【2022争霸赛*干货满满】网络技术原理详解分享之GRE（General Routing Encapsulation ，通用路由封装）解析分享

大家好，我是大白，正所谓老骥伏枥，志在千里；烈士暮年，壮心不已。优质的帖子也在尽力中提供，也希望各位道友多多支持，让我引劫渡劫成功哈哈哈。

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本贴不做技术分享，今天要开始我们新的网络技术篇章GRE（General Routing Encapsulation ，通用路由封装）解析分享，之前我们也做过STP实验以及STP的原理，以及RSTP的实验与原理讲解。对于网络技术的讲解各位小伙伴的反馈还是相当的不错的，对于已毕业STP的小伙伴也是积极的私信我出新的技术讲解，鉴于之前在跨区桌面云项目的分享上还提到过GRE的使用，今天我就分享一下GRE的技术解析。

传统的GRE隧道是一个点到点的连接。GRE应用企业网时，需要在企业中心节点和各个分支机构之间建立多条点到点GRE隧道。当企业分支机构众多时，配置工作量巨大；而且，如果新增分支机构，则需要在中心节点上增加配置，增加了网络维护的负担；此外，分支机构采用ADSL等方式拨号上网时，分支机构公网地址的不确定性也增加了中心节点配置的复杂度。

虽然动态VPN技术，如DVPN（Dynamic Virtual Private Network，动态虚拟私有网络），可以学习公网地址和私网地址的对应关系，并动态地在中心节点和分支机构、不同分支机构之间建立隧道，但是目前动态VPN技术没有统一的规范，各个厂商都采用私有协议实现动态VPN，无法互通。

点到多点GRE隧道很好地解决了上述问题，非常适用于分支机构众多的企业网络。点到多点GRE隧道组网中，需要在中心节点上配置点到多点GRE模式的隧道接口（以下简称为点到多点GRE隧道接口）、分支机构上配置传统的点到点GRE over IPv4模式的隧道接口（以下简称为点到点GRE隧道接口），这样就可以实现在中心节点和多个分支机构之间动态建立隧道

首先我们要知道GRE隧道是什么？

通用路由封装协议GRE（Generic Routing Encapsulation）可以对某些网络层协议是对某些网络层协议如IP和IPX的数据报文进行封装，使这些被封装的数据报文能够在Tunnel（隧道）中传输。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文进行封装及解封装。

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原理：

报文在GRE隧道中传输包括封装和解封装两个过程。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。

Ingress PE【Mpls的入口路由器】

Egress PE 【Mpls的出口路由器】

通过GRE隧道实现X协议互通

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。

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。

报文格式：

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的组网案例：

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。

GRE的安全选项：

为了提高GRE隧道的安全性，GRE还支持由用户选择设置Tunnel接口的识别关键字（或称密钥），以及对隧道封装的报文进行端到端校验(校验和)。

在RFC 1701中规定：

       若GRE报文头中的Key标识位置1，则收发双方将进行通道识别关键字的验证，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。

       若GRE报文头中的Checksum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行进一步处理，否则丢弃。

点到多点GRE隧道：

       与点到点GRE隧道接口不同的是，点到多点GRE隧道接口上不需要手工配置隧道目的地址，而是根据接收到的GRE报文动态学习隧道目的地址。

     如上图所示：

     配置了点到多点GRE隧道接口的设备（Router A）接收到对端设备（Router B）发送的GRE报文后，从该报文中获取传输协议（IPv4）报文头的源地址和乘客协议（IPv4）报文头的源地址，分别作为隧道的目的地址和报文的目的地址（即分支网络的私网地址），建立一条隧道表项。

     通过点到多点GRE隧道转发报文时，设备根据报文的目的地址，在隧道表项中查找对应的隧道目的地址，使用此地址作为GRE封装传输协议（IPv4）报文头的目的地址。最初是没有目的地址表项的，必须先学到以后才可以双方通信，之前只能单方通信。

点到多点GRE隧道优缺点

优点：

     配置简单。中心节点上只需配置点到多点GRE隧道，无需在中心节点上创建到达每个分支机构的点到点GRE隧道。

     维护代价小。增加分支机构时，中心节点会动态学习到新增分支机构的地址，并与其建立隧道，无需手工配置。

     分支机构接入方式灵活。中心节点动态学习隧道的目的地址，分支机构是否动态获取公网地址（如采用ADSL等拨号方式接入网络）对中心节点的配置没有影响。

     以标准的GRE协议为基础，不需要特殊的协议或者私有协议来配合使用，具有较好的互通性。

     对于分支机构使用的网关设备没有特殊要求，只要支持GRE协议即可，避免用户网络设备的重复投资。

     支持分支机构和中心节点的GRE隧道备份，提高网络的可靠性。

缺点：

     点到多点GRE隧道的传输协议和乘客协议只能是IPv4。

     点到多点GRE隧道组网中，中心网络不能主动向分支网络发送报文。只有中心网络接收到分支网络的报文，并在中心节点上建立隧道表项后，中心网络发往分支网络的报文才能转发成功。

     点到多点GRE隧道组网中，分支网络之间无法建立隧道，不能通信。

GRE的应用场景：

1.多协议的本地网通过单一协议的骨干网传输：

如上图：Group 1和Group 2是运行Novell IPX协议的本地网，Team 1和Team 2是运行IP协议的本地网。通过在Router A和Router B之间采用GRE协议封装的隧道，Group 1和Group 2、Team 1和Team 2可以互不影响地进行通信

2.扩大了跳数受限协议（如RIP）的工作范围

两台终端之间的跳数超过15（RIP路由协议），它们将无法通信。通过在网络中使用隧道可以隐藏一部分跳数，从而扩大网络的工作范围。

3.将一些不能连续的子网连接起来，用于组建VPN

行Novell IPX协议的两个子网Group 1和Group 2分别在不同的城市，通过使用隧道可以实现跨越广域网的VPN.

4.和IPsec结合使用

GRE可以和IPsec结合使用，即对于路由协议、语音、视频等数据先进行GRE封装，再对封装后的报文进行IPsec的加密处理，以提高数据在隧道中传输的安全性。

以上就是本次的网络技术原理详解分享之GRE（General Routing Encapsulation ，通用路由封装）解析分享，后续会完成GER实验的分享配置以及效果验证等，感谢大佬们的参阅，此贴先到这里后续会带上更加实用的帖子，感谢大家！

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好的今天就到这里，老样子，感谢各位大神的参阅，孩子为了挣豆子不容易，孩子家里穷没豆子吃饭了！！！

感谢楼主分享，文章介绍了GRE VPN相关原理与使用场景，整体介绍较为清晰，期待更多优秀分享

楼主的文章图文并茂，清晰易懂，看完这波操作可以轻松上手了，如遇到问题再向楼主请教~

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