私有云落地解决方案之网络篇-关键技术-GRE

作者：【吴业亮】

博客：https://wuyeliang.blog.csdn.net/

定义

通用路由封装协议GRE（Generic Routing Encapsulation）可以对某些网络层协议（如IPX、IPv6、AppleTalk等）的数据报文进行封装，使这些被封装的数据报文能够在另一个网络层协议（如IPv4）中传输。

GRE提供了将一种协议的报文封装在另一种协议报文中的机制，是一种三层隧道封装技术，使报文可以通过GRE隧道透明的传输，解决异种网络的传输问题。

优势

1、GRE实现机制简单，对隧道两端的设备负担小。
2、GRE隧道可以通过IPv4网络连通多种网络协议的本地网络，有效利用了原有的网络架构，降低成本。
3、GRE隧道扩展了跳数受限网络协议的工作范围，支持企业灵活设计网络拓扑。
4、GRE隧道将不连续的子网连接起来，用于组建VPN，实现企业总部和分支间安全的连接。

封装与解封装

封装

1.网络设备从连接X协议的接口接收到X协议报文后，首先交由X协议处理。

2.X协议根据报文头中的目的地址在路由表或转发表中查找出接口，确定如何转发此报文。如果发现出接口是GRE Tunnel接口，则对报文进行GRE封装，即添加GRE头。

3.根据骨干网传输协议为IP，给报文加上IP头。IP头的源地址就是隧道源地址，目的地址就是隧道目的地址。

4.根据该IP头的目的地址（即隧道目的地址），在骨干网路由表中查找相应的出接口并发送报文。之后，封装后的报文将在该骨干网中传输。

解封装

1.网络设备从GRE Tunnel接口收到该报文，分析IP头发现报文的目的地址为本设备，则网络设备去掉IP头后交给GRE协议处理。

2.GRE协议剥掉GRE报头，获取X协议，再交由X协议对此数据报文进行后续的转发处理。

报文格式

GRE封装后的报文结构。

•乘客协议（Passenger Protocol）：封装前的报文称为净荷，封装前的报文协议称为乘客协议。

•封装协议（Encapsulation Protocol）：GRE Header是由封装协议完成并填充的，封装协议也称为运载协议（Carrier Protocol）。

•传输协议（Transport Protocol或者Delivery Protocol）：负责对封装后的报文进行转发的协议称为传输协议。

1、C
校验和验证位。
•该位置1，表示GRE头插入了校验和（Checksum）字段。
•该位置0，表示GRE头不包含校验和字段。

2、K
关键字位。
•该位置1，表示GRE头插入了关键字（Key）字段。
•该位置0，表示GRE头不包含关键字字段。

3、Recursion
表示GRE报文被封装的层数。完成一次GRE封装后将该字段加1。如果封装层数大于3，则丢弃该报文。该字段的作用是防止报文被无限次的封装。

4、Flags
预留字段。当前必须置为0。

5、Version
版本字段。必须置为0。

6、Protocol Type
标识乘客协议的协议类型。常见的乘客协议为IPv4协议，协议代码为0800。

7、Checksum
对GRE头及其负载的校验和字段。

8、Key
关键字字段，隧道接收端用于对收到的报文进行验证。

GRE的Keepalive检测

由于GRE协议并不具备检测链路状态的功能，如果对端接口不可达，隧道并不能及时关闭该Tunnel连接，这样会造成源端会不断的向对端转发数据，而对端却因隧道不通接收不到报文，由此就会形成数据空洞。

GRE的Keepalive检测功能可以检测隧道状态，即检测隧道对端是否可达。如果对端不可达，隧道连接就会及时关闭，避免因对端不可达而造成的数据丢失，有效防止数据空洞，保证数据传输的可靠性。

Keepalive检测功能的实现过程如下：

1.当GRE隧道的源端使能Keepalive检测功能后，就创建一个定时器，周期地发送Keepalive探测报文，同时通过计数器进行不可达计数。每发送一个探测报文，不可达计数加1。

2.对端每收到一个探测报文，就给源端发送一个回应报文。

3.如果源端的计数器值未达到预先设置的值就收到回应报文，就表明对端可达。如果源端的计数器值到达预先设置的值——重试次数（Retry Times）时，还没收到回送报文，就认为对端不可达。此时，源端将关闭隧道连接。但是源端口仍会继续发送Keepalive报文，若对端Up，则源端口也会Up，建立隧道链接。

使用场景举例

1、现在有两个实验室，每个实验室只有一个IP地址（2.2.2.1/30）和对端实验室（3.3.3.2/30）是通的
2、两个实验室的网络经过了多层网络，跳了很多跳（图中示例一个网络设备）。管理员对中间的网络设备无权限修改

需求：

每个实验室有多台服务器，用的是172.16.100.0/24和192.168.8.0/24网段，现需要实现两个实验室的服务器网络互通

注意：

华为5700系列设备仅S5700HI、S5710EI和S5710HI设备支持GRE特性。

操作步骤

1.配置各物理接口的IP地址

配置SwitchA。

 system-view
[HUAWEI] sysname SwitchA
[SwitchA] vlan batch 2 8
[SwitchA] interface gigabitethernet 0/0/1
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] port link-type trunk
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan 2
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] quit
[SwitchA] interface gigabitethernet 0/0/2
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] port link-type access
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] port default vlan 8
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] quit
[SwitchA] interface vlanif 2
[SwitchA-Vlanif10] ip address 2.2.2.1 30
[SwitchA-Vlanif10] quit
[SwitchA] interface vlanif 8
[SwitchA-Vlanif8] ip address 192.168.8.1 24
[SwitchA-Vlanif8] quit

# 配置SwitchB。

 system-view
[HUAWEI] sysname SwitchB
[SwitchB] vlan batch 2 3 
[SwitchB] interface gigabitethernet 0/0/1
[SwitchB-GigabitEthernet0/0/1] port link-type trunk
[SwitchB-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan 2
[SwitchB-GigabitEthernet0/0/1] quit
[SwitchB] interface gigabitethernet 0/0/2
[SwitchB-GigabitEthernet0/0/2] port link-type trunk
[SwitchB-GigabitEthernet0/0/2] port trunk allow-pass vlan 3
[SwitchB-GigabitEthernet0/0/2] quit
[SwitchB] interface vlanif 2
[SwitchB-Vlanif10] ip address 2.2.2.2 30
[SwitchB-Vlanif10] quit
[SwitchB] interface vlanif 3
[SwitchB-Vlanif20] ip address 3.3.3.1 30
[SwitchB-Vlanif20] quit

# 配置SwitchC。

 system-view
[HUAWEI] sysname SwitchC
[SwitchC] vlan batch 3 100 
[SwitchC] interface gigabitethernet 0/0/1
[SwitchC-GigabitEthernet0/0/1] port link-type trunk
[SwitchC-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan 3
[SwitchC-GigabitEthernet0/0/1] quit
[SwitchC] interface gigabitethernet 0/0/2
[SwitchC-GigabitEthernet0/0/2] port link-type access
[SwitchC-GigabitEthernet0/0/2] port default vlan 100
[SwitchC-GigabitEthernet0/0/2] quit
[SwitchC] interface vlanif 3
[SwitchC-Vlanif20] ip address 3.3.3.2 30
[SwitchC-Vlanif20] quit
[SwitchC] interface vlanif 100
[SwitchC-Vlanif8] ip address 172.16.100.1 24
[SwitchC-Vlanif8] quit

2.配置设备间使用OSPF路由

配置SwitchA。

[SwitchA] ospf 1
[SwitchA-ospf-1] area 0
[SwitchA-ospf-1-area-0.0.0.0] network 2.2.2.0 0.0.0.255
[SwitchA-ospf-1-area-0.0.0.0] quit
[SwitchA-ospf-1] quit

配置SwitchB。

[SwitchB] ospf 1
[SwitchB-ospf-1] area 0
[SwitchB-ospf-1-area-0.0.0.0] network 2.2.2.0 0.0.0.255
[SwitchB-ospf-1-area-0.0.0.0] network 3.3.3.0 0.0.0.255
[SwitchB-ospf-1-area-0.0.0.0] quit
[SwitchB-ospf-1] quit

配置SwitchC。

[SwitchC] ospf 1
[SwitchC-ospf-1] area 0
[SwitchC-ospf-1-area-0.0.0.0] network 3.3.3.0 0.0.0.255
[SwitchC-ospf-1-area-0.0.0.0] quit
[SwitchC-ospf-1] quit

配置完成后，在SwitchA和SwitchC上执行display ip routing-table命令，可以看到它们能够学到去往对端接口网段地址的OSPF路由。

3.配置Tunnel接口

配置SwitchA。

[SwitchA] interface tunnel 1
[SwitchA-Tunnel1] tunnel-protocol gre
[SwitchA-Tunnel1] ip address 4.4.4.1 255.255.255.0
[SwitchA-Tunnel1] source 2.2.2.1
[SwitchA-Tunnel1] destination 3.3.3.2
[SwitchA-Tunnel1] quit

# 配置SwitchC。

[SwitchC] interface tunnel 1
[SwitchC-Tunnel1] tunnel-protocol gre
[SwitchC-Tunnel1] ip address 4.4.4.2 255.255.255.0
[SwitchC-Tunnel1] source 3.3.3.2
[SwitchC-Tunnel1] destination 2.2.2.1
[SwitchC-Tunnel1] quit

4.配置静态路由

# 配置SwitchA。
[SwitchA] ip route-static 172.16.100.0 255.255.255.0 tunnel 1

# 配置SwitchC。
[SwitchC] ip route-static 192.168.8.0 255.255.255.0 tunnel 1

配置完成后，在SwitchA和SwitchC上执行display ip routing-table命令，可以看到去往对端用户侧网段的静态路由出接口为Tunnel接口。

PC1和PC2可以相互Ping通。