GRE技术 gre技术优点

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feiry 2024-03-06 14:57:51

文章标签 GRE技术数据 IP VPN 文章分类 云原生云计算

1. GRE

1.1 GRE概述

GRE（Generic Routing Encapsulation，通用路由封装），是简单的VPN。GRE是第三层隧道协议，采用Tunnel（隧道）技术。

优点：支持IP网络作为承载网络、支持多种协议、支持IP组播，配置简单，容易部署
缺点：缺少保护功能，不能执行如认证、加密以及数据完整性检查这些任务
因为安全上的限制，GRE通常不能用作一个完整的VPN解决方案，然而它可以和其他解决方案结合在一起，例如IPsec，来产生一个极强大的、具有扩展性的VPN实施方案

1.2 GRE工作原理

GRE技术 gre技术优点_数据

隧道起点路由查找-->封装-->承载协议路由转发-->公网转发-->解封装-->隧道终点路由查找

1.3 报文格式

GRE在封装数据报文时。会添加GRE头部信息及新的IP头部信息
IP用协议号47标识GRE
GRE使用以太类型0x0800标识载荷协议为IP

GRE技术 gre技术优点_数据_02

GRE技术 gre技术优点_数据_03

1.4 配置命令

GRE技术 gre技术优点_数据_04

interface Tunnel0/0/0   # 创建Tunnel隧道
 ip address 192.168.3.1 255.255.255.0  # 隧道IP
 tunnel-protocol gre   # 配置隧道协议
 source 100.1.1.1   # 隧道源地址
 destination 100.1.1.2  # 隧道目的地址
ip route-staic 192.168.2.0 24 Tunnel 0/0/0 # 配置静态路由让数据报文从tunnel走

interface Tunnel0/0/0   # 创建Tunnel隧道
 ip address 192.168.3.2 255.255.255.0  # 隧道IP
 tunnel-protocol gre   # 配置隧道协议
 source 100.1.1.2   # 隧道源地址
 destination 100.1.1.1  # 隧道目的地址
ip route-staic 192.168.1.0 24 Tunnel 0/0/0 # 配置静态路由让数据报文从tunnel走

2. IPsec VPN

2.1 IPsec VPN概述

VPN（Virtual Private Network），利用公共网络来构建的私人专用网络
IPsec（IP security），是一组开放协议的总称。定义了保护数据私密性、保证数据完整性、确保数据合法性的方法，能做到:

数据的合法性：身份认证，确保信息来源的可信
数据的完整性：保证数据不被修改
数据的私密性：进行加密，确保数据的安全性
抗重放：接收方拒绝旧的或重复的数据包，防止恶意用户通过重复发送捕获到的数据包所进行的攻击
通过HASH来确保数据的合法性和完整性MD5、SHA-1
通过数据加密来实现数据传输的安全性：DES、3DES、AES

2.2 工作原理

2.2.1 VPN加密技术

对称密钥算法

加密方与解密方采用相同的密钥
用于加密用户数据
DES、3DES、AES

非对称密钥算法

加密方通过对端的公钥加密数据
解密方通过自己的私钥解密数据
用于密钥交换和数字签名
RSA、DH

散列函数

MD5
SHA1
用于验证数据完整性

2.2.2 IPsec协议/组件构成

算法：用于加密/解密或身份验证
安全协议：AH或ESP
密钥管理：ISAKMP

2.2.3 IPsec安全架构组成

IKE（Internet Key Exchange，密钥交换协议），他的对象是密钥，用来保证密钥的安全传输、交换以及存储
ESP（Encapsulation Security Payload，封装安全负载），对象为用户数据。对用户的数据进行封装，提供对数据进行认证和加密。通常采用3DES来加密，使用IP协议号50
AH（Authentication Header），对象为用户数据，对用户数据进行封装，只提供认证，不加密。使用IP协议号51

2.2.4 IPsec VPN模式

传输模式（Transport Mode），封装的时候不会产生新的IP头部
隧道模式（Tunnel Mode），封装的时候产生新的IP头部
ESP协议

GRE技术 gre技术优点_GRE技术_05

AH协议

GRE技术 gre技术优点_VPN_06

2.2.5 SA安全联盟

SA是隧道的一组规则，内容包括采用何种IPsec协议（AH还是ESP）、运行模式（传输模式还是隧道模式）、验证算法、加密算法、密钥生存期、抗重放窗口、计数器等，从而决定保护什么、如何保护以及谁来保护，可以说SA是构成IPsec的基础
安全联盟是单向的，两个对等体之间的双向通信至少需要两个SA
ISAKMP SA（也叫IKE SA）：定义了如何保护密钥。IKE SA要保护的对象是与密钥有关的，IKE并不直接关心用户数据，并且IKE SA是为安全协商IPsec SA服务的
IPsec SA：定义了如何保护数据。IPSec SA直接为用户数据流服务。即IPsec SA中所有安全策略都是为了用户数据流的安全。每个IPsec对等体都有一对IPsec SA，一个去往远程目的地的，而另一个是从远程回来的，也就是一进一出，都存放在本地SA Database中
建立SA的方式

手工方式：SA所需全部信息都必须手工配置，比较复杂，适合对等体较少或小型静态环境
IKE动态协商方式：只需要对等体之间配置好IKE协商参数，由IKE自动协商来创建和维护SA

2.2.6 隧道建立过程

IKEv1支持的身份验证方法

预共享密钥
这种方法要求对等体双方必须要有相同的预共享密钥（该密钥直接参与SKEYID的生成计算）。对于设备数量较少的VPN网络来说易于配置，在大型VPN网络中，不建议采用预共享密钥来做身份认证
RSA签名（数字证书）
数字证书需要由CA服务器来颁发。这种方法适用于大型动态的VPN网络，证书验证和预共享密钥验证的主要区别在于SKEYID的计算和交换身份信息，其他的交换和计算过程和预共享密钥验证方式相同

IKE协商过程

第一阶段：建立ISAKMP SA（IKE SA）

两种模式：

主模式（main mode）：6条ISAKMP消息交互（针对站点到站点）
野蛮模式（aggressive mode）：3条ISAKMP消息交互（针对远程访问）

ISAKMP SA是为第二阶段的ISAKMP消息提供安全保护，对象为密钥，保证密钥安全

第二阶段：建立IPsec SA

一种模式

快速模式（quick mode）：3条ISAKMP消息交互

IPsec SA是为IP数据提供安全保护
ISAKMP SA可以用来保护多个第二阶段的IPsec SA协商的通信过程

IKE协商第一阶段过程分析（main mode）

GRE技术 gre技术优点_数据_07

第1、2个ISAKMP报文（协商加密算法、认证算法、认证方式和DH等）

用于交换并协商保护ISAKMP消息的安全参数以及对等体验证方式，包含加密算法、验证算法、验证方式、ISAKMP SA生存时间等安全策略信息（即SA载荷）。IPsec实体会选择双方都支持的安全策略信息。

路由器会将本地配置的所有ISAKMP策略放置在SA载荷中，发送给对端
对端路由器收到发来的安全策略后，会返回本地与之匹配的策略。若本地存在多条匹配策略，则选择序号最小的策略

第3、4个ISAKMP报文（算出共同密钥）

用于交互IKE的密钥交换载荷（Key exchange）（预共享密钥）和随机值载荷（nonce）,此过程交互信息用于双方使用DH算法计算出共同的密钥材料。SKEYID为基础密钥，通过它推导出SKEYID_a（消息完整性验证密钥）和SKEYID_e（消息加密密钥）以及SKEYID_d，用于衍生出IPsec报文加密验证密钥

第5、6个ISAKMP报文（做身份验证，从此报文开始接下来的报文会被加密）

用于交换身份（Identification）载荷和HASH载荷

在前4条ISAKMP消息中通信双方并没有核实对方的合法性，很有可能与假冒者计算出公共密钥，从而与假冒者进行加密通信。因此要对双方的真实身份进行核实。由于已经计算出SKEYID_a和SKEYID_e，因此第5、6个ISAKMP报文是经过保护的，具体的策略为第1、2个ISAKMP报文协商的加密算法、验证算法以及刚计算出来的SKEYID_a和SKEYID_e
对端路由器收到第5条ISAKMP报文后，首先对消息进行验证再解密，会将收到的身份载荷与本地存储的信息一起进行HMAC计算，得到一个HASH值，再与收到的HASH载荷进行比较，如果不相等，则会中断协商过程，相等则发出第6条ISAKMP消息
对端验证本端合法后（即通过对比计算得到的HASH值与所收到的HASH值相等，及判断掌握了相同密钥），发送本地信息，供本端来验证。本端使用同样的方法判断对端是否掌握相同密钥，若判断为也合法，则第一阶段协商过程结束

IKE协商第二阶段过程分析（quick mode）

真正开始保护数据安全

第1、2、3个ISAKMP报文

第1个ISAKMP报文携带本端所配置的IPsec安全提议，即使用ESP还是AH、采用什么模式、加密IP数据使用什么加密算法、验证IP数据使用什么算法、对什么样的数据流进行保护等。以及身份认证信息，包括第一阶段计算出的密钥和第二阶段产生的密钥材料，可以再次认证对等体
对端收到发出的第二阶段第1个ISAKMP报文后，首先验证报文并解密，查看SA载荷中的策略是否与本地匹配，并在本地使用同样的方法计算HASH值，并与收到的HASH载荷进行比较（身份认证）。若相同，发出第2条ISAKMP消息，包含的载荷与收到的第1个ISAKMP报文一致，并生成IPsec密钥
本端收到发出的第二阶段第2个ISAKMP报文后，首先验证报文并解密，查看SA载荷中的策略是否与本地匹配，并在本地使用同样的方法计算HASH值，并与收到的HASH载荷进行比较。若相同，发出第3条ISAKMP消息，只包含HASH载荷，用以通知对端完成第二阶段IPsec SA协商并可以使用IPsec SA对IP数据进行保护

2.3 配置步骤

配置网络可达
匹配感兴趣ACL
配置第一阶段和第二阶段
创建安全策略
应用安全策略

实验拓扑

GRE技术 gre技术优点_VPN_08

R2配置

匹配感兴趣流

acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 destination 192.168.2.0 0.0.0.255

第一阶段第二阶段均有默认的安全策略，故不需要配置也能协商成功
故本实验第一阶段只配置了对等体，第二阶段只配置了安全策略名称

ike peer huawei v1    # 定义对等体名字，ike版本
 pre-sha  huawei   # 配置预共享密钥
 remote-address 34.1.1.4  # 对端ip
 
ipsec proposal tran1   # 第二阶段

GRE技术 gre技术优点_数据_09

GRE技术 gre技术优点_VPN_10

配置安全策略及应用安全策略

ipsec policy vpn 1 isakmp
 security acl 3000
 ike-peer huawei
 proposal tran1
 
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 23.1.1.2 255.255.255.0 
 ipsec policy vpn

应用安全策略

interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 23.1.1.2 255.255.255.0 
 ipsec policy vpn

R2完整配置

[R2]  dis cu
[V200R003C00]
#
 sysname R2
#
 snmp-agent local-engineid 800007DB03000000000000
 snmp-agent 
#
 clock timezone China-Standard-Time minus 08:00:00
#
portal local-server load portalpage.zip
#
 drop illegal-mac alarm
#
 set cpu-usage threshold 80 restore 75
#
acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 destination 192.168.2.0 0.0.0.255
 
#
ipsec proposal tran1     
 esp encryption-algorithm aes-128
#
ike peer huawei v1
 pre-shared-key simple huawei
 remote-address 34.1.1.4
#
ipsec policy vpn 1 isakmp
 security acl 3000
 ike-peer huawei
 proposal tran1
#
aaa 
 authentication-scheme default
 authorization-scheme default
 accounting-scheme default
 domain default 
 domain default_admin 
 local-user admin password cipher %$%$K8m.Nt84DZ}e#<0`8bmE3Uw}%$%$
 local-user admin service-type http
#
firewall zone Local
 priority 15
#
interface Ethernet0/0/0
#
interface Ethernet0/0/1
#
interface Ethernet0/0/2
#
interface Ethernet0/0/3
#
interface Ethernet0/0/4
#
interface Ethernet0/0/5
#
interface Ethernet0/0/6
#
interface Ethernet0/0/7
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 12.1.1.2 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 23.1.1.2 255.255.255.0 
 ipsec policy vpn
#
interface NULL0
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
  network 23.1.1.2 0.0.0.0 
#
ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 12.1.1.1
ip route-static 192.168.2.0 255.255.255.0 23.1.1.3
#
user-interface con 0
 authentication-mode password
user-interface vty 0 4
user-interface vty 16 20
#
wlan ac
#
return

R4完整配置

<R4>dis cu
[V200R003C00]
#
 sysname R4
#
 snmp-agent local-engineid 800007DB03000000000000
 snmp-agent 
#
 clock timezone China-Standard-Time minus 08:00:00
#
portal local-server load portalpage.zip
#
 drop illegal-mac alarm
#
 set cpu-usage threshold 80 restore 75
#
acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 192.168.2.0 0.0.0.255 destination 192.168.1.0 0.0.0.255
 
#
ipsec proposal tran1
#
ike peer huawei v1
 pre-shared-key simple huawei
 remote-address 23.1.1.2
#
ipsec policy vpn 1 isakmp
 security acl 3000
 ike-peer huawei
 proposal tran1
#
aaa 
 authentication-scheme default
 authorization-scheme default
 accounting-scheme default
 domain default 
 domain default_admin 
 local-user admin password cipher %$%$K8m.Nt84DZ}e#<0`8bmE3Uw}%$%$
 local-user admin service-type http
#
firewall zone Local
 priority 15
#
interface Ethernet0/0/0
#
interface Ethernet0/0/1
#
interface Ethernet0/0/2
#
interface Ethernet0/0/3
#
interface Ethernet0/0/4
#
interface Ethernet0/0/5
#
interface Ethernet0/0/6
#
interface Ethernet0/0/7
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 34.1.1.4 255.255.255.0 
 ipsec policy vpn
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 45.1.1.4 255.255.255.0 
#
interface NULL0
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
  network 34.1.1.4 0.0.0.0 
#
ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 34.1.1.3
ip route-static 192.168.2.0 255.255.255.0 45.1.1.5
#
user-interface con 0
 authentication-mode password
user-interface vty 0 4
user-interface vty 16 20
#
wlan ac
#
return

3. GRE over IPsec VPN

GRE实现了隧道的功能，但是GRE不支持认证、不支持加密、无法确保数据的安全性。IPsec能够对数据进行加密传输。所以IPsec VPN既满足了隧道的功能同时也能对隧道中传输的数据进行加密。但是IPsec VPN目前只支持IPv4 Unicast（IPv4 单播），不支持其他任何协议。二者结合，既能支持组播（路由协议等），又能保证数据的安全

GRE将组播报文加上一层新IP头部，封装成单播提供给IPsec封装，就能安全的传递组播报文

配置步骤

GRE技术 gre技术优点_VPN_11

确保公网、内网通
配置GRE（隧道口互通通过OSPF实现）

interface Tunnel0/0/0
 ip address 192.168.79.7 255.255.255.0 
 tunnel-protocol gre
 source 78.1.1.7
 destination 89.1.1.9

配置IPsec

1. 匹配感兴趣流
acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 78.1.1.7 0 destination 89.1.1.9 0   # 因为已经被封装上了新的IP头
 
2. 第一阶段IKE SA/第二阶段IPsec SA
ike proposal 10
 encryption-algorithm 3des-cbc
 authentication-algorithm md5
 ike peer R9 v1
 pre-shared-key cipher %$%$}H"z!S,^u*;l(AQmOU4+,.2n%$%$
 remote-address 89.1.1.9
 
 ipsec proposal tran1
 encapsulation-mode transport
 esp encryption-algorithm 3des
 
3. 配置安全策略（关联感兴趣流+第一阶段+第二阶段）
ipsec policy vpn 10 isakmp
 security acl 3000
 ike-peer R9
 proposal tran1

应用安全策略

interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 78.1.1.7 255.255.255.0 
 ipsec policy vpn

完整配置

<R7>dis cu
[V200R003C00]
#
 sysname R7
#
 snmp-agent local-engineid 800007DB03000000000000
 snmp-agent 
#
 clock timezone China-Standard-Time minus 08:00:00
#
portal local-server load portalpage.zip
#
 drop illegal-mac alarm
#
 set cpu-usage threshold 80 restore 75
#
acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 78.1.1.7 0 destination 89.1.1.9 0 
#
ipsec proposal tran1
 encapsulation-mode transport
 esp encryption-algorithm 3des
#
ike proposal 10
 encryption-algorithm 3des-cbc
 authentication-algorithm md5
#
ike peer R9 v1
 pre-shared-key cipher %$%$}H"z!S,^u*;l(AQmOU4+,.2n%$%$
 remote-address 89.1.1.9
#
ipsec policy vpn 10 isakmp
 security acl 3000
 ike-peer R9
 proposal tran1
#
aaa 
 authentication-scheme default
 authorization-scheme default
 accounting-scheme default
 domain default 
 domain default_admin 
 local-user admin password cipher %$%$K8m.Nt84DZ}e#<0`8bmE3Uw}%$%$
 local-user admin service-type http
#
firewall zone Local
 priority 15
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 37.1.1.7 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 78.1.1.7 255.255.255.0 
 ipsec policy vpn
#
interface GigabitEthernet0/0/2
#
interface NULL0
#
interface Tunnel0/0/0
 ip address 192.168.79.7 255.255.255.0 
 tunnel-protocol gre
 source 78.1.1.7
 destination 89.1.1.9
#
ospf 1 router-id 7.7.7.7 
 default-route-advertise always
 area 0.0.0.0 
  network 37.1.1.7 0.0.0.0 
  network 192.168.79.7 0.0.0.0 
#
ospf 2 
 area 0.0.0.0 
  network 78.1.1.7 0.0.0.0 
#
user-interface con 0
 authentication-mode password
user-interface vty 0 4
user-interface vty 16 20
#
wlan ac
#
return

<R9>dis cu
[V200R003C00]
#
 sysname R9
#
 snmp-agent local-engineid 800007DB03000000000000
 snmp-agent 
#
 clock timezone China-Standard-Time minus 08:00:00
#
portal local-server load portalpage.zip
#
 drop illegal-mac alarm
#
 set cpu-usage threshold 80 restore 75
#
acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 89.1.1.9 0 destination 78.1.1.7 0 
#
ipsec proposal tran1
 encapsulation-mode transport
 esp encryption-algorithm 3des
#
ike proposal 10
 encryption-algorithm 3des-cbc
 authentication-algorithm md5
#
ike peer R7 v1
 pre-shared-key cipher %$%$}H"z!S,^u*;l(AQmOU4+,.2n%$%$
 remote-address 78.1.1.7
#
ipsec policy vpn 10 isakmp
 security acl 3000
 ike-peer R7
 proposal tran1
#
aaa 
 authentication-scheme default
 authorization-scheme default
 accounting-scheme default
 domain default 
 domain default_admin 
 local-user admin password cipher %$%$K8m.Nt84DZ}e#<0`8bmE3Uw}%$%$
 local-user admin service-type http
#
firewall zone Local
 priority 15
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 89.1.1.9 255.255.255.0 
 ipsec policy vpn
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 49.1.1.9 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/2
#
interface NULL0
#
interface Tunnel0/0/0
 ip address 192.168.79.9 255.255.255.0 
 tunnel-protocol gre
 source 89.1.1.9
 destination 78.1.1.7
#
ospf 1 router-id 9.9.9.9 
 default-route-advertise always
 area 0.0.0.0 
  network 49.1.1.9 0.0.0.0 
  network 192.168.79.9 0.0.0.0 
#
ospf 2 
 area 0.0.0.0 
  network 89.1.1.9 0.0.0.0  
#
user-interface con 0
 authentication-mode password
user-interface vty 0 4
user-interface vty 16 20
#
wlan ac
#
return

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