PPP & PPPoE & L2TP & PPTP 一文全介绍

PPP & PPPoE & L2TP & PPTP 一文全介绍

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qingwangheni/article/details/135395231

PPP（Point-to-Point Protocol）、PPPoE（PPP over Ethernet）、PPTP（Point-to-Point Tunneling Protocol）和L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）是网络通信中常用的几种协议。本文将详细介绍这些协议的工作原理、帧格式、报文流程等内容，帮助读者全面了解它们的特点和应用场景。

PPP

1.1 PPP 介绍

PPP协议：

• 点到点链路数据链路层协议，在SLIP（Serial Line Internet Protocol）基础上发展起来。
• 可提供用户验证，易扩充，支持全双工同步异步通信。

SLIP：

• 只支持异步传输、不支持协商（不能协商双方IP地址等网络层属性）、只能承载IP报文等缺陷。SLIP逐步被PPP替代。

PPP可在串行通信线路上传输多种网络层协议，如IP、IPX、AppleTalk。

PPP既支持同步又支持异步，而X.25、FR（Frame Relay）等链路层仅支持同步，SLIP仅支持异步。

点到点直接连接是简单的广域网连接形式，如PPP。

PPP有良好扩展性，如需在以太网上承载PPP协议时，可扩展为PPPoE。

PPP包含：

1. LCP（Link Control Protocol）协议：

• 建立、拆除和监控PPP数据链路。

2. NCP（Network Control Protocol）协议：

• 协商网络层格式与类型。

3. CHAP 和 PAP：

• CHAP：（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。
• PAP：（Password Authentication Protocol）。

1.2 PPP 帧格式

Flag域：

• 标识一个物理帧的起始和结束，该字节为0x7E。

Address域：

• 唯一标识对端，点对点链路无须对方链路层地址，0xFF即可。

Control域：

• 默认为0x03，表明为无序号帧，PPP默认不采用Seq和ACK来实现可靠传输。

Address和Control域一起标识此报文为PPP报文，即PPP报头为FF03。

Protocol域：标识信息域中数据包类型：

• 0x0021 IP
• 0xC021 LCP
• 0x8021 NCP
• 0xC023 PAP
• 0xC025 LQR
• 0xC223 CHAP

Information域：

• 最大长度MRU默认1500字节，可实际协商。长度不够可填充。

FCS域：

• 校验。

链路建立过程：
PPP链路建立过程：

1. Establish阶段：LCP协商

• 协商内容：SP（Single-link PPP）还是MP（Multilink PPP）、MRU、认证方式、魔术字等选项。
• LCP协商成功后进入Opened状态，表示底层链路建立。

2. Authenticate阶段：CHAP或PAP验证，成功后为SUCCESS状态。

3. Network阶段：NCP协商

• IPCP（IP Control Protocol）、MPLSCP（MPLS Control Protocol）
• IPCP会协商双方IP
• NCP协商后，链路建立成功。

运行过程中，可能随时中断连接，物理链路断开、认证失败、超时等都可能导致链路进入Terminate阶段。

Terminate阶段，所有资源被释放，通信双方回到Dead。

1.3 LCP

LCP报文：

• Code域：即编码，标识LCP报文类型
• 0x01 Configure-Request
• 0x02 Configure-Ack
• 0x03 Configure-Nak
• 0x04 Configure-Reject
• 0x05 Terminate-Request
• 0x06 Terminate-Ack
• 0x07 Code-Reject
• 0x08 Protocol-Reject
• 0x09 Echo-Request
• 0x0A Echo-Reply
• 0x0B Discard-Request

Identifier：即ID，

• 用来匹配请求和响应。
• 请求报文的ID从0x01递增。

Length：

• 即长度，Data域总长度，即Type、Length和Data总长度。

Data字段：

• 即LCP数据段。
• type：报文类型
• 0x01 MRU 最主要
• 0x02 Async-Control-Character-Map
• 0x03 Authentication-Protocol （身份验证PAP or CHAP，若无认证则不包含该type）
• 0x04 Quality-Protocol（协商使用链路检测的方法）
• 0x05 Magic-Number （防止环路）
• 0x06 RESERVED
• 0x07 Protocol-Field-Compression（PPP协议字段的压缩协商）
• 0x08 Address-and-Control-Field-Compression（链路层地址和控制字段的压缩协商）

Configure-Request：

• 没收到Configure回复时，每隔3秒重传一次Configure-Request，最多10次。
• 对应响应有：
• Configure-Ack：表示协商成功。
• Configure-Nak：表示参数不能接受，其中只包含不能识别的参数列表。
• Configure-Reject：表示参数不能识别，其中只包含不能识别的参数列表。

Echo-Request、Echo-Reply：

• 定期发送，用于链路状态检测。

Terminate-Request，Terminate-Ack：

• 链路关闭。

1.4 认证

LCP协商有两种：

1. PAP认证：

• 使用PAP authenticate-request、PAP authenticate-ack报文协商。
• PAP authenticate-request包含明文用户名和密码。

2. CHAP认证：

• 服务器发送CHAP challenge报文，包含ID值及一个随机字符串。
• 客户端根据hash得到字符串，并在CHAP Response中回复。
• 服务器hash计算后CHAP Response中hash比较。若一致回复success，否则回复failure。

1.5 NCP

协商IPCP协议， 包括IP地址。

PPPoE

2.1 介绍

PPPoE：主要利用了PPP协议中的访问控制和计费功能。

以太网具有广播属性，通信双方无法验证对方身份，因而通信不安全。PPPoE通过Session ID保障用户安全。

2.2 拓扑

ADSL 和FTTH（光纤到户）的拨号都使用PPPoE协议。

PPPoE不使用ARP，可防止ARP攻击。

2.3 报文格式

PPPoE报文格式：

1. 以太网头：

• 目标MAC。
• 源MAC。
• 类型：
• 标识PPPoE报文类型，0x8863（发现阶段），0x8864（PPP会话阶段）。

2. PPPoE头部：

• Ver（4 bits）： PPPoE协议版本号，值为0x1。
• Type（4 bits）： PPPoE帧类型，值为0x1。
• Code（1字节）： PPPoE报文具体类型。
• 0x00：会话数据。
• 0x07：PADO或PADT。
• 0x09：PADI。
• 0x19：PADR。
• 0x65：PADS。
• Session ID（2字节）：标识PPPoE会话，由服务器分配。实际会话ID还结合源目MAC。
• Length（2字节）： PPPoE的Payload长度，不包括以太网头和PPPoE头。

3. PPP帧：

• PPP帧被封装在PPPoE报文中，包括：标志字节、地址字节、控制字节、协议字节、信息字段和校验字段等。

2.4 报文流程

发现阶段
Client广播PADI（PPPoE Active Discovery Initiation）。
Server 回应 PADO（PPPoE Active Discovery Offer），包含Access Concentrator Name Tag。
Client 选定合适 Server，并单播回复 PADR（PPPoE Active Discovery Request）。
Server 回复 PADS（PPPoE Active Discovery Session-confirmation），其中包含唯一会话ID
四个报文都包含server name Tag。

2.5 PPP会话阶段

PPPoE Client 和 PPPoE Server 通常在同一局域网。

2.6 BCP

即PPP Bridging Control Protocol，基于PPP链路，桥接双方子网。

BCP 属于 PPP 协议中 LCP 链路配置协商参数。可结合 PPTP 或 L2TP 使用实现大二层组网。

为实现L2TP+BCP，需要的应用：

• xl2tpd + pppd
• openl2tp + pppd
• 还可以 L2TP + BCP + IPsec。

ESP 协议属于 IPsec。

PPTP

PPTP（点对点隧道协议）由微软、3Com等联合开发。

最大特点：

• 配置简单（只需用户名，密码，服务器IP）。
• 安全性不如IPSec。

PPTP 是在 PPP 基础上开发增强型安全协议，PPTP 使用用户级 PPP 身份验证，用于 Microsoft 点对点加密 (MPPE)的数据加密。

配置界面

3.1 工作原理

PPTP第一步是建立TCP连接，该TCP连接只用于PPTP控制报文，负责链路控制。而后续数据包不用TCP连接，以PPP协议封装，然后在IP协议上传输。

PAC: 即 PPTP Access Concentrator， PPTP网络集中器。客户端。

PNS: 即 PPTP Network Server，PPTP网络服务器。服务器。

PPTP 报文分为：

1. PPTP控制报文：

• 用于创建、维护、终止PPTP连接。

2. PPTP数据报文：

• 用来传送PPP数据包，PPP数据包封装在GRE中。

3.2 报文格式

控制报文和数据报文格式不同。

3.2.1 控制报文

需提前建立TCP连接。

3.2.2 数据报文

PPPoE可算是隧道，PPPoE头类似GRE头。

对于数据报文， Server和Client都使用到两个IP。

• 一个公网IP，用于连接Internet。
• 另一个是PPTP 拨号分配的内网IP。

Server 可手动配置的内网 IP，而 Client 的内网地址是从 Server 获取的。

PPP Compressed Datagram 中又包含 IP TCP 应用层数据。

3.3 报文流程

1. Client向Server的1723端口建立TCP连接。

2. PPTP链路控制：

• 2.1 Client 发送 Start Control Connection Request。
• 2.2 Server 回复 Start Control Connection Reply。
• 2.3 Client 发送 Outgoing Call Request。创建隧道，包含一个客户端到服务器方向的发送数据的PPTP隧道ID
• 2.4 Server 回复 Outgoing Call Reply。隧道创建成功。包含一个从服务器到客户端方向的发送数据的PPTP隧道ID。
• 2.5 Client 发送Set-Link-Info：包含协商PPP选项。

3. 隧道数据传输
   PPTP 隧道建立后，就可在客户机与服务器之间传送 PPP 数据。

PPTP发送数据包封装过程：

1. 应用层数据封装成IP包。
2. 将IP包发送到VPN虚拟接口。
3. VPN虚拟接口将IP数据包压缩和加密（可选），并添加PPP头。
4. VPN虚拟接口将PPP帧发送给PPTP驱动。
5. PPTP驱动在PPP帧外加GRE头。
6. PPTP驱动将GRE头提交给TCP/IP协议栈。
7. TCP/IP协议栈为GRE添加IP头。
8. 最后为IP包进行数据链路层封装，并通过物理网卡发出。

收包解封装过程：

3.4 实现

1. 加载相关模块：

• modprobe pptp.ko
• modprobe ppp_mppe.ko

2. 运行进程：

• pppd nodetach nodefaultroute lock usepeerdns user $pptp_user password $pptp_pass
• plugin pptp.so pptp_server $pptp_srv_ip file /tmp/options.pptp nobcp &

其中 /tmp/options.pptp 内容为：

• noipdefault
• noauth
• nobsdcomp
• nodeflate
• novj
• novjccomp
• noaccomp
• maxfail 0
• mtu 1414
• mru 1414
• +mppe-128 or nomppe-stateful # 表示是否加密。

L2TP

4.1 介绍

L2TP（Layer Two Tunneling Protocol）：二层隧道协议，扩展了PPP。

适用于用户远程拨号接入企业总部。

LAC（L2TP Access Concentrator）：
L2TP 访问集中器，即L2TP客户端。

LNS（L2TP Network Server）：
L2TP 网络服务器，即L2TP服务器。

VPDN：基于拨号网络的VPN，如：

• PPTP L2F L2TP

L2TP 集合PPTP和L2F优点。

4.2 典型组网

远端系统 = dial clients = 企业分支

LAC：L2TP Access Concentrato

三种应用场景：

1. 拨号用户访问企业内网：

• 用于用户不经常访问企业总部时，LAC检测用户下线，自动拆除隧道。
• 需要用于自己登录L2TP账户密码。

2. LAC自动拨号

• LAC 与 LNS 间建立一条永久性 L2TP 会话，无需用户 PPP 拨号，只需 IP 连接即可。

3. 移动办公用户访问企业内网

• 由用户发起 L2TP 连接。

4.3 配置界面

BCP：

• 属于PPP协议中LCP链路配置协商参数。
• 用于在PPP连接的两端协商和管理网络桥接，如配置、状态和参数。
• 通知对端设备是否启用桥接、桥接的类型、桥接端口等信息。

4.4 数据格式

层二 VPN：可用L2TP + BCP。
报文头格式：ETH + IP + UDP + L2TP + (PPP+BCP) + ETH + IP

层三VPN：不使能PPP的BCP协议。
报文头格式：ETH + IP + UDP + L2TP + PPP + IP

4.5 控制通道和数据通道

在一对 LAC和 LNS 间可建立多条 L2TP 隧道。每个L2TP隧道连接包括：一个控制连接和多个会话连接。

控制通道：隧道的建立、维护和关闭。

数据通道：用于传输用户数据。

L2TP报头包含Tunnel ID和Session ID信息，用来标识不同的隧道和会话。

隧道标识与会话标识是由对端分配，只对接收端有意义，对发送端没有意义。

隧道建立过程：

• SCCRQ（Start-Control-Connection-Request）：
• 一般由LAC向LNS发起请求。
• SCCRQ（Start-Control-Connection-Reply）：
• 表示接受对端连接请求。
• SCCCN（Start-Control-Connection-Connected）：
• 表示隧道建立完成。

会话建立过程：

• ICRQ（Incoming-Call-Request）：
• 当LAC检测到拨号时，向LNS发送ICRQ，请求在隧道中建立一个会话。
• ICRP（Incoming-Call-Reply）：
• 表示ICRQ成功，LNS会在ICRP中标识L2TP会话必要参数。
• ICCN（Incoming-Call-Connected）：
• 表示L2TP会话建立完成。

4.6 PPTP 和 L2TP 比较

PPTP 要求为IP网络。

L2TP 要求面向数据包的点对点连接（支持IP、ATM、帧中继、X.25等网络）。

PPTP只支持单一隧道。

L2TP支持多隧道。

PPTP不支持包头压缩、隧道验证。

L2TP支持包头压缩、隧道验证。

PPTP包头占6个字节。

L2TP压缩包头占4个字节。