配置，目标网络对IP地址的分配）；多个并行连接（即，多个PPP会话）；对第3层的透明性（例，目前PPP既可支持IP，又能支持IPX）；加密；压缩；计费及与RADIUS服务商的交互。
（3） PPP over ATM的空封装和VC复用
这种互操作体系结构规定了PPP使用基于VC复用的AAL5协议加载到ATM。这意味着携带PPP会话的每一条VC只能有一个PPP会话，即，不复用与PPP平行的其它协议。由于PPP本身支持协议复用、IP及其它PPP层以上的协议的运行，这也意味着PPP over AAL5的映射使用空封装。
上面讨论的基于PPP over ATM的端到端服务体系结构满足前面所述网络服务要求。
2 以太网上的终端
许多基于ATM的ADSL远端调制解调器都有一个ATM25网络接口，但是很多这种调制解调器同时也会有一个以太网接口。这就为将PPP固有的优点延拓到使用以太网将他们的PC连到ADSL网络的用户提供了一个机会。有两种方法可以支持ADSL-NT端的以太网用户：一种方法是将PPP加载到以太网上（例如本地L2TP隧道方法）。另一种是将PPP（和ATM）在ADSL-NT端截止。下面将讨论这两种方法。
（1） 本地L2TP隧道
由于PPP是为串行连接设计的，要让它工作于以太网上需要一些新的想法和新的技术。将PPP延拓到以太网上的一种技术是本地L2TP隧道。
ADSL-NT将PPP分组从L2TP隧道（在ADSL-NT和LAN上的每一台PC间）映射到一个ATM VCC上，反之亦然。人们可以将ADSL-NT当作是一个网络接入服务器：通过以太网上的本地隧道接受内部的"呼叫"，然后将它们转接到一个携带PPP端到端会话的ATM连接上。
包含PPP分组的本地L2TP隧道被加载到IP分组上，再放到以太网帧上。ADSL-NT恢复PPP分组，将它们分段插入到ATM信元中。在下行流方向，ADSL-NT通过DSLAM从网络接收ATM信元，重组信元，恢复成PPP分组，然后将分组通过以太网转发到最终目的地。
为了在远端用户和ISP路由器间支持PPP会话，ADSL-NT必须要能够将ATM VC通过LAN映射到本地L2TP隧道。所用到的映射和协议如图1。
Service telco ATU-R ClientPC
Provider
图1 基于L2TP的PPP Over Ethernet的协议体系结构
PPP-over-L2TP隧道的操作：
为了开始一个PPP会话，PC建立一条到ADSL-NT（即ATU-R）的L2TP隧道。利用通过DHCP分配给PC的私有IP地址在本地IP子网上进行本地通信。
当ADSL-NT从PC得到一条L2TP会话请求后，它拨往一个特定的ATM地址以初始化ATM网络的一条SVC。L2TP请求包括一个LAN地址或名称，和E.164号（调制解调器可以将E.164地址转化成NSAP格式，并用它来开始到网络的ATM呼叫建立）。如果是PVC服务，E.164可以被映射到PVC中。
一旦ATM连接建立起来，L2TP隧道请求被获知，PPP会话可以在这条连接电路上进行。当隧道或者SVC被释放，MODEM将释放另一部分。
（2） PPP代理
通过以太网对PPP over ATM的支持也可以用PPP代理来实现。这里，ADSL-NT对LAN上的主机表现为一个简单的ADSL路由器，但是对ISP服务器或远程接入服务器则表现为一个PPP主机。这种ADSL-NT可以是一个独立的硬件设备或者是一个基于PC的服务器，后者既有ATM/ADSL网卡，又有以太网网卡，他们分别连接ADSL接入网和客户LAN。
有两种可能的方法来支持PPP代理，一是对一个ATM VCC上的每一台主机，使用一个不同的全球IP地址；二是在同一个VCC上的几台主机共享一个全球IP地址。
3 ADSL接入系统的非端到端ATM连接的体系结构
前面主要论述了采用端到端ATM连接的ADSL接入网体系结构。下面讨论两种支持ADSL接入服务的非端到端ATM连接的核心网络体系结构：L2TP接入集中（LAA）和PPP 终端集中(PTA)。它们在网络拓扑方面是类似的，但是数据通过地区宽带网传输的方法不同。
（1）L2TP接入集中
L2TP是将任意一个网络上的会话扩展到称作L2TP网络服务器（LNS）的远端网络服务器上的一种协议。它使用户不直接拨往他的目的ISP或公司拨号服务器，而是到一个L2TP接入集中器（LAC），然后由LAC将PPP会话连往LNS。
L2TP的基本原理是在地区宽带网上将PPP放入一条隧道传送。L2TP 接入集中器（LAC）的功能在地区宽带网连往DSLAM的设备中实现。L2TP 网络服务器(LNS)的功能在ISP或公司连往地区宽带网的路由器中实现。每一个用户都有一条ATM PVC：从ATU-R开始，在DSLAM中交叉连接，终止于LAC。在ADSL接入网中使用了PPP over ATM。LAC和LNS可以在任何支持L2TP协议的网络上连接。PPP链接被封入隧道中，穿过地区宽带网，从LAC传到NSP端的LNS。
LAA的协议栈如图2。
图2 LAA的协议栈
DSLAM和ATU-R都是ADSL接入网的一部分。假定在这部分网络使用的是PPP over ATM over ADSL。DSLAM被连往一个LAC。通过每一个ATU-C一条PVC的形式，将DSLAM连到LAC，这简化了服务活动过程。由LAC判决用户需要连往什么地方，并将PPP会话通过隧道送到那个NSP。LAC与地区宽带网相接，这个宽带网有着NSP要求的网络拓扑结构。NSP利用一个有LNS功能的路由器，除去L2TP封装，终止用户的PPP连接。路由器也提供了从地区宽带网技术到NSP所用的技术的转换。这就以类似于现在拨号调制解调器访问提供的方式，提供到NSP的连接。
PPP提供了链路控制协议（LCP）和网络控制协议（NCP）来判决链路层和网络层的选项。可在PC和目的路由器之间的端到端线路上实现。
(2) PPP 终端集中
在这种结构中，PPP会话不是在整条到NSP的路上都用隧道传送，而是终止于宽带接入服务器（BAS）。在BAS端提取出IP分组，通过一个基于IP的地区宽带网转发到一个适当的NSP。这种体系结构并不要求一定要用一个ATM结构连往NSP。任意能够封装IP分组的网络技术都可以在NSP和ADSL接入网之间使用。
用户通过在CPE和BAS之间建立一个PPP连接来发起一个会话。BAS终止PPP会话，将用户的IP业务流转发到相应的NSP。NSP不需要理解或支持PPP功能。其协议栈如图3。
图3 PTA协议栈
DSLAM和ATU-R都是ADSL接入网的一部分。假定这部分网络使用了PPP over ATM over ADSL。DSLAM通过一个ATM网连往BAS。预分配给每一个用户一条通往BAS的ATM PVC。和LAA模型一样，这个分配纯粹是由接入提供商的用户进程驱动，与NSP无关。同样，当一个用户改变NSP时，对接入提供商没有影响。
BAS提供的功能有：IP地址配置，通过PPP协议组来进行用户身份鉴定，认可和计费。BAS收到用户注册和口令，通过一条到NSP的RADIUS服务器的查询语言，用NSP确认用户身份。IP地址和其它的用户配置信息也从NSP上获得。
另一方面，BAS对NSP提供了一个IP路由接口。BAS被配置成支持IP分组到NSP的任意物理层传输。当它与用户建立起一个PPP会话后，它将一个用户标识符映射到NSP端口，这个用户标识符可以是一个会话标识符或用户端口标识符。这个唯一的映射将用户的IP分组转接到目的NSP。有一点很重要，在上行流方向，BAS的功能象会话驱动机制路由器。确实，BAS转接机不依赖于目标IP地址来决定NSP，而是完全依赖于在用户和NSP之间的会话-会话组合。此外，NSP利用了一个IP路由器相应的接收和转发这些分组。
当用户想建立一个往NSP的连接时，他建立一个到BAS的PPP会话。用户和BAS在PPP链路上交换PPP分组。BAS和NSP用NSP指定的特定网络技术在地区宽带网上交换IP分组。当用户想结束到NSP的连接时，他中断到BAS的PPP会话。BAS在它的路由表中删除用户-网络服务提供商映射，将IP地址还给NSP。
PTA协议栈类似于今天的拨号远程网络，都用PPP封装IP分组。ADSL接入网采用PPP over ATM over ADSL。每一个用户预分配一条ATM PVC到BAS。从BAS开始，将IP分组从PPP帧中提取出来，通过不同的网络技术送往NSP。如果是ATM，将在BAS和NSP之间分配一条ATM VC。
4 结论
基于ADSL的接入网体系结构涉及多方面因素的考虑，本文所提方案基于现成的通信协议，充分利用了ATM，PPP，L2TP等的功能和优势，是可行的方案。
参考文献
[1] T.Kwok, ATM: The New Paradugn for Internet, Intranets and Residential Broadband Services and Applications, Upper Saddle River: Prentice Hall, 1997.
[2] T. Kwok, "Residential Broadband Internet Services and Applications Requirements," IEEE Communications Magazine, June 1997.
[3] J. Hernanen, "Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5," IETF Request for Comments:1483,July 1993.
[4] K.Hamzeh, et al., "Layer Two Tunneling Protocol "L2TP"", Internet draft, /draft-ietf-pppext-l2tp-04.txt, June 25/1997.
The Internet Access Architectures Based on ADSL
Lihua
(Department of optical Information technology, Nanjing University
of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003,China)
Abstract The access architectures based on ADSL involves many factors. In this paper, we propose a kind of Internet access architecture based on the present protocols, such as ATM, L2TP and so on.
Key words Access network End-to-end model Asynchronous Transfer Mode(ATM) Point-to-Point Protocol(PPP) Layer 2 Tunneling Protocol(L2TP)
作者会员名：karinli
