-
L2TP
协议原理
一
.L2TP
协议结构
图
1-1
L2TP
协议结构
< br>PPP
帧
L2TP
数据消息
L2TP
数据通道（不可靠）
L2TP
控制消息
L2TP
控制通道（可靠）
包传输网络（
UDP,
...
）
图
1-1
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
数据通道内传输，控
制
消息在可靠的
L2TP
控制通道内传输。
L2TP
数据报文和控制报文全部以
UDP
报文形式发送。数据消息不重发，不能保证可靠性；控制消息使用
流控和重发机制，能保证可靠传输。
L2TP
注册了
UDP
端口
1701
< br>，这个端口号仅用于初始隧道建立过程。
L2TP
隧道发
起方任选一个空闲端口（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
连通的时间内不再改
变。
二
.L2TP
< br>报文头
L2TP
的控制消息和
数据消息使用相同的报文头。
图
1-2
L2TP
报文头格式
0
7
Tunnel
ID
Ns (opt)
offset size (opt)<
/p>
12
Ver
16
Length (opt)
Session ID
Nr
(opt)
offset padding (opt)
31<
/p>
T
L
x
x
S
x
O
P
x
x
x
x
L2TP
报文头中标记为
可选（
opt
）的字段，是指在数据消息中可选，在控制消息中
则是必选的。
表
1-1
L2TP
报文头字段描述
字段名
T
含义
取值要求
类型
（
Type
）
，
取值为
“
0
”
时表示数据消息，
－
取值为“<
/p>
1
”时表示控制消息
< br>长度在位标志，取值为“
1
”时表示报文头中
存在长度字段
Length
保留位
控
制
消
息
中
必
须
为
“
1
”
－
L
x
字段名
S
含义
顺序字段在位标志，取值为“<
/p>
1
”时表示报文
头中存在
Ns
和
Nr
字段
取值为“
1
”时表示报文
头中存在
offset
size
字段
优先级（
Priority
），只用于数据消息
取值要求
控
制
消
息
中
必
须
为
“
1
”
控
制
消
息
中
必<
/p>
须
为
“
0
”
控
制
消
息
中
必
须
为
“
0
”
对于
L2TPv2
协议取
值为“
2
”
－
Hello<
/p>
控制消息具有全
局性，
其
Tunnel ID
必
须为
0
。
－
－
数据消息中是保留字
段
－
－
O
P
Ver
版本号
Length
Tunnel ID
消息的总长度，单位为字节
隧道标识符，只具有本地意义
Session ID
Ns
Nr
会话标识符，只具有本地意义
当前消息的顺序号
希望接收的下一条控制消息的顺序号
offset size
偏移值，指示载荷数据开始的位置
offset padding
填充位
L
2TP
报文头中包含隧道标识符（
Tunnel
ID
）和会话标识符（
Session ID
< br>）信息，隧道标识符与会话标识符
由对端分配，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条隧道上。
<
/p>
三
.L2TP
数据报文结构
用户
PPP
报文（已携带
源
IP
报文头及
PPP
报文头）在公共网络上以
IP
报文形式传输时携带以下
协议头：
?
?
?
1
个
L2TP
报文
头（
16
字节）
1
个
UDP
报文头（
8
字节）
1
个新
IP
报文头（
20
字节）
，指示
L2TP
隧道的源地址和目的地址
L2TP
数据报文的格式如图
1-3
。
图
1-3
L2TP
数据报文的格式
20
字节
新
IP
头
8
字节
UDP
头
16
字节
L2TP
头
2
字节
PP
P
头
20
字节
原
IP
头
Data
LAC
收
到
PPP
报文后，进行如下封装：
?
?
?
首先为其封装
L2TP
报文头；
接着封装
UDP
报文头
然
后封装新的
IP
头，并从连接公共网络的接口发送出去。
L2TP
协议本
身没有数据分片功能，但是在进行
IP
封装时，可以在需要时进
行分片。为保证报文不分片，
封装后的报文大小不能超过实际接口的
MTU
。
LNS
从连接公共网络的接口收到该报文后，进行如下处理：
?
?
去掉
IP
头和
UD
P
头，将报文送往
L2TP
协议模块；
L2TP
协议剥离
< br>L2TP
协议头和
PPP
头，将
该报文还原为用户
IP
报文，并发送到私
网内部服务器。
四
.
控制连接和会话连接的建立过程
消息报文
在
VRP
的实现中，控制连接和会话连接的建立过程中涉及的消息包括：
< br>
（
Start-
Control-Connection-Request
）
：
用来向对端请求建立控制连接。
（
Start-Control-
Connection-Reply
）
：用来告诉对端，本端收
到了对端的
ACCRQ
消息，允许建立控
制连接。
（
Start-Control-
Connection-Connected
）
：用来告诉对端
，本端收到了对端的
SCCRP
消息，本端已
< br>完成隧道的建立。
N
（
Stop-Control-
Connection-Notification
）
：用来通
知对端拆除控制连接，本端已清除所有会话连
接，将关闭隧道接口。
StopCCN
中携带了发送端控制连接拆除原因。
（
Incoming-Call-Re
quest
）
：只有
LAC
才会发送；每当检测到用户的呼叫请求，
LAC
就
发送
ICRQ
消息给
LNS
，请求建立会话连接。
ICRQ
中携带会话参数。
（
Incoming-Call-Re
ply
）
：只有
LNS
才会发送；收到
LAC
的
IC
RQ
，
LNS
就使用
< br>ICRP
回复，表示
允许建立会话连接。
（
Incoming-
Call-Connected
）
：只有
LAC
才会发送；
LAC
收到
LNS
的
ICRP
，
就使用
ICCN
回复，
表示
LAC
已回复用户的呼叫，通知
LNS
建立会话连接。
（
Call-Disconnect-
Notify
）
：用来通知对端拆除会话连接，并告知对端拆除
的原因。
：用来检测隧道的连通性。
（
Zero-Length Body
）
：如果本端的队列没有要发送的消息时，发送
ZLB
给对端。在会话连接和控
制连接的拆除过程中，
发送
ZLB
还表示收到
StopCCN
或
CDN
。
Z
LB
只有
L2TP
头，没有负载部分，
因此
而得名。
控制连接的建立和拆除期间包含以下过程：
1.
控制连接的建立
2.
会话连接的建立
3.
控制连接的维持
4.
会话连接的拆除
5.
控制连接的拆除
控制连接的建立
< br>控制连接的建立先于会话连接。
只有控制连接建立起来了，
会话连接才可能建立起来。
L2T
P
的控制连接建立过程如图
1-4
。
图
1-4
控制连接建立的三次握手
LAC
SCCRQ
SCCRP
SCCCN
LNS
ZLB
No messages
waiting in queue
1.
LAC
和
LNS
之间路由相互可达后，
LAC
端设置相应
AVP
，
< br>向
LNS
端发出
SCCRQ
报文，请求建立控制连接。
2.
LNS
收到来自
LAC
的
SCCRQ
。
根据其中的
A
VP<
/p>
，
如果同意建立隧道，
便发送
SCCRP
报文给
LAC
。
3.
L
AC
对接收到的
SCCRP
报文进行检
查，
从中取出隧道信息，
并向
LNS<
/p>
发送
SCCCN
报文，表示控制连接建立
成功。
4.
当消息队列中没有消息时，
LNS
发送
ZLB
给对端。
在
VRP
中，使用
display l2tp
tunnel
命令可以查看本设备上成功建立了哪些控制连接。
会话连接的建立
控制连接成功建立之
后，一旦检测到用户呼叫，就请求建立会话连接。与控制连接不同的是，会话连接的
建立
具有方向性。在
VRP
中，会话连接请求是由
< br>LAC
发起的。会话连接建立过程如图
1-5
。
图
1-5
会话连接建立过程
LAC
Call Detected
I
CRQ
ICRP
ICCN
LNS
ZLB ACK
No messages waiting in
queue
L2TP
的会话建立由
PPP
触发。
在
VRP
中，使用
dis
play l2tp session
命令可以查看
本设备上成功建立了哪些会话连接。
控制连接的维持
L2TP
使用
Hello
报文检测隧道的连通性。
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，则重复发送
Hello
报文。
如果重复发送报文的次数超过
3
次，则认为
L2TP
隧道已经
断开，该
PPP
会话将被清
除。此时需要重新建立隧道。
VRP
中
Hello
报文发送的时间间隔可以手工设置。
缺省情况下，
Hello
报文每隔
< br>60
秒发送一次。
LNS
和
LAC
侧可以设置不同的
Hello
报文时间间隔。
会话连接的拆除
会话连接拆除的发起
端可以是
LAC
或
LNS
。
发
起端通过发送
CDN<
/p>
消息报文到对端来通知对端拆除会话连
接。对端收到后发送
ZLB ACK
消息作为回应。图
1-6
是
LAC
侧发起会话连接拆除的过程。
图
1-6
L2TP
会话连接的拆除
LAC
CDN
ZLB
ACK
LNS
控制连接的拆除
控制连接拆除的发起
端可以是
LAC
或
LNS
。
发起端通过发送
StopCCN
< br>消息报文到对端来通知对端拆除控
制连接。
对端收到后发
送
ZLB ACK
消息作为回应，
同时
在一定时间内保持控制连接以防止
ZLB ACK
消息
丢失。图
1-7
是
LA
C
侧发起控制连接拆除的过程。