【思唯网络学院】华为通用路由封装协议GRE介绍（一）

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。

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。

2、GRE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。

图1 通过GRE隧道实现X协议互通组网图

如上图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。

1、封装

Ingress PE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。

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。

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。

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。

2、解封装

解封装过程和封装过程相反。

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。

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。

3、GRE报文格式

图2 GRE报文结构

GRE封装后的报文结构如上图2所示。

1、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。

2、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）。

3、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表1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。 RFC1701规定该字段默认值为0。 RFC2784规定当发送和接受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。
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。

因为目前实现的GRE头不包含源路由字段，所以Bit 1、Bit 3和Bit 4都置为0。

4、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。

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。

5、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：

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。

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