通用路由封装协议GRE原理与配置

• IPSec VPN用于在两个端点之间提供安全的IP通信，但只能加密并传播单播数据，无法加密和传输语音、视频、动态路由协议信息等组播数据流量。
• 通用路由封装协议GRE（Generic Routing Encapsulation）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，是一种隧道封装技术。GRE可以封装组播数据，并可以和IPSec结合使用，从而保证语音、视频等组播业务的安全。

GRE应用场景

• GRE支持将一种协议的报文封装在另一种协议报文中。
• GRE可以解决异种网络的传输问题。
• GRE用来对某些网络层协议如IPX（Internet Packet Exchange）的报文进行封装，使这些被封装的报文能够在另一网络层协议（如IP）中传输。GRE可以解决异种网络的传输问题。
• IPSec VPN技术可以创建一条跨越共享公网的隧道，从而实现私网互联。IPSec VPN能够安全传输IP报文，但是无法在隧道的两个端点之间运行RIP和OSPF等路由协议。GRE可以将路由协议信息封装在另一种协议报文（例如IP）中进行传输。

•  GRE隧道扩展了受跳数限制的路由协议的工作范围，支持企业灵活设计网络拓扑。
• 使用GRE可以克服IGP协议的一些局限性。例如，RIP路由协议是一种距离矢量路由协议，最大跳数为15。如果网络直径超过15，设备将无法通信。这种情况下，可以使用GRE技术在两个网络节点之间搭建隧道，隐藏它们之间的跳数，扩大网络的工作范围。

• 首先通过GRE对报文进行封装，然后再由IPSec对封装后的报文进行加密和传输。
• GRE本身并不支持加密，因而通过GRE隧道传输的流量是不加密的。将IPSec技术与GRE相结合，可以先建立GRE隧道对报文进行GRE封装，然后再建立IPSec隧道对报文进行加密，以保证报文传输的完整性和私密性。

GRE报文结构

• GRE在封装数据时，会添加GRE头部信息，还会添加新的传输协议头部信息。 
• GRE封装报文时，封装前的报文称为净荷，封装前的报文协议称为乘客协议，然后GRE会封装GRE头部，GRE成为封装协议，也叫运载协议，最后负责对封装后的报文进行转发的协议称为传输协议。
• GRE封装和解封装报文的过程如下
• 1.设备从连接私网的接口接收到报文后，检查报文头中的目的IP地址字段，在路由表查找出接口，如果发现出接口是隧道接口，则将报文发送给隧道模块进行处理
• 2.隧道模块接收到报文后首先根据乘客协议的类型和当前GRE隧道配置的校验和参数，对报文进行GRE封装，即添加GRE报文头
• 3.然后，设备给报文添加传输协议报文头，即IP报文头。该IP报文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.最后，设备根据新添加的IP报文头目的地址，在路由表中查找相应的出接口，并发送报文。之后，封装后的报文将在公网中传输
• 5.接收端设备从连接公网的接口收到报文后，首先分析IP报文头，如果发现协议类型字段的值为47，表示协议为GRE，于是出接口将报文交给GRE模块处理。GRE模块去掉IP报文头和GRE报文头，并根据GRE报文头的协议类型字段，发现此报文的乘客协议为私网中运行的协议，于是将报文交给该协议处理。

GRE关键字验证

• 隧道两端设备通过关键字字段（ Key ）来验证对端是否合法。 
• 关键字（Key）验证是指对隧道接口进行校验，这种安全机制可以防止错误接收到来自其他设备的报文。关键字字段是一个四字节长的数值，若GRE报文头中的K位为1，则在GRE报文头中会插入关键字字段。只有隧道两端设置的关键字完全一致时才能通过验证，否则报文将被丢弃。

Keepalive检测

• Keepalive检测功能用于检测隧道对端是否可达。 
• Keepalive检测功能用于在任意时刻检测隧道链路是否处于Keepalive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，避免形成数据空洞。使能Keepalive检测功能后，GRE隧道本端会定期向对端发送Keepalive探测报文。若对端可达，则本端会收到对端的回应报文；若对端不可达，则收不到对端的回应报文。如果在隧道一端配置了Keepalive功能，无论对端是否配置Keepalive，配置的Keepalive功能在该端都生效。隧道对端收到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。
• 使能Keepalive检测功能后，GRE隧道的源端会创建一个计数器，并周期性地发送Keepalive探测报文，同时进行不可达计数。每发送一个探测报文，不可达计数加1。
• 如果源端在计数器值达到预先设置的值之前收到回应报文，则表明对端可达。如果计数器值达到预先设置的重试次数，源端还是没有收到回应报文，则认为对端不可达。此时，源端将关闭隧道连接。

GRE配置

[RTA]interface Tunnel 0/0/1

[RTA-Tunnel0/0/1]ip address 40.1.1.1 24

[RTA-Tunnel0/0/1]tunnel-protocol gre

[RTA-Tunnel0/0/1]source 20.1.1.1 

[RTA-Tunnel0/0/1]destination 20.1.1.2

[RTA-Tunnel0/0/1]quit

[RTA]ip route-static 10.1.2.0 24 Tunnel 0/0/1

• interface tunnel interface-number命令用来创建Tunnel接口。创建Tunnel接口后，需要配置Tunnel接口的IP地址和Tunnel接口的封装协议。
• tunnel-protocol命令用来配置Tunnel接口的隧道协议。
• source { source-ip-address | interface-type interface-number }命令用来配置Tunnel源地址或源接口。
• destination dest-ip-address命令用来指定Tunnel接口的目的IP地址。
• 在本端设备和远端设备上还必须存在经过Tunnel转发的路由，这样，需要进行GRE封装的报文才能正确转发。经过Tunnel接口转发的路由可以是静态路由，也可以是动态路由。配置静态路由时，路由的目的地址是GRE封装前原始报文的目的地址，出接口是本端Tunnel接口。

 配置验证

[RTA]display interface Tunnel 0/0/1

Tunnel0/0/1 current state : UP

Line protocol current state : UP

Last line protocol up time : 2016-03-21 13:37:38

Description:HUAWEI, AR Series, Tunnel0/0/1 Interface

Route Port, The Maximum Transmit Unit is 1476

Internet Address is 40.1.1.1/24

Encapsulation is TUNNEL, loopback not set

Tunnel source 20.1.1.1 (GigabitEthernet0/0/1), destination 20.1.1.2

Tunnel protocol/transport GRE/IP, key disabled

keepalive disabled

Checksumming of packets disabled

……

•  执行display interface Tunnel 0/0/1命令，可以查看接口的运行状态和路由信息。如果接口的当前状态和链路层协议的状态均显示为UP，则接口处于正常转发状态。隧道的源地址和目的地址分别为建立GRE隧道使用的物理接口的IP地址。

[RTA]display ip routing-table

Route Flags: R - relay, D - download to fib

--------------------------------------------------------------

Routing Tables: Public  Destinations : 13       Routes : 14      

Destination/Mask Proto  Pre Cost Flags  NextHop   Interface

……

10.1.2.0/24      Static 60  0    RD     40.1.1.2  Tunnel 0/0/1

……

• 执行display ip routing table命令，可以查看IP路由表，判断GRE隧道连接的两个网络的可达信息。在本示例中，可以看出目的地址为通过GRE隧道可达的网络地址，下一跳地址为GRE隧道远端接口的IP地址。 

配置Keepalive检测

[RTA]interface Tunnel 0/0/1

[RTA-Tunnel0/0/1]keepalive period 3

[RTA-Tunnel0/0/1]quit

• 执行keepalive [ period period [ retry-times retry-times ] 命令，可以在GRE隧道接口启用Keepalive检测功能。其中，period参数指定Keepalive检测报文的发送周期，默认值为5秒；retry-times参数指定Keepalive检测报文的重传次数，默认值为3。如果在指定的重传次数内未收到对端的回应报文，则认为隧道两端通信失败，GRE隧道将被拆除。 

配置验证 

[RTA]display interface Tunnel 0/0/1

Tunnel0/0/1 current state : UP

Line protocol current state : DOWN

Description:HUAWEI, AR Series, Tunnel0/0/1 Interface

Route Port, The Maximum Transmit Unit is 1476

Internet Address is 40.1.1.1/24

Encapsulation is TUNNEL, loopback not set

Tunnel source 20.1.1.1 (GigabitEthernet0/0/1), destination 20.1.1.2

Tunnel protocol/transport GRE/IP, key disabled

keepalive enable period 3 retry-times 3

Checksumming of packets disabled

……

• 执行display interface tunnel命令，还可以查看GRE的Keepalive功能是否使能。本示例中，Keepalive检测功能的当前状态显示为启用，且报文的发送周期为3秒，重传次数为3次。 

本章总结

问：GRE的应用场景有哪些?

答：GRE可以解决异种网络的传输问题；GRE隧道扩展了受跳数限制的路由协议的工作范围，支持企业灵活设计网络拓扑；GRE可以与IPSec结合来实现加密传输组播数据。

问：display interface tunnel命令显示的信息中会包含Internet Address和Tunnel source，这两者的区别是什么?

答：Internet Address代表建立GRE隧道所用的虚拟隧道地址，Tunnel source表示隧道的起点，是设备的出接口物理地址。

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