双5G边缘计算网关/工业CPE-AR7091G/GK
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VPDN组网技术详解
发布时间：2020-09-01浏览：8663
一、VPDN简介
VPDN（Virtual Private Dial Network，虚拟私有拨号网）是指利用公共网络（如ISDN和PSTN）的拨号功能及接入网来实现虚拟专用网，从而为企业、小型ISP、移动办公人员提供接入服务。
VPDN采用专用的网络加密通信协议，在公共网络上为企业建立安全的虚拟专网。企业驻外机构和出差人员可从远程经由公共网络，通过虚拟加密隧道实现和企业总部之间的网络连接，而公共网络上其它用户则无法穿过虚拟隧道访问企业网内部的资源。
VPDN有下列两种实现方式：
1）NAS通过隧道协议，与VPDN网关建立通道的方式。这种方式将客户的PPP连接直接连到企业的网关上，目前可使用 的协议有L2F与L2TP。其好处在于：对用户是透明的，用户只需要登录一次就可以接入企业网络，由企业网进行用户认证和地址分配，而不占用公共地址，用 户可使用各种平台上网。这种方式需要NAS支持VPDN协议，需要认证系统支持VPDN属性，网关一般使用路由器或×××专用服务器。
2）客户机与VPDN网关建立隧道的方式。这种方式由客户机先建立与Internet的连接，再通过专用的客户软件（如 Win2000支持的L2TP客户端）与网关建立通道连接。其好处在于：用户上网的方式和地点没有限制，不需ISP介入。缺点是：用户需要安装专用的软件 （一般都是Win2000平台），限制了用户使用的平台。
VPDN隧道协议可分为PPTP、L2F和L2TP三种，目前使用最广泛的是L2TP。
二、L2TP协议介绍
1)协议背景
PPP协议定义了一种封装技术，可以在二层的点到点链路上传输多种协议数据包，这时用户与NAS之间运行PPP协议，二层链路端点与PPP会话点驻留在相同硬件设备上。
L2TP协议提供了对PPP链路层数据包的通道（Tunnel）传输支持，允许二层链路端点和PPP会话点驻留在不同设 备上并且采用包交换网络技术进行信息交互，从而扩展了PPP模型。L2TP协议结合了L2F协议和PPTP协议的各自优点，成为IETF有关二层隧道协议 的工业标准。
2)典型L2TP组网应用
使用L2TP协议构建的VPDN应用的典型组网如图1所示：
其中，LAC表示L2TP访问集中器（L2TP Access Concentrator），是附属在交换网络上的具有PPP端系统和L2TP协议处理能力的设备。LAC一般是一个网络接入服务器NAS，主要用于通过PSTN/ISDN网络为用户提供接入服务。LNS表示L2TP网络服务器（L2TP Network Server），是PPP端系统上用于处理L2TP协议服务器端部分的设备。
LAC位于LNS和远端系统（远地用户和远地分支机构）之间，用于在LNS和远端系统之间传递信息包，把从远端系统收到 的信息包按照L2TP协议进行封装并送往LNS，将从LNS收到的信息包进行解封装并送往远端系统。LAC与远端系统之间可以采用本地连接或PPP链 路，VPDN应用中通常为PPP链路。LNS作为L2TP隧道的另一侧端点，是LAC的对端设备，是被LAC进行隧道传输的PPP会话的逻辑终止端点。
3)L2TP协议的技术细节
A)L2TP协议结构
上图所示L2TP协议结构描述了PPP帧和控制通道以及数据通道之间的关系。PPP帧在不可靠的L2TP数据通道上进行传输，控制消息在可靠的L2TP控制通道内传输。
通常L2TP数据以UDP报文的形式发送。L2TP注册了UDP 1701端口，但是这个端口仅用于初始的隧道建立过程中。L2TP隧道发起方任选一个空闲的端口（未必是1701）向接收方的1701端口发送报文；接收 方收到报文后，也任选一个空闲的端口（未必是1701），给发送方的指定端口回送报文。至此，双方的端口选定，并在隧道保持连通的时间段内不再改变。
B) 隧道和会话的概念
在一个LNS和LAC对之间存在着两种类型的连接，一种是隧道（Tunnel）连接，它定义了一个LNS和LAC对；另 一种是会话（Session）连接，它复用在隧道连接之上，用于表示承载在隧道连接中的每个PPP会话过程。在同一对LAC和LNS之间可以建立多个 L2TP隧道，隧道由一个控制连接和一个或多个会话（Session）组成。会话连接必须在隧道建立（包括身份保护、L2TP版本、帧类型、硬件传输类型 等信息的交换）成功之后进行，每个会话连接对应于LAC和LNS之间的一个PPP数据流。控制消息和PPP数据报文都在隧道上传输。
L2TP使用Hello报文来检测隧道的连通性。LAC和LNS定时向对端发送Hello报文，若在一段时间内未收到Hello报文的应答，该会话将被清除。
C) 控制消息和数据消息的概念
L2TP中存在两种消息：控制消息和数据消息。控制消息用于隧道和会话连接的建立、维护以及传输控制；数据消息则用于封 装PPP帧并在隧道上传输。控制消息的传输是可靠传输，并且支持对控制消息的流量控制和拥塞控制；而数据消息的传输是不可靠传输，若数据报文丢失，不予重 传，不支持对数据消息的流量控制和拥塞控制。
控制消息和数据消息共享相同的报文头。L2TP报文头中包含隧道标识符（Tunnel ID）和会话标识符（Session ID）信息，用来标识不同的隧道和会话。隧道标识相同、会话标识不同的报文将被复用在一个隧道上，报文头中的隧道标识符与会话标识符由对端分配。
4)两种典型的L2TP隧道模式
远端系统或LAC客户端（运行L2TP协议的主机）与LNS之间对PPP帧的隧道模式如图3所示：
a. 由远程拨号用户发起。
远程系统拨入LAC，由LAC通过Internet向LNS发起建立通道连接请求。拨号用户地址由LNS分配；对远程拨号用户的验证与计费既可由LAC侧的代理完成，也可在LNS侧完成，在这里MA5200充当LAC
b. 直接由LAC客户（指可在本地支持L2TP协议的用户）发起。
此时LAC客户可直接向LNS发起通道连接请求，无需再经过一个单独的LAC设备。此时，LAC客户地址的分配由LNS来完成。
5)L2TP隧道会话的建立过程
L2TP通道的呼叫建立流程可如图4所示：
6)L2TP优势
a. 灵活的身份验证机制以及高度的安全性
L2TP协议本身并不提供连接的安全性，但它可依赖于PPP提供的认证（比如CHAP、PAP等），因此具有PPP所具 有的所有安全特性。L2TP可与IPSec结合起来实现数据安全，这使得通过L2TP所传输的数据更难被攻击。L2TP还可根据特定的网络安全要求在 L2TP之上采用通道加密技术、端对端数据加密或应用层数据加密等方案来提高数据的安全性。
b. 多协议传输
L2TP传输PPP数据包，这样就可以在PPP数据包内封装多种协议。
c. 支持RADIUS服务器的验证
LAC端将用户名和密码发往RADIUS服务器进行验证申请，RADIUS服务器负责接收用户的验证请求，完成验证。
d. 支持内部地址分配
LNS可放置于企业网的防火墙之后，它可以对远端用户的地址进行动态的分配和管理，可支持私有地址应用（RFC1918）。为远端用户所分配的地址不是Internet地址而是企业内部的私有地址，这样方便了地址的管理并可以增加安全性。
e. 网络计费的灵活性
可在LAC和LNS两处同时计费，即ISP处（用于产生帐单）及企业网关（用于付费及审计）。L2TP能够提供数据传输的出入包数、字节数以及连接的起始、结束时间等计费数据，可根据这些数据方便地进行网络计费。
f. 可靠性
L2TP协议支持备份LNS，当一个主LNS不可达之后，LAC可以重新与备份LNS建立连接，这样增加了×××服务的可靠性和容错性。
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