2.1 HDLC和PPP原理与配置

PPP协议应用

PPP协议是一种点到点链路层协议，主要用于在全双工的同异步链路上进行点到点的数据传输。PPP协议有如下优点： 
1. PPP既支持同步传输又支持异步传输，而X.25、FR（Frame Relay）等数据链路层协议仅支持同步传输，SLIP仅支持异步传输。 
2. PPP协议具有很好的扩展性，例如，当需要在以太网链路上承载PPP协议时，PPP可以扩展为PPPoE。 
3. PPP提供了LCP（Link Control Protocol）协议，用于各种链路层参数的协商。 
4. PPP提供了各种NCP（Network Control Protocol）协议（如IPCP、IPXCP），用于各网络层参数的协商，更好地支持了网络层协议。 
5. PPP 提 供 了 认 证 协 议 ： CHAP （ Challenge-Handshake Authentication Protocol ） 、 PAP （ Password Authentication Protocol），更好的保证了网络的安全性。 
6. 无重传机制，网络开销小，速度快。

PPP组件

PPP包含两个组件：链路控制协议LCP和网络层控制协议NCP。 

为了能适应多种多样的链路类型，PPP定义了链路控制协议LCP。LCP可以自动检测链路环境，如是否存在环路；协商链路参数，如最大数据包长度，使用何种认证协议等等。与其他数据链路层协议相比，PPP协议的一个重要特点是可以提供认证功能，链路两端可以协商使用何种认证协议来实施认证过程，只有认证成功之后才会建立连接。 

PPP定义了一组网络层控制协议NCP，每一个NCP对应了一种网络层协议，用于协商网络层地址等参数，例如IPCP用于协商控制IP协议，IPXCP用于协商控制IPX协议等。 

PPP链路建立过程

对于PPP链路建立过程的描述如下：  

1. Dead阶段也称为物理层不可用阶段。当通信双方的两端检测到物理线路激活时，就会从Dead阶段迁移至Establish阶段，即链路建立阶段。 

2. 在Establish阶段，PPP链路进行LCP参数协商。协商内容包括最大接收单元MRU、认证方式、魔术字（Magic Number）等选项。LCP参数协商成功后会进入Opened状态，表示底层链路已经建立。 

3. 多数情况下,链路两端的设备是需要经过认证阶段（Authenticate）后才能够进入到网络层协议阶段。PPP链路在缺省情况下是不要求进行认证的。如果要求认证，则在链路建立阶段必须指定认证协议。认证方式是在链路建立阶段双方进行协商的。如果在这个阶段再
次收到了Configure-Request报文，则又会返回到链路建立阶段。 

4. 在Network阶段，PPP链路进行NCP协商。通过NCP协商来选择和配置一个网络层协议并进行网络层参数协商。只有相应的网络层协议协商成功后，该网络层协议才可以通过这条PPP链路发送报文。如果在这个阶段收到了Configure-Request报文，也会返回到链路建
立阶段。 

5. NCP协商成功后，PPP链路将保持通信状态。PPP运行过程中，可以随时中断连接，例如物理链路断开、认证失败、超时定时器时间、管理员通过配置关闭连接等动作都可能导致链路进入Terminate阶段。 

6. 在Terminate阶段，如果所有的资源都被释放，通信双方将回到Dead阶段，直到通信双方重新建立PPP连接。

PPP帧格式

PPP采用了与HDLC协议类似的帧格式： 
1. Flag域标识一个物理帧的起始和结束，该字节为二进制序列01111110（0X7E）。 
2. PPP帧的地址域跟HDLC帧的地址域有差异，PPP帧的地址域字节固定为11111111 （0XFF），是一个广播地址。 
3. PPP数据帧的控制域默认为00000011(0X03)，表明为无序号帧。 
4. 帧校验序列（FCS）是个16位的校验和，用于检查PPP帧的完整性。 
5. 协议字段用来说明PPP所封装的协议报文类型，典型的字段值有：0XC021代表LCP报文，0XC023代表PAP报文，0XC223代表CHAP报文。 
6. 信息字段包含协议字段中指定协议的数据包。数据字段的默认最大长度（不包括协议字段）称为最大接收单元MRU（Maximum Receive Unit），MRU的缺省值为1500字节。 

如果协议字段被设为0XC021，则说明通信双方正通过LCP报文进行PPP链路的协商和建立： 
1. Code字段，主要是用来标识LCP数据报文的类型。典型的报文类型有：配置信息报文（Configure Packets: 0x01)，配置成功信息报文(Configure-Ack: 0X02)，终止请求报文(Terminate-Request：0X05)。 
2. Identifier域为1个字节，用来匹配请求和响应。 
3. Length域的值就是该LCP报文的总字节数据。 
4. 数据字段则承载各种TLV（Type/Length/Value）参数用于协商配置选项，包括最大接收单元，认证协议等等。

LCP报文

如图所示，RTA和RTB使用串行链路相连，运行PPP。当物理层链路变为可用状态之后，RTA和RTB使用LCP协商链路参数。本例中，RTA首先发送一个Configure-Request报文，此报文中包含RTA上配置的链路层参数。当RTB收到此Configure-Request报文之后，如果RTB能识别并接受此报文中的所有链路层参数，则向RTA回应一个Configure-Ack报文。 

RTA在没有收到Configure-Ack报文的情况下，会每隔3秒重传一次Configure-Request报文，如果连续10次发送Configure-Request报文仍然没有收到 Configure-Ack报文，则认为对端不可用，停止发送Configure-Request报文。 

注：完成上述过程只是表明RTB认为RTA上的链路参数配置是可接受的。RTB也需要向RTA发送Configure-Request报文，使RTA检测RTB上的链路参数是不是可接受的。

当RTB收到RTA发送的Configure-Request报文之后，如果RTB能识别此报文中携带的所有链路层参数，但是认为部分或全部参数的取值不能接受，即参数的取值协商不成功，则RTB需要向RTA回应一个Configure-Nak报文。 
在这个Configure-Nak报文中，只包含不能接受的链路层参数，并且此报文所包含的链路层参数均被修改为RTB上可以接受的取值（或取值范围）。 
在收到Configure-Nak报文之后，RTA需要根据此报文中的链路层参数重新选择本地配置的其它参数，并重新发送一个Configure-Request。

当RTB收到RTA发送的Configure-Request报文之后，如果RTB不能识别此报文中携带的部分或全部链路层参数，则RTB需要向RTA回应一个Configure-Reject报文。在此Configure-Reject报文中，只包含不能被识别的链路层参数。 
在收到Configure-Reject报文之后，RTA需要向RTB重新发送一个Configure-Request报文，在新的Configure-Request报文中，不再包含不被对端（RTB）识别的参数。 

LCP协商参数

LCP报文携带的一些常见的配置参数有MRU，认证协议，以及魔术字。 
1. 在VRP平台上，MRU参数使用接口上配置的最大传输单元（MTU）值来表示。 
2. 常用的PPP认证协议有PAP和CHAP，一条PPP链路的两端可以使用不同的认证协议认证对端，但是被认证方必须支持认证方要求使用的认证协议并正确配置用户名和密码等认证信息。 
3. LCP使用魔术字来检测链路环路和其它异常情况。魔术字为随机产生的一个数字，随机机制需要保证两端产生相同魔术字的可能性几乎为0。 

收到一个Configure-Request报文之后，其包含的魔术字需要和本地产生的魔术字做比较，如果不同，表示链路无环路，则使用Confugure-Ack报文确认（其它参数也协商成功），表示魔术字协商成功。在后续发送的报文中，如果报文含有魔术字字段，则该字段设置为协商成功的魔术字。 

PPP基本配置

建立PPP链路之前，必须先在串行接口上配置链路层协议。华为ARG3系列路由器默认在串行接口上使能PPP协议。如果接口运行的不是PPP协议，需要运行link-protocol ppp命令来使能数据链路层的PPP协议。 

PPP认证模式——PAP

PAP认证的工作原理较为简单。PAP认证协议为两次握手认证协议，密码以明文方式在链路上发送。 

LCP协商完成后，认证方要求被认证方使用PAP进行认证。 被认证方将配置的用户名和密码信息使用Authenticate-Request报文以明文方式发送给认证方。 

认证方收到被认证方发送的用户名和密码信息之后，根据本地配置的用户名和密码数据库检查用户名和密码信息是否匹配，如果匹配，则返回Authenticate-Ack报文，表示认证成功。否则，返回Authenticate-Nak报文，表示认证失败。 

PAP配置

local-user huawei password cipher huawei命令用于创建一个本地用户，用户名为“huawei”，密码为“huawei”，关键字“cipher”表示密码信息在配置文件中被加密。 
local-user huawei service-type ppp命令用于设置用户“huawei”为PPP用户。 
ppp authentication-mode pap命令用于在认证方开启PAP认证的功能，即要求对端使用PAP认证。 
ppp pap local-user huawei password cipher huawei命令用于在被认证方配置PAP使用的用户名和密码信息。 

配置验证

PPP认证模式——CHAP

CHAP认证过程需要三次报文的交互。为了匹配请求报文和回应报文，报文中含有Identifier字段，一次认证过程所使用的报文均使用相同的Identifier信息。 
1. LCP协商完成后，认证方发送一个Challenge报文给被认证方，报文中含有Identifier信息和一个随机产生的Challenge字符串，此Identifier即为后续报文所使用的Identifier。 
2. 被认证方收到此Challenge报文之后，进行一次加密运算，运算公式为MD5{ Identifier＋密码＋Challenge }，意思是将Identifier、密码和Challenge三部分连成一个字符串，然后对此字符串做MD5运算，得到一个16字节长的摘要信息，然后将此摘要信息和端口上配置的CHAP用户名一起封装在Response报文中发回认证方。 
3. 认证方接收到被认证方发送的Response报文之后，按照其中的用户名在本地查找相应的密码信息，得到密码信息之后，进行一次加密运算，运算方式和被认证方的加密运算方式相同，然后将加密运算得到的摘要信息和Response报文中封装的摘要信息做比较，相同则认证成功，不相同则认证失败。 使用CHAP认证方式时，被认证方的密码是被加密后才进行传输的，这样就极大的提高了安全性。 

加密算法的声明 
目前设备采用的加密算法包括DES、3DES、AES、RSA、SHA1、SHA2、MD5等，具体采用哪种加密算法请根据场景而定。请优先采用我们的建议，否则会造成无法满足您安全防御的要求。

配置CHAP认证模式

local-user huawei password cipher huawei命令用于创建一个本地用户，用户名为“huawei”，密码为“huawei”；关键字“cipher”表示密码信息在配置文件中加密保存。 
local-user huawei service-type ppp命令用于设置用户“huawei”为PPP用户。 
ppp authentication-mode chap命令用于在认证方开启CHAP认证的功能，即要求对端使用CHAP认证。 
ppp chap user huawei命令用于在被认证方设置CHAP使用的用户名为“huawei”。 
ppp chap password cipher huawei命令用于在被认证方设置CHAP使用的密码为“huawei”。 

配置验证

IPCP静态地址协商

IPCP使用和LCP相同的协商机制、报文类型，但IPCP并非调用LCP，只是工作过程、报文等和LCP相同。 
IP地址协商包括两种方式：静态配置协商和动态配置协商。 
如图所示，两端路由器配置的IP地址分别为10.1.1.1/30和10.1.1.2/30。 静态IP地址的协商过程如下： 
1. 每一端都要发送Configure-Request报文，在此报文中包含本地配置的IP地址； 
2. 每一端接收到此Configure-Request报文之后，检查其中的IP地址，如果IP地址是一个合法的单播IP地址，而且和本地配置的IP地址不同（没有IP冲突），则认为对端可以使用该地址，回应一个Configure-Ack报文。

IPCP动态地址协商

两端动态协商IP地址的过程如下： 
1. RTA向RTB发送一个Configure-Request报文，此报文中会包含一个IP地址0.0.0.0，表示向对端请求IP地址； 
2. RTB收到上述Configure-Request报文后，认为其中包含的地址（0.0.0.0）不合法，使用Configure-Nak回应一个新的IP地址10.1.1.1； 
3. RTA收到此Configure-Nak报文之后，更新本地IP地址，并重新发送一个Configure-Request报文，包含新的IP地址10.1.1.1； 
4. RTB收到Configure-Request报文后，认为其中包含的IP地址为合法地址，回应一个Configure-Ack报文。 

同时，RTB也要向RTA发送Configure-Request报文请求使用地址10.1.1.2，RTA认为此地址合法，回应Configure-Ack报文。