802.1x协议详解，802协议工作原理/认证过程、MAB认证、EAP报文格式

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802.1x协议

在以前的IEEE802LAN协议中，只要用户可以「接入局域网」，就能「访问」局域网中的资源，比如我拿根网线插到交换机上，就能访问网络了，这是存在「安全隐患」的。

为了解决安全问题，802.1x协议出现了。

1、什么是802.1x协议

802.1x协议是基于端口的「访问控制和认证协议」，工作在数据链路层，用来限制未授权的用户/设备通过接入端口访问LAN/WLAN。
这样一来，我直接拿网线插到交换机上，就不能访问网络，而是要先认证/授权。

802.1x协议将每个物理接入端口划分为可控和不可控两个「逻辑端口」，从而实现业务与认证的分离。

• 「不可控端口」始终处于双向连通状态，只接收EAP报文，保证客户端可以发送/接收「认证消息」。通过认证结果（Accept/Reject）控制可控端口的授权状态。
• 「可控端口」默认不接收任何报文，只有认证通过后，才用来传递「业务报文」。

2、802.1x架构

802.1x协议采用C/S架构，由「客户端」、「接入设备」、「认证服务器」三个部分组成。

• 「客户端」（Supplicant System）：用户终端设备，安装802.1x客户端，发起802.1x认证。
• 「接入设备」（Network Access System ）：交换机等网络设备，为客户端提供接入网络的端口（物理端口/逻辑端口）。
• 「认证服务器」（Authentication Server System）：radius服务器，保存用户的认证信息，对用户进行认证。

扩展：

• 认证系统（Authenticator System）也叫NAS（Network Access System，即网络接入系统），为了便于理解，文章中使用接入设备来代替。

3、触发认证

用户上网时，打开802.1x客户端，输入用户名和口令进行认证，认证通过才能访问网络，认证不通过则不能访问。

802.1x的认证可以由「客户端主动发起」，也可以由「接入设备主动发起」。

• 「客户端主动发起」：使用客户端软件向接入设备发送 EAPOL-Start 报文触发认证。
• 「接入设备主动发起」：用于客户端不能主动发送EAP报文的场景。

「接入设备主动发起」又有两种具体的触发方式：

• DHCP报文触发：接入设备在收到客户端的DHCP请求后，主动对用户发起802.1x认证，仅适用于客户端采用DHCP自动分配IP地址的场景。因为DHCP请求报文是以广播的形式发送的，同一网段的设备都可以收到，所以接入设备不一定就是DHCP服务器。
• 源MAC地址未知报文触发：接入设备收到源MAC地址未知的报文时，主动对用户发起802.1x认证，如果在规定时间内没有收到客户端的响应，就重发这个报文。

无论哪种触发方式，都会使用EAP协议来交换认证信息。

4、工作原理/认证过程

触发认证后，802.1x协议开始认证，这里以ERP中继方式解释一下认证流程（为了方便理解，接入设备用交换机来代替；认证服务器用radius服务器来代替）：

1）用户访问网络时，客户端向交换机发送（ EAPOL-Start ），开启802.1x认证。

2）交换机收到请求后，向客户端发送（ EAP-Request/Identity ）请求，要求客户端把用户名发过来。

3）客户端收到请求后，向交换机发送（ EAP-Response/Identity ）响应，同时把用户名传给交换机。

4）交换机把客户端响应的报文（原封不动的）封装成radius报文（ RADIUS Access-Request ），发送给radius服务器。

5）认证服务器收到后，取出里面的用户名，到数据库的用户名列表查询对应的密码，并随机生成一个加密字（MD5 Challenge）加密这个密码，然后把加密字封装成radius报文（ RADIUS Access-Challenge ）发送给交换机。

6）交换机收到后，把里面的加密字发送给客户端（ EAP-Request/MD5 Challenge ）。

7）客户端收到加密字后，用加密字对密码进行MD5加密，然后把加密后的密码（ EAP-Response/MD5 Challenge ）发送给交换机。

8）交换机再封装成radius报文（ RADIUS Access-Request ）发送给radius服务器。

9）radius服务器把收到的加密密码和自己生成的加密密码做对比，如果相同，就给交换机发送认证通过的报文（ RADIUS Access-Accept ）。

10）交换机把收到的radius报文解封后，发给客户端（ EAP-Success ），并把端口授权改为已授权状态，允许用户通过这个端口访问网络。认证通过后，DHCP分配IP地址。

11）交换机会定期向客户端发送「握手」报文，以检测用户的在线情况。客户端发送应答报文则表示在线；如果连续两次握手报文没有应答，就会让用户下线。

12）客户端可以主动要求「下线」，发送（ EAPOL-Logoff ）帧。交换机收到后，把端口状态改成未授权，并向客户端发送（ EAP-Failure ）报文，确认客户端下线。

5、认证方式

802.1x协议的认证方式除了上面提到的
「ERP中继」，还有
「ERP终结」。两种方式的区别在于：加密口令的位置不同。

• 「ERP中继」：由认证（radius）服务器生成加密字（MD5 Challenge）并加密口令，交换机只充当中介的角色转发报文。
• 「ERP终结」：由接入设备（交换机）生成加密字（MD5 Challenge）并加密口令，之后把用户名、加密字、加密后的口令一起发送给认证服务器，进行认证处理。

5.1、MAB认证

MAB（Mac Address Bypass）也叫MAB地址认证，或者Mac地址白名单。
因为802.1x认证需要终端输入账号密码，但打印机这类「哑终端」没法输账号密码，就用Mac地址作为用户名和密码来认证。

1、先收集设备的「Mac地址」，存到Radius服务器里。

2、设备入网的时候，通过交换机将Mac地址转发给Radius服务器。如果有，就入网；如果没有，就禁止入网。

扩展：

• 「MAB哑终端」是指无法输入账号密码、没有交互接口的设备，比如打印机、扫描仪、IP电话。

6、EAPOL协议报文格式

EAPOL（EAP over LANs）是802.1X协议定义的一种报文封装格式，可以在客户端和NAS之间传递用户信息，也就是说允许EAP协议报文直接在LAN环境中传递。

字段解析：

• PAE Ethernet Type：2字节，以太网协议类型，802.1x为其分配的协议类型为0x888E。
• Protocol Version：1字节，发送方所使用的协议版本号。
• Packet Type：1字节，EAPOL数据帧类型。
• Packet Body Length：2字节，数据域（Packet Body）的长度。当 Packet Type 为 EAPOL-Start或EAPOL-Logoff时，该字段值为0。
• Packet Body：数据内容。

EAPOL数据帧类型（Packet Type）：

• EAP-Packet（值为0x00）：认证信息帧，该帧在接入设备重新封装成Radius报文，发送给radius服务器。
• EAPOL-Start（值为0x01）：认证发起帧，只在客户端和接入设备之间存在。
• EAPOL-Logoff（值为0x02）：退出请求帧，只在客户端和接入设备之间存在。
• EAPOL-Key（值为0x03）：密钥信息帧，对EAP报文加密（无线接入专用）。

7、EAP协议报文格式

802.1X协议使用EAP（Extensible Authentication Protocol，可扩展认证协议）来实现客户端、NAS和认证服务器之间认证信息的传递。

当 EAPOL 报文的 Packet Type 字段值为0000 0000时，表明Packet Body字段封装的是一个EAP 数据包。

字段解析：

• Code：1字节，EAP帧类型，（Request、Response、Success、Failure）
• Identifier：1字节，匹配Request消息和Response消息
• Length：2字节，EAP帧的总长度（Code + Identifier + Length + Data域）
• Data：0或更多字节，EAP包的内容

当 Code 字段的值为 Success、Failure 时，Data的值为空。
当 Code 字段的值为 Request、Response 时，Data才有值，值包含 Type、Type data 两部分；其中 Type 的类型有：

• Type＝1 －Identifier（要求客户端程序发送用户输入的用户名信息）
• Type＝2 －Notification（非必须的一个消息，传送一些警告消息）
• Type＝3 －Response Only（Request报文中的认证类型不可接受时回应该类型的报文）
• Type＝4 －MD5-Challenge（类似于CHAP中的MD5-Challenge）
• Type＝5 －One-Time Password (OTP)（一种密码交互的方式）
• Type＝6 －Generic Token Card（支持Challenge和Response时使用令牌）
• Type＝254 －Expanded Types（支持厂商自己扩展的类型）
• Type＝255 －Experimental use（实验新的类型时做测试用的类型）