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彻底搞懂PPP协议 & PPPoE协议
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参考学习：一文看懂PPP协议——PPP协议简介_永远是少年啊的博客-CSDN博客 PDF获取: PPPoE协议.pdfPPP协议一、PPP概述 PPP（point-to-point协议），即点对点协议，是数据链路层封装协议的一种。 PPP协议工作在串行接口和串行链路上，一般来说，PPP协议所构成的网络只允许双方之间通信，不允许像以太网一样接入交换机后接入其他的主机或设备。 PPP协议的一个重要功能便是提供了身份验证功能。但是PPP协议虽然提供了通信双方身份验证的功能，其协议中没有提供地址信息，而以太网是一个广播类型的多路访问网络，因而PPP协议是无法直接应用在以太网链路上的。 PPP协议在数据链路层封装的是PPP帧，PPP帧格式如下：  PPP帧格式上述字段介绍如下： FLAG 在PPP协议中，头部和尾部都有一个Flag字段，Flag字段标识着一个PPP帧的开始和结束。FLAG字段长度8bit，固定为0x7e，因为PPP协议将FLAG设置为PPP帧的开始和结束，因此在一个PPP帧中不允许出现0x7e字段的数据，如果出现这样的数据，则需要进行特殊形式的转义。Address 在PPP协议中，因为进行通信的只有两方，因此一方发送的数据总是另一方，这一点PPP协议不像以太网协议一样，必须使用MAC地址来表明数据帧的发送者和接收者。PPP协议中的Address字段取值固定为0xff。Control 长度8bit，取值固定0x03，无特殊作用。Protocol 长度16bit，其取值类似于以太网帧的类型，表明了上层数据的类型。FCS 长度16bit，用于帧校验。一个设备在收到PPP帧后会进行PPP帧校验，如果发现PPP在传输过程中出错，该帧会被立即丢弃。PPP协议没有纠错和重传机制。 二、PPP链路建立PPP帧从开始建立到能够正常转发数据包需要一段时间，并且需要经历协商验证过程。PPP链路建立共分5个阶段，过程如下：  PPP链路建立过程图在Link Dead阶段，PPP链路进行初始化，当物理层接口连通后，状态自动进入到Link Establishment阶段。进入到Link Establishment阶段，通信双方互相发送LCP报文，进行参数协商，如果参数协商失败，则会回退到Link Dead阶段。如果参数协商成功：并且双方需要认证，则进入到Authentication阶段，如果不需要认证，则会直接进入到Network Layer Protocol阶段。在Authentication阶段，通信双方会进行认证。在Network Layer Protocol阶段，双方会再次进行协商，这次协商主要协商网络层参数，比如发送自己的IP地址、子网掩码等信息，看是否存在IP地址冲突或者不属于一个网段等情况。如果参数协商一致，那么此时就可以进行正常的数据包传送了。在Link Termination阶段，代表PPP链接终止。除了Link Dead阶段之外，任何协商过程失败都会进入这一阶段；而如果处于Network Layer Protocol阶段，管理员手动关闭了链路，也会进入这一状态；三、PPP认证PPP协议认证有PAP和CHAP两种方式。PAP认证 如果采取PAP认证方式，在Link Establishment阶段中，一方会对另一方发送包含用户名和密码的Authentication Request报文，另一方会在自己的用户名密码列表中查找是否存在该用户名和密码。如果认证通过，则会向对方发送一个Authentication ACK报文，如果认证不通过，则会向对方发送一个Authentication Nak报文。而到了Authentication阶段，验证方和被验证方会交互重复上述过程。注意，如果采用PAP认证方式，认证的用户名和口令都是采用明文传输，在安全性上存在一定的风险。————————————————CHAP认证 与PAP方式相比，CHAP认证方式大体与之相同，但是CHAP认证方式会将用户名和密码以密文的形式包含在报文中，因此在安全性方面有很大的提升。PPPoE协议 参考学习：一文看懂PPPoE协议——PPPoE协议简介_永远是少年啊的博客-CSDN博客 什么是PPPoE？PPPoE解决了哪些问题？ - 华为一、PPPoE概述网络运营商如何对用户上网行为进行收费和控制 ？ 针对特定的数据包，就必须识别发送方的身份。 在以太网链路上，以太网技术虽然具有简单易用，成本低等特点，但是以太网广播网络的属性，使得其通信双方无法相互验证对方的身份，因而通信是不安全的。在PPP链路上，由于PPP协议自带认证功能，因此可以完美的解决上述问题。但是，PPP链路又无法实现多用户上网的需求。为了解决这个矛盾问题，解决用户上网行为管理和收费的问题，提出了将PPP数据帧封装在以太网数据帧里边从而在以太网网络中传输的技术——PPPoE技术。这里的PPP，就是指的PPP协议数据帧，而o就是over的意思，E就是Ethernet的意思，因此，PPPoE形象的说就是“在以太网上的PPP协议”。PPPoE技术可以将用户连接到远程接入设备上，并提供良好访问控制功能，提供了一种经济的用户接入技术，并实现了对用户的控制。 二、PPPoE基本概念PPPoE在数据链路层依旧是采用以太网格式的数据帧进行封装，但是在以太网封装完毕后，会进行PPPoE的数据头封装，PPPoE包括PPPoE头和PPPoE数据段两个部分，而PPPoE数据段部分中又包含了PPP帧和正常的数据。 特别注意：这里的PPP帧并不是一个完整的PPP帧，它只包含了PPP帧的Protocol字段和正常的数据。其他的字段（如FLAG、FCS等）在PPPoE建立过程中并不需要。PPPoE数据包封装如下所示：   PPPoE数据包格式表1-1 PPPoE报文字段说明 报文字段说明Ver域4bits，PPPoE版本号，值为0x1。Type域4bits，PPPoE类型，值为0x1。Code域8bits，PPPoE报文类型。Code域为0x00，表示会话数据。Code域为0x09，表示PADI报文；Code域为0x07，表示PADO或PADT报文；Code域为0x19，表示PADR报文；Code域为0x65，表示PADS报文。Session_ID域16bits，对于一个给定的PPP会话，该值是一个固定值，并且与以太网Source_address和Destination_address一起实际地定义了一个PPP会话。值0xffff为将来的使用保留，不允许使用。Length域16bits，定义PPPoE的Payload域长度。不包括以太网头部和PPPoE头部的长度。三、PPPoE建立流程PPPoE协议采用Client/Server模式，普通用户一般为Client，而运营商为Server。如PPPoE接入组网图所示，基本的PPPoE组网中的角色有PPPoE Client，PPPoE Server，以及RADIUS设备。  PPPoE接入组网图PPPoE的建立分为Discover阶段和PPP Session阶段。 Discover阶段：主要是选择PPPoE服务器，并确定所要建立的会话标识符Session ID。PPP Session阶段：即执行标准的PPP过程，包括LCP协商、PAP/CHAP认证、NCP协商等阶段。 PPPoE工作原理实现过程 PPPoE发现阶段和PPP会话阶段时序图Discover阶段指设备为用户分配接入的Session ID，用来标识一条用户与设备之间的PPPoE虚拟链路。数据通信流程如下：  Discover阶段当Client要运行PPPoE时，首先以广播的形式发送一个PADI（PPPoE Active Discovery Initiation）报文，该报文中含有Client端要请求的服务信息PPPoE服务器在收到该报文后，会以单播的方式发送一个PADO（PPPoE Active Discovery Offer）报文，对Client端的PADI报文进行回应。PPPoE Client端在收到这个报文后，会向PPPoE Server发送PADR（PPPoE Active Discovery Request）报文。在这个报文中，PPPoE Client会创建并携带一个PPPoE Session。PPPoE Server还会向客户端发送PADS（PPPoE Active Discovery Session-confirmation）报文，表示收到了该Session ID。发送PADT（PPPOE Active Discovery Terminate）报文，终止连接 到目前为止，Discover阶段结束，PPPoE客户端和PPPoE服务端已经协商好了Session-ID，以后的PPPoE会话就会使用这个Session-ID了。 PPP Session阶段PPP会话阶段包括LCP协商、PAP/CHAP认证、NCP协商等阶段。需结合PPP链路建立过程来分析..  image.pngLCP协商进入PPP Session阶段之后，首先进行LCP协商，LCP协商过程如下。 PPPoE Client与PPPoE Server互相发送LCP Configure-Request报文。双方收到Configure-Request报文后，根据报文中协商选项支持情况做出适当的回应（请参见下表）。若两端都回应了Configure-ACK，则标志LCP链路建立成功，否则会继续发送Request报文：如果在设定的LCP协商间隔与协商次数内，对端回应了Configure-ACK，则LCP链路建立成功。如果在超过了设定的LCP协商次数后，对端尚未回应Configure-ACK，则终止LCP协商。LCP链路建立成功后，PPPoE Server会周期性地向PPPoE Client发送LCP Echo-Request报文，然后接收PPPoE Client回应的Echo-Reply报文，来探测LCP链路是否正常，以维持LCP连接。表1-2 回应报文类型列表 回应报文类型含义Configure-ACK若完全支持对端的LCP选项，则回应Configure-ACK报文，报文中必须完全协带对端Request报文中的选项。Configure-NAK若支持对端的协商选项，但不认可该项协商的内容，则回应Configure-NAK报文，在Configure-NAK的选项中填上本端期望的内容，如：对端MRU值为1500，而本端期望MRU值为1492，则在Configure-NAK报文中填上1492。Configure-Reject若不能支持对端的协商选项，则回应Configure-Reject报文，报文中带上不能支持的选项PAP/CHAP认证LCP协商完成后，会进入认证阶段，该分为PAP认证和CHAP认证两种认证方式。 PAP认证PAP为两次握手协议，是通过用户名和密码来对用户进行认证，并且是以明文的方式传递用户名和密码。PPPoE Server（或者RADIUS服务器）根据本端的用户表查看用户名和密码是否正确。适用于网络安全要求相对较低的环境。 CHAP认证 Challenge -> Response -> Success / Failure CHAP认证为三次握手协议，也是由PPPoE Server（或者RADIUS服务器）根据本端的用户表查看用户名和密码是否正确, 并且是以暗文的方式传递。但是CHAP认证方式只在网络上传输用户名，不传输用户密码，安全性比PAP要高。 NCP协商 NCP协商的主要功能是协商PPP报文的网络层参数，如IPCP、IPv6CP等。PPPoE Client主要通过IPCP协议来获取访问网络的IP地址或IP地址段。NCP协商的流程与LCP流程类似。NCP协商成功之后，PPPoE Client可以正常访问网络。NCP协商成功之后，即为PPPoE Client上线，此时PPPoE Server（通常为BRAS设备），会给RADIUS服务器发送计费请求报文，通过RADIUS服务器对PPPoE Client进行计费。 总结PPPoE具有以下特点： 功能上： - PPPoE由于集成了PPP协议，实现了传统以太网不能提供的身份验证、加密以及压缩等功能。 - PPPoE通过唯一的Session ID可以很好的保障用户的安全性。 应用上： - PPPoE拨号上网作为一种最常见的方式让终端设备能够连接ISP从而实现宽带接入。 - PPPoE可用于缆线调制解调器（Cable Modem）和数字用户线路（DSL）等以太网线，通过以太网协议向用户提供接入服务的协议体系。 |
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