PPTP隧道应用详解

本文内容基于PPTPD应用层程序pptpd-1.4.0版本。初始化时在pptp_manager函数中，新建一个TCP的套接口监听PPTP客户端的控制连接请求，由函数createHostSocket完成，此套接口监听在PPTP的协议端口1723（PPTP_PORT）上：

static int createHostSocket(int *hostSocket)
{        
    if ((*hostSocket = vrf_socket(vrf, AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) <= 0)
        return -1;
    
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PPTP_PORT);
    
    if (bind(*hostSocket, (struct sockaddr *) &address, sizeof(address)) < 0)
        return -3;
}

客户端的开始控制连接请求（Start-Control-Connection-Request）报文如下：

由于pptpd监听在TCP的1723端口，故此数据包会由内核送到pptpd处理。pptpd服务读取pptp_header大小的数据，用于判断其类型是否为开始空气连接请求START_CTRL_CONN_RQST（1），如果为真pptpd将fork一个新的进程pptpctrl来处理与客户端的控制报文交互，pptpd继续监听新的客户端连接：

pptpctrl进程的函数pptp_handle_ctrl_connection具体处理控制报文交互。函数read_pptp_packet和send_pptp_packet接收和发送pptp报文。交互完成之后，客户端将进行PPP的链路协商，由pppd进程处理。pptpctrl进程继续处理控制链路的保活与拆除等工作。

PPP协商

PPTP协议使用增强的GRE通道传输PPP帧，IP头部的协议字段protocol为47表明为GRE协议，GRE头部的协议类型为0x880b表明为PPP协议。pptpctrl进程在处理完客户端的OUT_CALL_RQST（7）请求之后，创建一个RAW套接口（pptp_gre_init）监听客户端的GRE-PPP报文，同时创建pppd进程（startCall）处理后续的ppp数据报文。
 

static void pptp_handle_ctrl_connection(char **pppaddrs, struct in_addr *inetaddrs)
{
    if (FD_ISSET(clientSocket, &fds)) {
        switch (read_pptp_packet(clientSocket, (unsigned char *) packet, rply_packet, &rply_size)) {
        case OUT_CALL_RQST:
                pty_fd = startCall(pppaddrs, inetaddrs);
                if (pty_fd > maxfd) maxfd = pty_fd;
                if ((gre_fd = pptp_gre_init(call_id_pair, pty_fd, inetaddrs)) > maxfd)
                        maxfd = gre_fd;
                break;
		}
	}
}

有一点需要注意的是，pptpd并没有采用Linux内核的pptp驱动（AF_PPPOX套接口）处理数据包，而是使用通用的RAW套接口，参见pptp_gre_init代码。创建套接口时指定了GRE协议号PPTP_PROTO（47），并且将套接口关联了对端的IP地址。

函数startCall创建pppd进程之前，建立了一对pty/tty主从设备，pptpctrl进程关闭tty从设备，保留主设备pty。同时将tty从设备复制为pppd进程的标准输入和标准输出，两个进程即可通过这一对pty/tty设备通信了。

int pptp_gre_init(u_int32_t call_id_pair, int pty_fd, struct in_addr *inetaddrs)
{
    gre_fd = vrf_socket(vrf, AF_INET, SOCK_RAW, PPTP_PROTO);

    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr = inetaddrs[0];
    addr.sin_port = 0;
    bind(gre_fd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr))；

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr = inetaddrs[1];
    addr.sin_port = 0;
    connect(gre_fd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr))；
}

由RAW套接口接收到的GRE-PPP数据帧，pptpctrl进程调用decaps_gre函数，进行GRE相关校验，去掉GRE头部数据，其余PPP协议数据进行HDLC编码，由pty设备送到pppd进程处理。与之相反，pppd处理完成回复的数据，经tty从设备发回pptpctrl进程，由decaps_hdlc函数去掉HDLC编码，加上GRE头部信息，通过RAW套接口返回给客户端。

内核RAW套接口

进程pptpctrl使用的RAW套接口，由参数协议族AF_INET、类型SOCK_RAW和协议号PPTP_PROTO（47）指定，内核inet_create函数负责创建此套接口。由以下inetsw_array中SOCK_RAW类型的定义可见，其支持的协议为IPPROTO_IP，并不是PPTP_PROTO。其实这里的IPPROTO_IP是个通配类型，在inet_create函数中都能匹配上。

static struct inet_protosw inetsw_array[] =
{   
    {   
        .type =       SOCK_RAW,
        .protocol =   IPPROTO_IP,    /* wild card */
        .prot =       &raw_prot,
        .ops =        &inet_sockraw_ops,
        .flags =      INET_PROTOSW_REUSE,
    }
};

对于协议号PPTP_PROTO的处理，有两个地方，其一赋值给了inet层套接口的成员inet_num；其二，由于inet_num的存在，将此套接口链接到了以inet_num的值为索引的RAW套接口HASH哈希表中，参见函数raw_hash_sk。

static int inet_create(struct net *net, struct socket *sock, int protocol, int kern)
{
    if (SOCK_RAW == sock->type) {
        inet->inet_num = protocol;
    }
    if (inet->inet_num) {
        err = sk->sk_prot->hash(sk);
    }
}
int raw_hash_sk(struct sock *sk)
{
    struct raw_hashinfo *h = sk->sk_prot->h.raw_hash;
    head = &h->ht[inet_sk(sk)->inet_num & (RAW_HTABLE_SIZE - 1)];
    sk_add_node(sk, head);
}

内核的RAW系统在接收到客户端的GRE-PPP数据包时，通过数据包中的协议字段protocol，在哈希列表中查找本机是否有注册的套接口监听此协议数据包。为真将数据包送往raw_v4_input函数处理。

int raw_local_deliver(struct sk_buff *skb, int protocol)
{
    hash = protocol & (RAW_HTABLE_SIZE - 1);
    raw_sk = sk_head(&raw_v4_hashinfo.ht[hash]);

    if (raw_sk && !raw_v4_input(skb, ip_hdr(skb), hash))
        raw_sk = NULL;
}

raw_v4_input函数使用__raw_v4_lookup查找具体的监听套接口，pptpctrl创建的套接口，指定了协议号inet_num，和本机、对端的IP地址，只有符合这三个条件的数据包送往应用层pptpctrl处理。

struct sock *__raw_v4_lookup(struct net *net, struct sock *sk, unsigned short num, __be32 raddr, __be32 laddr, int dif, int sdif)
{
    sk_for_each_from(sk) {
        struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);

        if (net_eq(sock_net(sk), net) && inet->inet_num == num  &&
            !(inet->inet_daddr && inet->inet_daddr != raddr)    &&
            !(inet->inet_rcv_saddr && inet->inet_rcv_saddr != laddr) &&
            !(sk->sk_bound_dev_if && sk->sk_bound_dev_if != dif &&
              sk->sk_bound_dev_if != sdif))
            goto found; /* gotcha */
    }
    sk = NULL;
found:
    return sk;
}

PPTP控制报文流程

              |----------------|                   
              |                |                   
      IN ---->| KERNEL network |-----> PPTPD ---> pty           |---->--->-- OUT
              |                |                   |            |
              |----------------|                   |            |
                                                   |            |
                                                   |     |------------------|
              |----------------|                   |     |  KERNEL NETWORK  |
              |    KERNEL      |                   |     |------------------|
         |-<--|   PPP subsys   |----<----------<---|            |
         |    |                |                                | 
         |    |----------------|                               PPTPD
         |                                                      |
         |------------------->---- PPPD ------->-- tty ----->---|

 

完。