1. PPP实验点这里（拓扑+代码）
2. PPPoE配置实验点这里（拓扑+代码）

一、广域网

1. 什么是广域网？

    广域网是连接不同地区局域网的网络，通常所覆盖的范围从几十公里到几千公里。它能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲提供远距离通信，形成国际性的远程网络。※ 广域网与局域网是相对的概念。
   

2. 早期的广域网技术

   早期广域网与局域网的区别在于数据链路层和物理层的差异性，在TCP/IP参考模型中，其他各层无差异。

TCP/IP参考模型	LAN技术	WAN技术
数据链路层	IEEE802.3/4/5/11	PPP、HDLC、FR（帧中继）、ATM
物理层	IEEE802.3/4/5/11	RS-232、V.24、V.35、G.703

3. 广域网络设备角色介绍

设备	描述
CE（Customer Edge，用户边缘设备）	用户端连接服务提供商的边缘设备（PE）。CE连接一个或多个PE，实现用户接入。
PE（Provider Edge，服务提供商边缘设备）	服务提供商连接CE的边缘设备。PE同时连接CE和P设备，是重要的网络节点。
P（Provider ，服务提供商设备）	服务提供商不连接任何CE的设备。

4. 早期广域网技术的应用

    早期的广域网技术主要是针对不同的物理链路类型，在数据链路层进行不同的二层封装。在CE与PE之间常用的广域网封装协议有PPP/HDLC/FR等，用于解决用户接入广域网的长距离传输问题。在ISP（运营商）内部常用的广域网协议主要是ATM，它用于解决骨干网高速转发的问题。
   

二、PPP协议

1. PPP协议概述

    PPP（Point-to-Point Protocol，点到点协议）是一种常见的“广域网数据链路层协议”，主要用于在全双工的链路上进行点到点的数据传输封装。PPP提供了安全“认证”协议族：① PAP（Password Authentication Protocol，密码验证协议）② CHAP（ChallengeHandshake Authentication Protocol，挑战握手认证协议）。※ 二者都为链路层的认证协议PPP协议具有良好的扩展性，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。PPP协议提供LCP（Link Control Protocol，链路控制协议），用于各种链路层参数的协商，例如最大接收单元，认证模式等。PPP协议提供各种NCP（Network Control Protocol，网络控制协议），如IPCP（IP Control Protocol ，IP控制协议），用于各网络层参数的协商，更好地支持了网络层协议。
   

2. PPP链路建立流程

    PPP链路的建立有三个阶段的协商过程，链路层协商、认证协商（可选）和网络层协商。① 链路层协商（LCP）：通过LCP报文进行链路参数协商，建立链路层连接。② 认证协商（可选PAP或CHAP）：通过链路建立阶段协商的认证方式进行链路认证。③ 网络层协商（NCP） ：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。
   

三、PPP链路建立过程1-LCP（链路协商）

1. LCP报文格式

    PPP报文可由Protocol字段标识不同类型的PPP报文。例如，当Protocol字段为0xC021时，代表是LCP报文。此时又由Code字段标识不同类型LCP报文。LCP主要用来协商链路层的参数，这些参数使用TLV（Type Length Value）结构封装，例如MRU、认证协议、魔术字（用于防环）等。
   

2. LCP协商过程 - 正常协商

    LCP协商由不同的LCP报文交互完成。协商由任意一方发送Configure-Request报文发起。如果对端接收此报文且参数匹配，则通过回复Configure-Ack响应协商成功。步骤：① R1发送Configure-Request请求（携带本端参数，链路层参数：如MRU=1500；Auth_Type=PAP；Magic_Num=a）给R2，R2确认参数合法后，回发一个Configure-Ack报文给R1响应协商成功。② R2紧接着再发一个携带自己参数的Configure-Request报文，等待R1回复Configure-Ack响应。③ R1最后回复一个Configure-Ack报文，LCP协商过程结束※ 也就是说，双方都需要发送携带自己参数的请求报文※ 注意，如果双方的MRU大小不一致，如R1为1500、R2为2000，则双方都会协商为1500
   

3. LCP协商过程 - 参数不匹配

    在LCP报文交互中出现LCP参数不匹配时，接收方回复Configure-Nak响应告知对端修改参数然后重新协商。步骤：① R1发送配置请求，携带本端参数（Configure-Request）② R2发现R1的参数不合法，回复一个Configure-Nak报文，进行参数协商。③ 重新发起配置请求，携带协商后参数。
   

4. LCP协商过程 - 参数不识别

    在LCP报文交互中出现LCP参数不识别时，接收方回复Configure-Reject响应告知对端删除不识别的参数然后重新协商。
   

四、PPP链路建立过程2-PAP/CHAP（认证协商，可选）

链路协商成功后，进行认证协商（此过程可选）。认证协商有两种模式，PAP和CHAP。

1. PPP认证模式 - PAP

    PAP认证双方有两次握手。协商报文以“明文”的形式在链路上传输。步骤：① LCP链路协商成功，确定认证方式为PAP② 被认证方（企业）发起认证，发送Authenticate-Request报文（携带用户名与密码）③ 认证方（运营商）将请求报文中的用户名和密码与本端数据库中进行比对，若匹配成功，则发送Authenticate-Ack给被认证方（认证协商过程结束）※ PAP认证模式不安全，密码为明文传输。※ 认证方在本地数据库中配置用户名和密码。
   

2. PPP认证模式 - CHAP

    CHAP认证双方有三次握手。协商报文被加密后再在链路上传输。步骤：① LCP链路协商成功，确定认证方式为CHAP② 第一次握手：认证方发起challenge报文（携带ID、随机数Random）给被认证方，同时认证方本地会记录自己发送的随机数与ID③ 第二次握手：被认证方收到challenge报文后，会将报文中的ID、随机数结合本地接口配置的密码，使用HASH算法生成MD5结果。随后将MD5结果与用户名等参数封装成Response报文，发送给认证方（进行认证）④ 认证方自己也将自己本地的密码结合随机数、ID使用HASH算法生成MD5结果。⑤ 第三次握手：认证方收到被认证方发送的response报文后，会将双方的MD5结果进行比对，若匹配一致，则代表认证成功，随后回复一个Success报文给被认证方（认证协商过程结束）※ 随机数用于防重放攻击※ CHAP认证情况下：网络中传输的不是密码，而是通过密码等参数生成的MD5结果，因此安全。
   

五、PPP链路建立过程3-NCP（网络协商）

PPP认证协商后，双方进入NCP协商阶段，协商在数据链路上所传输的数据包的格式与类型。
以常见的IPCP（网络控制协议）为例，它分为静态IP地址协商和动态IP地址协商。

1. 静态IP地址协商（检测双方的IP地址是否冲突）

    静态IP地址协商需要手动在链路两端配置IP地址。步骤：① R1发送配置请求，携带本端配置的IP地址（Configure-Request报文，IP：10.1.1.1）② R2收到后，确认对端地址合法，回复给R1一个Configure-Ack进行确认③ 随后R2会发送Configure-Request报文（10.1.1.2，R2的IP地址）给R1④ 最后R1回复确认报文Configure-Ack到R2（此时NCP协商结束）
   

2. 动态IP地址协商

    动态IP地址协商支持PPP链路一端为对端配置IP地址（推送IP地址）步骤：① R1发送配置请求报文Configure-Request （0.0.0.0）给R2。※ R1本地没有IP地址，因此请求报文中的地址为0.0.0.0② R2接收到R1的请求报文后，发现报文中的地址不合法，回复一个协商IP地址报文（Configure-Nak，IP：10.1.1.1）给R1※ 上述Configure-Nak中的IP地址（10.1.1.1）为R2推送给R1的（可以理解为R2给R1分配的）③ R1收到R2推送的IP地址后，将其配置在自己的接口下，然后重新发送Configure-Request （10.1.1.1）报文给R2※ 此处报文中的IP地址为R2给R1分配的④ R2接收到新的请求报文后，检查发现R1的地址合法了，因此回复Configure-Ack报文给R1进行确认⑤ R2随后发送Configure-Request（10.1.1.2）报文，携带自己的IP地址，给R1进行协商⑥ R1接收到后，确认R2的地址合法（IP地址正确且和自己不冲突），最后发送Configure-Ack报文给R2确认协商成功（此时NCP协商结束）
   

六、PPP 配置命令

/* ppp 基础配置命令 */
[Huawei-Serial0/0/0] link-protocol ppp  // 配置当前接口封装PPP协议※ 华为串行接口默认封装协议为ppp
[Huawei-Serial0/0/0] ppp timer negotiate 10  // 单位为秒※ 在PPP LCP协商过程中，本端设备会向对端设备发送LCP协商报文，如果在指定协商时间间隔内没有收到对端的应答报文，则重新发送。/* PAP 认证配置命令 */
/* 1，认证方（运营商） */
步骤：配置验证方以PAP方式认证对端，首先需要通过AAA将被验证方的用户名和密码加入本地用户列表，然后选择认证模式。
[R1] aaa  // 进入aaa认证，添加待认证用户信息
[R1-aaa] local-user aa password cipher Huawei@123  // 配置用户名与密码（密文显示）
[R1-aaa] local-user aa service-type ppp  // 指定用户aa业务类型为ppp
[R1-aaa]int s4/0/0  // 进入串口s4/0/0
[R1-Serial4/0/0] ppp authentication-mode pap  // 指定ppp认证模式为pap
/* 2，被认证方（企业客户） */
[R2] int s4/0/0  // 进入串口s4/0/0
[R2-Serial4/0/0] ppp pap local-user aa password cipher Huawei@123  // 添加PPP认证的用户信息/* CHAP 认证配置命令*/
/* 1，认证方（运营商） */
[R1] aaa  // 进入aaa认证，添加待认证用户信息
[R1-aaa] local-user aa password cipher Huawei@123  // 配置用户名与密码（密文显示）
[R1-aaa] local-user aa service-type ppp  // 指定用户aa业务类型为ppp
[R1-aaa]int s4/0/0  // 进入串口s4/0/0
[R1-Serial4/0/0] ppp authentication-mode chap  // 配置ppp认证方式为chap（pap与chap认证在配置方面，仅有此处略有不同）
/* 2，被认证方（企业客户） */
[R2] int s4/0/0  // 进入串口s4/0/0
[R2-Serial4/0/0] ppp chap user aa  // 配置chap认证时的用户名
[R2-Serial4/0/0] ppp chap password cipher Huawei@123  // 配置chap认证时的密码（密文显示）/* PPP 动态地址协商（分配IP地址）配置 */
/* 1，被分配方（无IP地址，等待对方分配） */
[R1]int s4/0/0  // 进入串口s4/0/0
[R1-Serial4/0/0] ip address ppp-negotiate  // 配置IP地址为ppp动态协商（自动获取）/* 2，分配方（有IP地址，给对方推送IP地址） */
[R2] int s4/0/0  // 进入串口
[R2-Serial4/0/0] int add 2.2.2.2  // 添加本端接口的IP地址
[R2-Serial4/0/0] remote address 1.1.1.1  // 给对端接口（R1）推送一个IP地址（分配）※ 两端的IP地址可以不是一个网段的

七、PPPoE（以太网承载PPP协议）

1. 什么是PPPoE？

    PPPoE（PPP over Ethernet，以太网承载PPP协议）是一种把PPP帧封装到以太网帧中的链路层协议。PPPoE可以使以太网网络中的多台主机连接到远端的宽带接入服务器。PPPoE集中了“PPP和Ethernet”两个技术的优点。既有以太网的组网灵活优势，又可以利用PPP协议实现认证、计费等功能。
   

2. PPPoE应用场景

    PPPoE实现了在以太网上提供点到点的连接。PPPoE客户端与PPPoE服务器端之间建立PPP会话，封装PPP数据报文，为以太网上的主机提供接入服务，实现用户控制和计费，在企业网络与运营商网络中应用广泛。PPPoE的常见应用场景有家庭用户拨号上网、企业用户拨号上网等。※ 所有主机安装PPPoE客户端拨号软件，每个主机都是一个PPPoE客户端，分别与PPPoE服务器端建立一个PPPoE会话。每个主机单独使用一个账号，方便运营商对用户进行计费和控制。
   

3. PPPoE会话建立

    PPPoE的会话建立有三个阶段，PPPoE发现阶段、PPPoE会话阶段和PPPoE终结阶段。① PPPoE发现阶段：PPPoE协商（用户接入，创建PPPoE虚拟链路）② PPPoE会话阶段：PPP协商（包括LCP协商、PAP/CHAP认证、NCP协商等阶段）③ PPPoE终结阶段：PPPoE断开（用户下线，客户端断开连接或者服务器端断开连接）
   

八、PPPoE会话阶段（重点）

1. PPPoE报文

Code	名称	内容
0x09	PADI	PPPoE Active Discovery Initiation，PPPoE激活发现起始报文
0x07	PADO	PPPoE Active Discovery Offer，PPPoE激活发现服务报文
0x19	PADR	PPPoE Active Discovery Request，PPPoE激活发现请求报文
0x65	PADS	PPPoE Active Discovery Session-confirmation，PPPoE激活发现会话确认报文
0xa7	PADT	PPPoE Active Discovery Terminate，PPPoE激活发现终止报文

2. PPPoE发现阶段（重点）

    PPPoE协议发现有四个步骤：客户端发送请求、服务端响应请求、客户端确认响应和建立会话。① 客户端发送请求：客户端广播请求需要的服务（PADI）② 服务端响应请求：可能会有多个服务器能够提供客户端服务（PADO）③ 客户端确认响应：客户端优选最先收到的服务响应并发送服务请求（PADR）④ 建立会话：服务器端通过分配Session ID给客户端确定会话建立（PADS）
   

3. PPPoE会话阶段（重点）

    PPPoE会话阶段会进行PPP协商，分为LCP协商、认证协商、NCP协商三个阶段※ 在整个会话阶段，由PPPoE服务器端分配的Session ID值保持不变。
   

4. PPPoE终结阶段（重点）

    当PPPoE客户端希望关闭连接时，会向PPPoE服务器端发送一个PADT报文，用于关闭连接。同样，如果PPPoE服务器端希望关闭连接时，也会向PPPoE客户端发送一个PADT报文。※ PADT中通过携带Session ID值来标识需要关闭的会话
   

九、PPPoE基础配置

PPPoE配置实验点这里（拓扑+代码）

十、广域网技术的发展（了解）

1. 广域网技术的历史演进

    早期广域网常用的数据链路层协议包括PPP、HDLC和ATM等。后期随着全网IP化的演进，基于IP技术的Internet快速普及，但基于最长匹配算法的IP技术必须使用软件查找路由，转发性能低下，因此IP技术的转发性能成为当时限制网络发展的瓶颈。MPLS（Multiprotocol Label Switching，多协议标记交换）最初是为了提高路由器的转发速度而提出的。与传统IP路由方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘解析IP报文头，后续节点只基于标签转发，而不用在每一跳都解析IP报文头，减少软件处理流程节约了处理时间。随着路由器性能的提升，路由查找速度已经不是阻碍网络发展的瓶颈。这使得MPLS在提高转发速度方面不再具备明显的优势。但是MPLS支持多层标签和转发平面面向连接的特性，使其在VPN（Virtual PrivateNetwork，虚拟专用网）、TE（Traffic Engineering，流量工程）、QoS（Quality of Service，服务质量）等方面得到广泛应用。
   

2. 传统IP路由转发

    传统的IP转发采用的是逐跳转发。数据报文经过每一台路由器，都要被解封装查看报文网络层信息，然后根据路由最长匹配原则查找路由表指导报文转发。各路由器重复进行解封装查找路由表和再封装的过程，所以转发性能低。传统IP路由转发的特点：① 所有路由器需要知道全网的路由② 传统IP转发是面向无连接的，无法提供较好的端到端QoS保证。
   

3. MPLS标签转发

    MPLS是一种IP骨干网技术。MPLS是一种隧道技术，在IP路由和控制协议的基础上，向网络层提供面向连接的交换。能够提供较好的QoS保证。MPLS标签指导报文转发的过程中，使用本地标签查找替代传统IP转发的路由查找，大大提高转发效率。MPLS转发过程中使用的标签，既可以通过手工静态配置，又可以通过动态标签分发协议分配
   

4. MPLS转发存在的问题

    MPLS的标签分发有静态和动态两种方式，均面临着不同的问题：① 静态标签分发为手工配置。随着网络规模不断的扩大，网络拓扑易变化，静态手工配置标签不适应大型网络需求。② 动态标签分发的问题，一方面在于部分动态标签协议本身并无算路能力，需依赖IGP进行路径计算，同时控制面协议复杂，设备之间需要发送大量的消息来维持邻居及路径状态，浪费了链路带宽及设备资源。另一方面部分标签分发协议虽然支持流量工程，但是配置复杂，不支持负载分担，需要大量协议报文维护路径正常工作；同时每台设备都是独立存在，只知道自己的状态，设备之间需要交互信令报文，也会浪费链路带宽及设备资源。
   

5. Segment Routing简介

    为解决传统IP转发和MPLS转发的问题，业界提出了SR （Segment Routing，分段路由）。SR的转发机制有很大改进，主要体现在以下几个方面：① 基于现有协议进行扩展：扩展后的IGP/BGP具有标签分发能力，因此网络中无需其他任何标签分发协议，实现协议简化。② 引入源路由机制：基于源路由机制，支持通过控制器进行集中算路（SDN的思想）③ 业务驱动网络，由应用提出需求（时延、带宽、丢包率等），控制器收集网络拓扑、带宽利用率、时延等信息，根据业务需求计算显式路径。SR将网络路径分成一个个的段（Segment），并且为这些段分配SID（Segment ID）。SID的分配对象有两种，转发节点或者邻接链路。邻接链路和网络节点的SID有序排列形成段序列（Segment List），它代表一条转发路径。SR由源节点将段序列编码在数据包头部，随数据包传输。SR的本质是指令，指引报文去哪里和怎么去
   

6. SR的部署方式

    SR部署分为有控制器部署和无控制器部署。控制器配合方式由控制器收集信息，预留路径资源和计算路径，最后将结果下发到头结点，是更为推荐的部署方式。
   

7. Segment Routing的应用

    SR可以简易的指定的报文转发路径，在现网中可以为不同业务定义不同的路径。例如本例定义了数据下载、视频和语音三条显式路径，实现了业务驱动网络。设备由控制器纳管，支持路径实时快速发放。