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GRE详解


GRE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、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。


GRE的优点


•GRE实现机制简单，对隧道两端的设备负担小。


•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。


•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。


•GRE隧道可以封装组播数据，和IPSec结合使用时可以保证语音、视频等组播业务的安全。


•GRE隧道支持使能MPLS LDP，使用GRE隧道承载MPLS LDP报文，建立LDP LSP，实现MPLS骨干网的互通。


•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。


基本原理


实现过程


报文在GRE隧道中传输包括封装和解封装两个过程。如图1所示，如果X协议报文从Ingress PE向Egress PE传输，则封装在Ingress PE上完成，而解封装在Egress PE上进行。封装后的数据报文在网络中传输的路径，称为GRE隧道。
通过GRE隧道实现X协议互通组网图





•封装


1.Ingress PE从连接X协议网络的接口接收到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


解封装过程和封装过程相反。


1.Egress PE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Egress PE去掉IP头后交给GRE协议处理。


2.GRE协议剥掉GRE报头，获取X协议报文，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封装后的报文格式如图2所示。
•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。






GRE头的各字段解释如下所示。


表1 GRE头的各字段解释


GRE头字段


字段解释


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。


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。


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。


说明：


•RFC1701规定该字段默认值为0。


•RFC2784规定当发送和接收端该字段不一致时不会引起异常，且接收端必须忽略该字段。


•设备实现时该字段仅在加封装报文时用作标记隧道嵌套层数，GRE解封装报文时不感知该字段，不会影响报文的处理。


Flags


预留字段。当前必须置为0。


Version


版本字段。必须置为0。


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。


Ethernet over GRE协议的协议代码为0x6558。


Checksum


对GRE头及其负载的校验和字段。


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


GRE的安全机制


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。


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。


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。


说明： （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。）
Ethernet over GRE


Ethernet over GRE


通用路由封装协议GRE（Generic Routing Encapsulation）提供了将一种协议报文封装在另一种协议报文中的机制，使报文能够在异种网络中传输，这种在异种网络中传输报文的通道称为隧道（Tunnel）。


目前，GRE隧道可以通过两种隧道接口建立：
•GRE隧道接口


GRE隧道接口是为实现报文的封装而提供的一种点对点类型的逻辑接口，包含源地址、目的地址和隧道接口IP地址。


•mGRE隧道接口


mGRE隧道接口是为实现DSVPN而提供的一种点到多点类型的逻辑接口，包含源地址、目的地址和隧道接口IP地址。


与GRE隧道接口手工指定目的地址不同，mGRE隧道接口的目的地址来自于NHRP地址解析协议，一个mGRE隧道接口上，可以存在多条GRE隧道，有多个GRE对端。


如图1所示，分支与总部的网络都是以太网络，分支与总部之间通过IP骨干网相连，如果用户希望分支与总部之间能够互通，可以部署Ethernet over GRE功能，实现以太报文通过GRE隧道进行透传。
Ethernet over GRE是将以太网协议的报文通过GRE封装后，在另一个网络层协议（如IPv4）的网络中传输，具体工作原理如下：
1.在设备LAN侧的物理以太网接口GE2/0/0上绑定二层VE接口VE0/0/2，在设备WAN侧的Tunnel接口Tunnel0/0/1上绑定二层VE接口VE0/0/1。
2.Router_1的LAN侧物理以太网接口GE2/0/0收到分支网络的以太报文，以太报文中携带了VLAN Tag信息。
3.GE2/0/0收到的以太报文转发到VE0/0/2后，在VE0/0/2上进行入接口VLAN处理，然后在设备内基于MAC和VLAN进行二层转发，找到出接口VE0/0/1。
4.以太报文在VE0/0/1上进行出接口VLAN处理后，将转发到VE0/0/1绑定的Tunnel0/0/1接口，经过GRE封装（协议代码为0x6558）后，进行后续的GRE转发处理。
5.Router_2的Tunnel0/0/1接口上对收到的报文进行GRE解封装，检查到协议代码为0x6558后，将以太报文转发给入接口VE0/0/1。
6.在VE0/0/1上进行入接口VLAN处理后，二层转发给VE0/0/2进行出接口VLAN处理。

7.以太报文中携带新的VLAN Tag信息从出接口GE2/0/0发往总部网络。

下面我们举个配置GRE的例子
配置GRE通过OSPF实现IPv4协议互通示例
组网拓扑