通用路由封装协议——GRE

1、GRE简介

通用路由封装协议GRE（Generic Routing Encapsulation）可以对某些网络层协议（如IPX、ATM、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。
在大多数常规情况下，系统拥有一个有效载荷（或负载）包，需要将它封装并发送至某个目的地。首先将有效载荷封装在一个 GRE 包中，然后将此 GRE 包封装在其它某协议中并进行转发。此外发协议即为发送协议。当 IPv4 被作为 GRE 有效载荷传输时，协议类型字段必须被设置为 0x800 。当一个隧道终点拆封此含有 IPv4 包作为有效载荷的 GRE 包时， IPv4 包头中的目的地址必须用来转发包，并且需要减少有效载荷包的 TTL 。值得注意的是，在转发这样一个包时，如果有效载荷包的目的地址就是包的封装器（也就是隧道另一端），就会出现回路现象。在此情形下，必须丢弃该包。当 GRE 包被封装在 IPv4 中时，需要使用 IPv4 协议 47 。
GRE采用了Tunnel（隧道）技术，是VPN（Virtual Private Network）的第三层隧道协议。Tunnel 是一个虚拟的点对点的连接，提供了一条通路使封装的数据报文能够在这个通路上传输，并且在一个Tunnel 的两端分别对数据报进行封装及解封装。

2、 GRE 报文格式

2.1 报文结构

2.2 GRE 各字段说明

我司的使用比较简单，只使用了prototype 类型。

3 Gre 安全机制

GRE本身提供两种基本的安全机制：校验和验证，识别关键字。
　　1）校验和验证
　　校验和验证是指对封装的报文进行端到端校验。若GRE报文头中的C位标识位置1，则校验和位有效。发送方将根据GRE头及Payload信息计算校验和，并将包含校验和的报文发送给对端。接收方对接收到的报文计算校验和，并与报文中的校验和比较，如果一致则对报文进一步处理，否则丢弃。
　　隧道两端可以根据实际应用的需要决定配置校验和或禁止校验和。如果本端配置了校验和而对端没有配置，则本端将不会对接收到的报文进行校验和检查，但对发送的报文计算校验和；相反，如果本端没有配置校验和而对端已配置，则本端将对从对端发来的报文进行校验和检查，但对发送的报文不计算校验和。
　　2）识别关键字
　　识别关键字（Key）验证是指对Tunnel接口进行校验。通过这种弱安全机制，可以防止错误识别、接收其它地方来的报文。RFC1701中规定：若GRE报文头中的K位为1，则在GRE头中插入一个四字节长关键字字段，收发双方将进行识别关键字的验证。
　　关键字的作用是标志隧道中的流量，属于同一流量的报文使用相同的关键字。在报文解封装时，GRE将基于关键字来识别属于相同流量的数据报文。只有Tunnel两端设置的识别关键字完全一致时才能通过验证，否则将报文丢弃。这里的“完全一致”是指两端都不设置识别关键字，或者两端都设置相同的关键字。

4 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。Keeppalive检测功能的实现过程如下：
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。
对端每收到一个探测报文，就给源端发送一个回应报文
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
　　对于设备实现的GRE Keepalive检测功能，只要在隧道一端配置Keepalive，该端就具备Keepalive功能，而不要求隧道对端也具备该功能。隧道对端收到报文，如果是Keepalive探测报文，无论是否配置Keepalive，都会给源端发送一个回应报文。

5 基本转发流程

参考资料：https://www.cnblogs.com/sky5hat/p/10470456.html