摘要 在Linux中,隧道的實現主要基於兩個文件new_tunnel.c和ipip.c.本文參考 在Linux中,隧道的實現主要基於兩個文件new_tunnel.c和ipip.c 同時Linux定義了一種新的協議類型--IPIP(IPPROTO_IPIP),與上面所說封包類型類似。 基本思路 在Linux中IP Tunnel的實現也分為兩個部件:封裝部件和解封部件,分別司職發送和接收。但這兩個部分是在不同的層次以不同的方式實現的。封裝部件是在數據鏈路層以虛設備的方式實現。所有源代碼見 /usr/src/linux/drivers/net/new_tunnel.c 為實現封裝,Linux實現一個稱為tunl的網絡設備(類似loopback設備),此設備具有其他網絡設備共有的特征,對於使用此設備的上層應用來說,對這些網絡設備不加區分,調用及處理方法當然也完全一樣。 tunnel_init()和tunnel_xmit()是new_tunnel.c中的兩個主要過程。 tunnel_init()初始化與設備tunl相關的device結構。 而tunnel_xmit()在從tunl設備發送數據時被調用,tunl設備作為實現IP隧道技術的封裝部分,在此過程中完成對相應的數據報進行封裝所需的全部操作,形成IPIP類型的IP包,並重新轉發此數據包(ip_forward())。 解碼器在IP的上層實現,系統把它作為一個虛的傳輸層(實際上與傳輸層毫無關系),具體處理見文件 /usr/src/linux/net/ipv4/ipip.c。 我們知道,每一個IP數據包均交由ip_rcv函數處理,在進行一些必要的判斷後,ip_rcv對於發送給本機的數據包將交給上層處理程序。對於IPIP包來說,其處理函數是ipip_rcv(就如TCP包的處理函數是tcp_rcv一樣,IP層不加區分)。也就是說,當一個目的地址為本機的封包到達後,ip_rcv函數進行一些基本檢查並除去IP頭,然後交由ipip_rcv解封。ipip_rcv所做的工作就是去掉封包頭,還原數據包,然後把還原後的數據包放入相應的接收隊列(netif_rx())。 從以上IP Tunnel實現的思想來看,思路十分清晰,但由於IP Tunnel的特殊性,其實現的層次並不單純。實際上,它的封裝和解封部件不能簡單地象上面所說的那樣分層。tunl設備雖應算進鏈路層,但其發送程序中做了更多的工作,如制作IPIP頭及新的IP頭(這些一般認為是傳輸層或網絡層的工作),調用ip_forward轉發新包也不是一個網絡設備應當做的事。可以說,tunl借網絡設備之名,一把抓干了不少工作,真是‘高效’。而解封部件宏觀上看在網絡層之上,解出IPIP頭,恢復原數據包是它分內的事,但在它解出數據包(即原完整的協議數據包)後,它把這個包放入相應的協議接收隊列。這種事可不是一個上層協議干的,這是網絡設備中斷接收程序的義務。看到了,在這點上,它好象到了數據鏈路層。 三、為實現VPN的擴展 實際上Linux只為實現隧道機制提供了一個框架,圖二中的封包協議頭在Linux中被忽略了,也就是說,封包頭只含封包IP頭,其後緊跟原IP數據包。這樣的結構用於傳輸公開數據沒有關系,但對於一個VPN來說,安全保密是不可缺少的重要功能。我們希望通過隧道的數據可靠且不可竊取和冒充的,那麼,加密和認證就必不可少。為實現這一構想,設計以下封包協議頭: 0 4 8 16 24 31 +-----+-----+-----------+------------------------+ ver type hlen OldPacketLen +-----------------------+------------------------+ DeviceID EncapID +-----------------------+------------------------+ Flags CheckSum +------------------------------------------------+ IPIP Options( If any ) +------------------------------------------------+ . padding . . +------------------------------------------------+ 圖三、 IPIP頭設想圖 ver: 版本號,利於擴展 type: 用於建立不同目的的隧道(可能處理上有差別) OldPacketLen: 進入隧道的原數據包長度 DeviceID: 對數據包進行封裝的設備標識 EncapID: 此封包的ID號 Flags: 標志位,共16位,初步定義如下: 0 保留 1 有否加密 2 有否做摘要 3 有否簽名 4 保留 5 有否傳送消息密鑰 6 消息密鑰有否加密 7 消息密鑰是否需保留 8-15 保留 CheckSum: 頭校驗 IPIP Options: 用來傳送一些必要的數據,比如消息密鑰、簽名等 格式: +-------------------------------------+ 類型 長度 數據 ... +-------------------------------------+ 好了,有了這個東西,我們就可以擴展Linux IP Tunnel為我們的VPN服務了。首先,改寫new_tunnel.c和ipip.c兩個文件,加入對IPIP頭的處理。 接著,我們要實現一種密鑰的管理和傳送機制。 當然,對稱密鑰是必需的,而對IP數據包加密要使用序列密碼。從全體考慮, 我們可以提出建立VPN的邏輯步驟; 1、准備工作:建網安裝系統完成配置等等 2、隧道的兩端分別向對方發送自己的公開密碼和設備號 3、如有必要,產生序列密碼,後加密簽名傳給對方 4、正常通信,----放心,你的數據已經很保險了。 在一個VPN的隧道中,一個封包的格式應如圖四所示。 / +-----------------+ 封包IP頭 封包頭 +-----------------+ 封包協議頭 +-----------------+ / 原協議頭 及 封包數據 原協議數據 . (密文) . . . +-----------------+ 圖四. VPN封包結構 你的幾種使用方法 事情往往不能兩全其美,你在安全強度和通信速度上必須作出選擇,(不然你就需要在安全強度和Money的耗費中做選擇。)使用這樣的協議,根據你的需求不同,你可有不同的使用方法,下面列舉一些: 跨Internet的公司多個內部網之間進行通信,保密性並不重要直接使用原框架機制,無任何加密措施這樣速度快、效率高,公司也不用申請多個IP地址,方便可行 一般性的商業應用,具有保密要求利用事先產生的序列密碼,每次對原數據包加密安全度提高了,是一種十分實用的方法。只要強度足夠,一般很難破譯速度快 密碼不變的方式你認為不夠安全你可以自己實現一種密碼傳送方法,每隔一段時間更換一次密碼。其中一些握手關系需要完善,有興趣的歡迎探討。如果發展成熟,此法相信很有前途。 高度機密領域:敬請使用一次一密,並進行每次簽名。每次產生新密鑰和簽名十分費時,在目前我國Internet網絡的速度下幾乎不可行。但相信有此需要的部門也能夠設法提高其網絡帶寬,讓網絡狀況適合這種應用。另外,當然還可以就加密強度自身作出選擇,比如選擇128位,還是512位、1024位 四、待完善 主要牽涉到隧道的管理,在封包的傳送過程中如果出現錯誤是十分正常的,當一台路由器檢測到錯誤時,它會發送一個ICMP包給隧道的發送端,但遺憾的是ICMP返回的數據除了IP頭外,只含8個字節的上層協議信息。只憑這個難以對ICMP信息作出反應,因此,在隧道端保留一些狀態信息是必須的。這些信息主要包括: 隧道的另一端的可達性 隧道的擁塞狀況 隧道的MTU 同時所發送的封包信息也是需要保留的,舉例說,當一個路由不可達信息到來時,封包的發送者要能夠找出所封裝的數據來自何方,並發送相應的ICMP包。