Linux下的IP隧道研究（2）zt

synn

摘要
在Linux中，隧道的实现主要基于两个文件new_tunnel.c和ipip.c.本文参考

By iamafan, 出处：Linux中IP隧道的分析与建议



??在Linux中，隧道的实现主要基于两个文件new_tunnel.c和ipip.c



??同时Linux定义了一种新的协议类型--IPIP（IPPROTO_IPIP），与上面所说封包类型类似。

基本思路

??在Linux中IP Tunnel的实现也分为两个部件：封装部件和解封部件，分别司职发送和接收。但这两个部分是在不同的层次以不同的方式实现的。封装部件是在数据链路层以虚设备的方式实现。所有源代码见



/usr/src/linux/drivers/net/new_tunnel.c



??为实现封装，Linux实现一个称为tunl的网络设备（类似loopback设备），此设备具有其他网络设备共有的特征，对于使用此设备的上层应用来说，对这些网络设备不加区分，调用及处理方法当然也完全一样。



tunnel_init()和tunnel_xmit()是new_tunnel.c中的两个主要过程。
tunnel_init()初始化与设备tunl相关的device结构。




??而tunnel_xmit()在从tunl设备发送数据时被调用，tunl设备作为实现IP隧道技术的封装部分，在此过程中完成对相应的数据报进行封装所需的全部操作，形成IPIP类型的IP包，并重新转发此数据包（ip_forward()）。



??解码器在IP的上层实现，系统把它作为一个虚的传输层（实际上与传输层毫无关系），具体处理见文件



/usr/src/linux/net/ipv4/ipip.c。



??我们知道，每一个IP数据包均交由ip_rcv函数处理，在进行一些必要的判断后，ip_rcv对于发送给本机的数据包将交给上层处理程序。对于IPIP包来说，其处理函数是ipip_rcv（就如TCP包的处理函数是tcp_rcv一样，IP层不加区分）。也就是说，当一个目的地址为本机的封包到达后，ip_rcv函数进行一些基本检查并除去IP头，然后交由ipip_rcv解封。ipip_rcv所做的工作就是去掉封包头，还原数据包，然后把还原后的数据包放入相应的接收队列（netif_rx()）。



??从以上IP Tunnel实现的思想来看，思路十分清晰，但由于IP Tunnel的特殊性，其实现的层次并不单纯。实际上，它的封装和解封部件不能简单地象上面所说的那样分层。tunl设备虽应算进链路层，但其发送程序中做了更多的工作，如制作IPIP头及新的IP头（这些一般认为是传输层或网络层的工作），调用ip_forward转发新包也不是一个网络设备应当做的事。可以说，tunl借网络设备之名，一把抓干了不少工作，真是‘高效’。而解封部件宏观上看在网络层之上，解出IPIP头，恢复原数据包是它分内的事，但在它解出数据包（即原完整的协议数据包）后，它把这个包放入相应的协议接收队列。这种事可不是一个上层协议干的，这是网络设备中断接收程序的义务。看到了，在这点上，它好象到了数据链路层。

三、为实现VPN的扩展

??实际上Linux只为实现隧道机制提供了一个框架，图二中的封包协议头在Linux中被忽略了，也就是说，封包头只含封包IP头，其后紧跟原IP数据包。这样的结构用于传输公开数据没有关系，但对于一个VPN来说，安全保密是不可缺少的重要功能。我们希望通过隧道的数据可靠且不可窃取和冒充的， 那么，加密和认证就必不可少。为实现这一构想，设计以下封包协议头：



         0    4     8          16           24          31
        +-----+-----+-----------+------------------------+
        | ver |type |   hlen    |      OldPacketLen      |
        +-----------------------+------------------------+
        |        DeviceID       |       EncapID          |
        +-----------------------+------------------------+
        |         Flags         |       CheckSum         |
        +------------------------------------------------+
        |         IPIP Options( If any )                 |
        +------------------------------------------------+
        .                                      | padding |
        .                                                .
        +------------------------------------------------+




图三、 IPIP头设想图
ver: 版本号，利于扩展

type: 用于建立不同目的的隧道（可能处理上有差别）

OldPacketLen: 进入隧道的原数据包长度

DeviceID: 对数据包进行封装的设备标识

EncapID: 此封包的ID号

Flags: 标志位，共16位，初步定义如下：

??0 保留

??1 有否加密

??2 有否做摘要

??3 有否签名

??4 保留

??5 有否传送消息密钥

??6 消息密钥有否加密

??7 消息密钥是否需保留

??8-15 保留

CheckSum: 头校验

IPIP Options: 用来传送一些必要的数据，比如消息密钥、签名等


格式：
+-------------------------------------+
| 类型 | 长度 | 数据 ...              |
+-------------------------------------+




??好了，有了这个东西，我们就可以扩展Linux IP Tunnel为我们的VPN服务了。首先，改写new_tunnel.c和ipip.c两个文件，加入对IPIP头的处理。



??接着，我们要实现一种密钥的管理和传送机制。



??当然，对称密钥是必需的，而对IP数据包加密要使用序列密码。从全体考虑，



??我们可以提出建立VPN的逻辑步骤；


1、准备工作：建网安装系统完成配置等等

2、隧道的两端分别向对方发送自己的公开密码和设备号

3、如有必要，产生序列密码，后加密签名传给对方

4、正常通信，----放心，你的数据已经很保险了。


??在一个VPN的隧道中，一个封包的格式应如图四所示。



         /  +-----------------+
             |  |    封包IP头     |
           封包头  |  +-----------------+
           |  |   封包协议头    |
               +-----------------+
             /  |                 |
             |  |    原协议头     |
            |  |       及        |
          封包数据 |  |   原协议数据    |
             |  .    （密文）     .
             |  .                 .
             |  |                 |
              +-----------------+





图四. VPN封包结构 你的几种使用方法

??事情往往不能两全其美，你在安全强度和通信速度上必须作出选择，（不然你就需要在安全强度和Money的耗费中做选择。）使用这样的协议，根据你的需求不同，你可有不同的使用方法，下面列举一些：


跨Internet的公司多个内部网之间进行通信，保密性并不重要直接使用原框架机制，无任何加密措施这样速度快、效率高，公司也不用申请多个IP地址，方便可行

一般性的商业应用，具有保密要求利用事先产生的序列密码，每次对原数据包加密安全度提高了，是一种十分实用的方法。只要强度足够，一般很难破译速度快

密码不变的方式你认为不够安全你可以自己实现一种密码传送方法，每隔一段时间更换一次密码。其中一些握手关系需要完善，有兴趣的欢迎探讨。如果发展成熟，此法相信很有前途。

高度机密领域:敬请使用一次一密，并进行每次签名。每次产生新密钥和签名十分费时，在目前我国Internet网络的速度下几乎不可行。但相信有此需要的部门也能够设法提高其网络带宽，让网络状况适合这种应用。另外，当然还可以就加密强度自身作出选择，比如选择128位，还是512位、1024位

四、待完善

??主要牵涉到隧道的管理，在封包的传送过程中如果出现错误是十分正常的，当一台路由器检测到错误时，它会发送一个ICMP包给隧道的发送端，但遗憾的是ICMP返回的数据除了IP头外，只含8个字节的上层协议信息。只凭这个难以对ICMP信息作出反应，因此，在隧道端保留一些状态信息是必须的。这些信息主要包括：


隧道的另一端的可达性

隧道的拥塞状况

隧道的MTU


??同时所发送的封包信息也是需要保留的，举例说，当一个路由不可达信息到来时，封包的发送者要能够找出所封装的数据来自何方，并发送相应的ICMP包。

转自linuxaid.com.cn