LLDP（链路层发现协议）详解及C/C++代码实现

LLDP（链路层发现协议）是一种IEEE标准协议（IEEE 802.1AB），它定义了封装在以太网帧中的消息，目的是通过默认情况下每30秒从每个端口定期重传一次，为设备提供一种向LAN（局域网）上的其他设备宣布基本设备信息的方式。它是一个类似于CDP（思科发现协议）的标准化协议。它是一个独立于供应商的链路层协议，用于网络拓扑、故障排除和网络管理自动化。

LLDP的好处

LLDP具有以下优点：

1.简化了网络管理工具在多供应商环境中的使用。
2.准确发现物理网络拓扑，简化企业网络中的故障排除。
3.支持在多供应商环境中发现工作站。
4.提供设备功能，并支持可选的系统名称和描述以及管理地址。
5.提供可用于检测双工和速度不匹配的信息。
6.发现IP地址配置错误或无法访问的设备。

LLDP的缺点：

1.LLDP运行成本高于CDP。
2.对某些设备的有限支持：虽然LLDP是一个开放的标准协议，但某些设备可能不完全支持它，或者支持有限。例如，在某些虚拟交换机（如VMware）上，设备发现仅支持CDP。
3.实现成本更高：与CDP等其他协议相比，LLDP的实现可能需要更多的资源和配置，这可能会导致更高的实现成本。
4.安全风险：LLDP可能会暴露有关网络设备的敏感信息，攻击者可能会利用这些信息。例如，攻击者可以使用LLDP来识别网络拓扑、设备类型和软件版本，以计划攻击或收集有关网络的情报。
5.有限的向后兼容性：LLDP可能与不支持该协议的旧设备或遗留系统不向后兼容。这可能会限制其在新旧设备混合的环境中的使用。
6.功能有限：LLDP仅提供有关网络设备的基本信息，如设备类型、软件版本和端口信息。对于一些需要更高级功能（例如服务质量（QoS）或网络策略实施）的应用程序来说，这可能是不够的。
7.互操作性问题：尽管LLDP是一个开放的标准协议，但不同的供应商可能会以不同的方式实现它，这可能会导致互操作性的问题。这可能使得在来自不同供应商的设备之间交换信息或将LLDP与其他网络管理系统集成变得困难。

Frame format

在LLDP中，每个设备以以太网帧的形式以固定的间隔从其每个接口发送信息。每个帧包含一个LLDP数据单元（LLDPDU）。每个LLDPDU都是一个类型长度值（TLV）结构序列。EtherType字段设置为0x88cc。每个LLDP帧都以机箱ID、端口ID和TTL（生存时间）或跃点限制开始。该帧以一个名为LLDPDU结束的特殊TLV结束，其中类型和长度字段均为0。LLDP规范允许组织定义和编码自己的TLV。这些被称为组织特定TLV，它们以LLDP TLV类型值127开始。

LLDPDU types
LLDPDU有两种类型：普通LLDPDU和停机咨询LLDPU。普通LLDPDU将关于本地设备的管理信息提供给该设备的邻居。这是传输强制性和可选TLV的一个。同时，当端口被禁用、LLDP被禁用或交换机被重新启动时，LLDP关闭帧被传输到相邻单元，用信号表示LLDP信息不再有效。

LLDP消息的结构

LLDP通过称为LLDPDU的特定数据单元交换信息。这些数据单元由TLV组成，并且每个TLV字段对应于特定类型和长度。LLDP标准IEEE 802.1AB有三个TLV，它们在LLDP的开头是强制性的，顺序如下：

• 类型1=机箱ID（标识设备）
  

• 类型2=端口ID（标识端口）
  

• 类型3=生存时间（告诉接收设备接收的信息应保持有效的时间）
  

• 类型4=端口描述（显示有关端口的详细信息）

• 类型5=系统名称（显示设备的给定名称）

• 类型6=系统说明（显示软件版本）

• 类型7=系统功能（告诉设备的主要功能和功能）

• 类型8=管理地址（显示设备的IP或MAC地址）
  

在LLDPDU的末尾，以下TLV是强制性的：

类型0=LLDPDU结束（表示数据单元结束）

IEEE 802.1 Subtypes

static const value_string ieee_802_1_subtypes[] = {
	{ 0x01,	"Port VLAN ID" },			/* 802.1Q - D.2.1 */
	{ 0x02, "Port and Protocol VLAN ID" },		/* 802.1Q - D.2.2 */
	{ 0x03, "VLAN Name" },				/* 802.1Q - D.2.3 */
	{ 0x04, "Protocol Identity" },			/* 802.1Q - D.2.4 */
	{ 0x05, "VID Usage Digest" },			/* 802.1Q - D.2.5 */
	{ 0x06, "Management VID" },			/* 802.1Q - D.2.6 */
	{ 0x07,	"Link Aggregation" },			/* 802.1Q - D.2.7 */
	{ 0x08,	"Congestion Notification" },		/* 802.1Q - D.2.8 */
	{ 0x09, "ETS Configuration" },			/* 802.1Q - D.2.9 */
	{ 0x0A, "ETS Recommendation" },			/* 802.1Q - D.2.10 */
	{ 0x0B, "Priority Flow Control Configuration" },/* 802.1Q - D.2.11 */
	{ 0x0C, "Application Protocol" },		/* 802.1Q - D.2.12 */
	{ 0x0D, "EVB" },				/* 802.1Q - D.2.13 */
	{ 0x0E, "CDCP" },				/* 802.1Q - D.2.14 */
	{ 0x0F, "Port extension" },			/* 802.1BR - B.2 */
	{ 0x10, "Application VLAN" },			/* 802.1Q - D.2.15 */
	{ 0x11, "LRP ECP Discovery" },			/* 802.1CS - C.2.1 */
	{ 0x12, "LRP TCP Discovery" },			/* 802.1CS - C.2.2 */
	{ 0x13, "Congestion Isolation" },		/* 802.1Qcz - D.2.15 */
	{ 0x14, "Topology Recognition" },		/* 802.1Qcz - D.2.16 */
	{ 0, NULL }
};

组织特定TLV

LLDP规范允许各种组织定义和编码他们自己的TLV。这些被称为组织特定TLV。所有特定于组织的TLV都以LLDP TLV类型值127开头。

Organizationally Specific TLV (Type = 127)

组织特定TLV的长度字段后面跟着3个八位位组（24位）的组织唯一标识符（OUI）值，该值后面跟着1个八位位位组的组织定义的子类型。

IEEE 802.3 Subtypes

static const value_string ieee_802_3_subtypes[] = {
	{ 0x01,	"MAC/PHY Configuration/Status" },
	{ 0x02,	"Power Via MDI" },
	{ 0x03,	"Link Aggregation" },
	{ 0x04,	"Maximum Frame Size" },
	{ 0x05,	"EEE (Energy-Efficient Ethernet)" },
	{ 0x07,	"IEEE 802.3br Additional Ethernet capabilities" },
	{ 0, NULL }
};

Media 相关信息

LLDP-MED是LLDP的扩展。该协议专门用于支持IP语音（VOIP）应用。LLDP-MED能够在网络连接设备和媒体端点（如软电话、IP电话、VOIP网关和会议桥）之间进行网络发现。默认情况下，网络设备只发送LLDP数据包，直到它从端点设备接收到LLDP-MED数据包。然后，它将继续发送LLDP-MED数据包，直到它所连接的远程设备停止具有LLDP-MED能力为止。

/* Media Subtypes */
static const value_string media_subtypes[] = {
	{ 1,	"Media Capabilities" },
	{ 2,	"Network Policy" },
	{ 3,	"Location Identification" },
	{ 4,	"Extended Power-via-MDI" },
	{ 5,	"Inventory - Hardware Revision" },
	{ 6,	"Inventory - Firmware Revision" },
	{ 7,	"Inventory - Software Revision" },
	{ 8,	"Inventory - Serial Number" },
	{ 9,	"Inventory - Manufacturer Name" },
	{ 10,	"Inventory - Model Name" },
	{ 11,	"Inventory - Asset ID" },
	{ 0, NULL }
};

/* Media Class Values */
static const value_string media_class_values[] = {
	{ 0,	"Type Not Defined" },
	{ 1,	"Endpoint Class I" },
	{ 2,	"Endpoint Class II" },
	{ 3,	"Endpoint Class III" },
	{ 4,	"Network Connectivity" },
	{ 0, NULL }
};

/* Media Application Types */
static const value_string media_application_type[] = {
	{ 0,	"Reserved" },
	{ 1,	"Voice" },
	{ 2,	"Voice Signaling" },
	{ 3,	"Guest Voice" },
	{ 4,	"Guest Voice Signaling" },
	{ 5,	"Softphone Voice" },
	{ 6,	"Video Conferencing" },
	{ 7,	"Streaming Video" },
	{ 8,	"Video Signaling" },
	{ 0, NULL }
};

LLDP操作模式

LLDP代理以以下三种模式中的任何一种模式操作：

仅传输模式：代理只能传输有关本地系统的功能和当前状态的信息。

仅接收模式：代理只能接收有关远程系统的功能和当前状态的信息。

传输和接收模式：代理可以传输本地系统的能力和状态信息，也可以接收远程系统的能力与状态信息。

无论何时传输倒计时计数器到期，或者如果LLDP信息已经改变，LLDP代理都会向启用LLDP的相邻设备发送LLDP帧。LLDP管理器获取MIB（管理信息库）内部的信息，并将其格式化为TLV并插入LLDPDU。当代理接收到此LLDPDU时，它会进行检查以确保它包含正确的强制TLV序列，然后验证可选TLV。如果出现错误，它将被删除。而有效的TLV存储在邻居数据库中。

LLDP（链路层发现协议）详解及C/C++代码实现

/* TLV globals */

#define TLV_LLDPDU_END 0x00
#define TLV_CHASSIS_ID 0x01
#define TLV_PORT_ID 0x02
#define TLV_TTL 0x03
#define TLV_PORT_DESC 0x04
#define TLV_SYSNAME 0x05
#define TLV_SYS_DESC 0x06
#define TLV_SYS_CAP 0x07
#define TLV_MGMT_ADDR 0x08
#define TLV_RESV_START 0x09 // Reserved Start
#define TLV_RESV_END 0x7e   // Reserved End
#define TLV_ORG_SPEC 0x7f   // Organization specific, we probably wont support any of these

/* CHASSIS ID SUBTYPES */

#define CHASSIS_ID_CHASSIS_COMPONENT 0x01
#define CHASSIS_ID_INTERFACE_ALIAS 0x02
#define CHASSIS_ID_PORT_COMPONANT 0x3
#define CHASSIS_ID_MAC_ADDRESS 0x4
#define CHASSIS_ID_NETWORK_ADDRESS 0x5
#define CHASSIS_ID_INTERFACE_NAME    0x6
#define CHASSIS_ID_LOCALLY_ASSIGNED  0x7

/* PORT ID SUBTYPES */

#define PORT_ID_INTERFACE_ALIAS  1
#define PORT_ID_PORT_COMPONENT   2
#define PORT_ID_MAC_ADDRESS      3
#define PORT_ID_NETWORK_ADDRESS  4
#define PORT_ID_INTERFACE_NAME   5
#define PORT_ID_AGENT_CIRCUIT_ID 6
#define PORT_ID_LOCALLY_ASSIGNED 7

/* SYSTEM CAPABILITIES */
#define SYSTEM_CAPABILITY_OTHER     1
#define SYSTEM_CAPABILITY_REPEATER  2
#define SYSTEM_CAPABILITY_BRIDGE    4
#define SYSTEM_CAPABILITY_WLAN      8
#define SYSTEM_CAPABILITY_ROUTER    16
#define SYSTEM_CAPABILITY_TELEPHONE 32
#define SYSTEM_CAPABILITY_DOCSIS    64
#define SYSTEM_CAPABILITY_STATION   128

/* MANAGEMENT ADDRESS IANA TYPES */
/* IANA Family Number Assignments */
/* http://www.iana.org/assignments/address-family-numbers */
#define IANA_RESERVED_LOW     0
#define IANA_IP               1
#define IANA_IP6              2
#define IANA_NSAP             3
#define IANA_HDLC             4
#define IANA_BBN_1822         5
#define IANA_802              6
#define IANA_E_163            7
#define IANA_E_164_ATM        8
#define IANA_F_69             9
#define IANA_X_121           10
#define IANA_IPX             11
#define IANA_APPLETALK       12
#define IANA_DECNET_IV       13
#define IANA_BANYAN_VINES    14
#define IANA_E_164_NSAP      15
#define IANA_DNS             16
#define IANA_DISTINGUISHED   17
#define IANA_AS_NUMBER       18
#define IANA_XTP_IPV4        19
#define IANA_XTP_IPV6        20
#define IANA_XTP_XTP         21
#define IANA_FIBRE_PORT_NAME 22
#define IANA_FIBRE_NODE_NAME 23
#define IANA_GWID            24
#define IANA_AFI_L2VPN       25
// Everything from 26 to 65534 is Unassigned
#define IANA_RESERVED_HIGH   65535
/* End IANA Family Number Assignments */

TLV *get_tlv(lldp_tlv_list *head, uint16_t tlv_type) 
{
    lldp_tlv_list * current = head;
    while(current->tlv != NULL) {
        if (current->tlv->type == tlv_type)
            return current->tlv;
        current = current->next;
    }
    return NULL;
}

void parse_lldp_packet(uint8_t *packet, lldp_tlv_list *head) {
    /*
     * 在TLV上迭代。分解TLV并将其存储在链接列表中。应在调用此函数之前进行验证 
     */

...

    do {
        tlv_header = (uint16_t *) &packet[calc_offset(tlv_offset)];
        current_tlv = (TLV *) calloc(1, sizeof(TLV));
        current_tlv->type = TLV_TYPE(htons(*tlv_header));
        current_tlv->length = TLV_LENGTH(htons(*tlv_header));

        if (current_tlv->length > 0) 
        {
            current_tlv->data = (uint8_t *) calloc(1, current_tlv->length);
            memcpy(current_tlv->data, &packet[calc_offset(tlv_offset) + sizeof(*tlv_header)], current_tlv->length);
        } else
            current_tlv->data = NULL;

        tlv_offset += sizeof(*tlv_header) + current_tlv->length;
        printf("Pushing TLV type : %d\n", current_tlv->type);
        tlv_list_push(head, current_tlv);

    } while(current_tlv->type != 0);
    ...
}
uint8_t * fetch_lldp_packet(char * ifname, time_t timeout) 
{
...

    if(packet == NULL) 
    {
        perror("Could not allocate memory for packet buffer");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    memset(packet, 0, IP_MAXPACKET * sizeof(uint8_t));

    if ((sock = socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL))) < 0)
    {
        perror("socket() failed");
        exit (EXIT_FAILURE);
    }

    strncpy(ifr.ifr_name, ifname, strnlen(ifname, 20) + 1);

    ioctl(sock, SIOCGIFINDEX, &ifr);

    if(ifr.ifr_ifindex == 0) 
    {
        fprintf(stderr, "Interface %s does not seem to exist\n", ifname);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    saddr_ll.sll_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
    saddr_ll.sll_family = AF_PACKET;

    printf("Binding to interface %s, if_index %d\n", ifname, saddr_ll.sll_ifindex);

    if ((bind(sock, (struct sockaddr *) &saddr_ll, sizeof(saddr_ll))) < 0) 
    {
        perror("Bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ioctl(sock, SIOCGIFHWADDR, &ifr);

    memcpy(&mac_address, (void *) ifr.ifr_hwaddr.sa_data, 6);

    printf("HWADDR: %s\n", mac_address_fmt(mac_address));


    printf("Entering promiscuous mode on %s\n", ifname);

    ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr);

    ifr.ifr_flags |= IFF_PROMISC;

    ioctl(sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr);

    recv_t(sock, packet, mac_address, timeout);

    printf("Disabling promiscuous mode\n");

    ifr.ifr_flags ^= IFF_PROMISC;

    ioctl(sock, SIOCSIFFLAGS, &ifr);

    printf("Closing socket\n");
    close(sock);

    return packet;
}
...
int main(int argc, char **argv)
{
...
    packet = (uint8_t *) malloc(IP_MAXPACKET * sizeof(uint8_t));
    packet_len = fread(packet, sizeof(uint8_t), IP_MAXPACKET, fd);

    if (packet_len < sizeof(ethernet_header)) 
    {
        printf("Packet is not large enough, need at least %zu bytes, only read: %lu", sizeof(ethernet_header), packet_len);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    tlv_list = tlv_list_create();
...
    parse_lldp_packet(packet, tlv_list);

...

    current = tlv_list;

    if (current->tlv == NULL) 
    {
        log_info("No TLVs print");
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    while (current->next != NULL) 
    {
        print_tlv(current->tlv);
        current = current->next;
    }
    print_tlv(current->tlv);
...
    tlv_list_destroy(tlv_list);
...
}

运行结果：

If you need the complete source code, please add the WeChat number (c17865354792)

总结

LLDP代表链路层发现协议。它是一个开放的IEEE标准（802.1AB）第2层协议。LLDP是CDP（思科发现协议）的开源替代方案，CDP也是一种设备发现协议，仅在思科制造的设备（路由器、网桥、访问服务器和交换机）上运行第2层（数据链路层）。

Welcome to follow WeChat official account【程序猿编码】

参考：1.https://standards.ieee.org/ieee/802.1ABcu/7131/
2.https://www.cisco.com/c/dam/en/us/solutions/collateral/workforce-experience/digital-building/digital-building-partner-guide.pdf
3.rfc 4836
4.http://www.iana.org/assignments/address-family-numbers