以太网基础 -- LLDP使用案例

LLDP使用技术报告

背景

链路层发现协议（Link Layer Discovery Protocol，LLDP）是一种网络协议，主要用于在以太网网络中发现相邻设备并与其交换信息。LLDP是一种开放的标准，由IEEE 802.1AB定义，能够跨多个厂商的设备进行互操作。它的主要功能是帮助网络管理员识别网络拓扑结构，便于管理和故障排除。

LLDP在网络设备之间周期性地发送和接收LLDP数据单元（LLDPDU），这些数据单元包含设备的配置信息和能力。每个LLDPDU由多个TLV（Type-Length-Value）字段组成，每个字段包含特定类型的信息。

最常用的字段

LLDPDU中的常用TLV字段包括：

  1. Chassis ID TLV：识别设备底盘的唯一标识符，通常是设备的MAC地址。
  2. Port ID TLV：标识发送LLDPDU的端口，可以是端口的MAC地址或端口号。
  3. Time to Live (TTL) TLV：指定LLDP信息的生存时间，单位为秒。
  4. Port Description TLV：描述端口的信息，如端口名称或类型。
  5. System Name TLV：设备的主机名。
  6. System Description TLV：设备的详细描述，包括制造商、型号和操作系统版本等信息。
  7. System Capabilities TLV：设备的功能和当前启用的功能，如交换机、路由器等。
  8. Management Address TLV：设备的管理地址，可以是IPv4或IPv6地址。

自定义字段

除了标准的TLV字段外，LLDP还允许使用自定义TLV字段。这些字段可以携带特定的厂商信息或特定应用的配置信息。定义自定义TLV字段时，需要确保Type值在特定范围内，以避免与标准字段冲突。

实验设备

实验设备包括一台PC和一台嵌入式Linux设备。在本次实验中，我们将演示如何在PC端使用Python Qt实现设备发现功能，并在嵌入式Linux设备上使用C语言发送设备信息。

PC端代码 (Python Qt)

import sys
import threading
from PyQt5.QtCore import pyqtSignal, QObject
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QVBoxLayout, QWidget, QTextEdit
from scapy.all import *
from scapy.layers.l2 import Ether# Define LLDP layer
class LLDPDU(Packet):name = "LLDPDU"fields_desc = [ByteField("type", 0),ByteField("length", 0),StrLenField("value", "", length_from=lambda pkt:pkt.length)]class SnifferThread(QObject):packet_received = pyqtSignal(str)def start_sniffing(self):thread = threading.Thread(target=self.sniff_packets)thread.daemon = Truethread.start()def sniff_packets(self):print("Starting packet sniffing...")sniff(filter="ether proto 0x88cc", prn=self.process_packet, store=0)print("Packet sniffing stopped.")def process_packet(self, packet):if packet.haslayer(Ether) and packet[Ether].type == 0x88cc:info = f"LLDP packet received from {packet.src}\n"payload = bytes(packet.payload)i = 14  # skip Ethernet headerwhile i < len(payload):tlv_type = (payload[i] >> 1) & 0x7Ftlv_len = (payload[i] & 0x01) << 8 | payload[i + 1]tlv_value = payload[i + 2: i + 2 + tlv_len]info += f"TLV Type: {tlv_type}, Length: {tlv_len}, Value: {tlv_value}\n"i += 2 + tlv_lenself.packet_received.emit(info)class LLDPDiscoveryApp(QMainWindow):def __init__(self):super().__init__()self.setWindowTitle("LLDP Discovery")self.setGeometry(100, 100, 600, 400)self.textEdit = QTextEdit(self)self.setCentralWidget(self.textEdit)self.sniffer_thread = SnifferThread()self.sniffer_thread.packet_received.connect(self.display_packet_info)self.sniffer_thread.start_sniffing()def display_packet_info(self, info):self.textEdit.append(info)def main():app = QApplication(sys.argv)window = LLDPDiscoveryApp()window.show()sys.exit(app.exec_())if __name__ == "__main__":main()

嵌入式Linux设备端代码 (C语言)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
//#include <netinet/if_ether.h>
//#include <netpacket/packet.h>
#include <net/if.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <linux/if_packet.h>
#include <sys/ioctl.h>#define MAX_TLV_SIZE 512
#define LLDP_MULTICAST_ADDR "01:80:C2:00:00:0E"typedef struct {uint8_t type;uint8_t length;uint8_t value[MAX_TLV_SIZE];
} TLV;void addTLV(uint8_t *buffer, size_t *offset, uint8_t type, uint8_t length, uint8_t *value) {buffer[*offset] = (type << 1) | ((length >> 8) & 0x01);buffer[*offset + 1] = length & 0xFF;memcpy(&buffer[*offset + 2], value, length);*offset += length + 2;
}void sendLLDPDU(char *interface) {int sockfd;struct ifreq ifr;struct sockaddr_ll sa;uint8_t lldpdu[MAX_TLV_SIZE];uint8_t ether_frame[MAX_TLV_SIZE + ETH_HLEN];size_t offset = 0;// Create a raw socketif ((sockfd = socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL))) < 0) {perror("socket");exit(EXIT_FAILURE);}// Get the interface indexmemset(&ifr, 0, sizeof(ifr));strncpy(ifr.ifr_name, interface, IFNAMSIZ - 1);if (ioctl(sockfd, SIOCGIFINDEX, &ifr) < 0) {perror("ioctl");close(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);}int ifindex = ifr.ifr_ifindex;// Get the MAC address of the interfaceif (ioctl(sockfd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) < 0) {perror("ioctl");close(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);}uint8_t *src_mac = (uint8_t *)ifr.ifr_hwaddr.sa_data;// Set up destination MAC addressuint8_t dst_mac[6];sscanf(LLDP_MULTICAST_ADDR, "%hhx:%hhx:%hhx:%hhx:%hhx:%hhx",&dst_mac[0], &dst_mac[1], &dst_mac[2],&dst_mac[3], &dst_mac[4], &dst_mac[5]);// Construct LLDPDU// Add Chassis ID TLVuint8_t chassisID[] = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06 };addTLV(lldpdu, &offset, 1, sizeof(chassisID), chassisID);// Add Port ID TLVuint8_t portID[] = { 'E', 't', 'h', '0' };addTLV(lldpdu, &offset, 2, sizeof(portID), portID);// Add TTL TLVuint8_t ttl[] = { 0x00, 0x78 };  // 120 secondsaddTLV(lldpdu, &offset, 3, sizeof(ttl), ttl);// Add End TLVaddTLV(lldpdu, &offset, 0, 0, NULL);// Construct Ethernet framememcpy(ether_frame, dst_mac, 6);memcpy(ether_frame + 6, src_mac, 6);ether_frame[12] = 0x88;ether_frame[13] = 0xcc;memcpy(ether_frame + ETH_HLEN, lldpdu, offset);// Set up sockaddr_llmemset(&sa, 0, sizeof(sa));sa.sll_family = AF_PACKET;sa.sll_ifindex = ifindex;sa.sll_protocol = htons(ETH_P_ALL);sa.sll_halen = ETH_ALEN;memcpy(sa.sll_addr, dst_mac, 6);// Send the packetif (sendto(sockfd, ether_frame, offset + ETH_HLEN, 0, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(sa)) < 0) {perror("sendto");close(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);}close(sockfd);
}int main() {char *interface = "eth0";sendLLDPDU(interface);return 0;
}

总结

通过使用LLDP协议，可以有效地发现网络中的相邻设备并交换信息，这对于网络管理和故障排除具有重要意义。本次实验展示了如何在PC和嵌入式设备上实现LLDP功能，希望对相关技术的学习和应用有所帮助。

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