隧道技術(shù)及其應(yīng)用
　　隧道技術(shù)（Tunneling）是一種通過使用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)（或負(fù)載）可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包。隧道協(xié)議將其它協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包重新封裝然后通過隧道發(fā)送。新的幀頭提供路由信息，以便通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞被封裝的負(fù)載數(shù)據(jù)。
　　這里所說的隧道類似于點(diǎn)到點(diǎn)的連接。這種方式能夠使來自許多信息源的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)在同一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施中通過不同的隧道進(jìn)行傳輸。隧道技術(shù)使用點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議代替了交換連接，通過路由網(wǎng)絡(luò)來連接數(shù)據(jù)地址。隧道技術(shù)允許授權(quán)移動用戶或已授權(quán)的用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。
　　通過隧道的建立，可實(shí)現(xiàn)：
　　* 將數(shù)據(jù)流強(qiáng)制送到特定的地址
　　* 隱藏私有的網(wǎng)絡(luò)地址
　　* 在IP網(wǎng)上傳遞非IP數(shù)據(jù)包
　　* 提供數(shù)據(jù)安全支持
　　近來出現(xiàn)了一些新的隧道技術(shù)，并在不同的系統(tǒng)中得到運(yùn)用和拓展。
　　隧道技術(shù)
　　為創(chuàng)建隧道，隧道的客戶機(jī)和服務(wù)器雙方必須使用相同的隧道協(xié)議。隧道技術(shù)可分別以第2層或第3層隧道協(xié)議為基礎(chǔ)。第2層隧道協(xié)議對應(yīng)于OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層，使用幀作為數(shù)據(jù)交換單位。PPTP（點(diǎn)對點(diǎn)隧道協(xié)議）、L2TP（第二層隧道協(xié)議）和L2F（第2層轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議）都屬于第2層隧道協(xié)議，是將用戶數(shù)據(jù)封裝在點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議（PPP）幀中通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送。第3層隧道協(xié)議對應(yīng)于OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層，使用包作為數(shù)據(jù)交換單位。IPIP（IP over IP）以及IPSec隧道模式屬于第3層隧道協(xié)議，是將IP包封裝在附加的IP包頭中，通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送。無論哪種隧道協(xié)議都是由傳輸?shù)妮d體、不同的封裝格式以及用戶數(shù)據(jù)包組成的。它們的本質(zhì)區(qū)別在于，用戶的數(shù)據(jù)包是被封裝在哪種數(shù)據(jù)包中在隧道中傳輸。
　　點(diǎn)對點(diǎn)隧道協(xié)議
　　PPTP（Point to Point Tunneling Protocol）提供PPTP客戶機(jī)和PPTP服務(wù)器之間的加密通信。PPTP客戶機(jī)是指運(yùn)行了該協(xié)議的PC機(jī)，如啟動該協(xié)議的Windows95/98；PPTP服務(wù)器是指運(yùn)行該協(xié)議的服務(wù)器，如啟動該協(xié)議的WindowsNT服務(wù)器。PPTP是PPP協(xié)議的一種擴(kuò)展。它提供了一種在互聯(lián)網(wǎng)上建立多協(xié)議的安全虛擬專用網(wǎng)（VPN）的通信方式。遠(yuǎn)端用戶能夠透過任何支持PPTP的ISP訪問公司的專用網(wǎng)。
　　通過PPTP，客戶可采用撥號方式接入公用IP網(wǎng)。撥號用戶首先按常規(guī)方式撥到ISP的接入服務(wù)器（NAS），建立PPP連接；在此基礎(chǔ)上，用戶進(jìn)行二次撥號建立到PPTP服務(wù)器的連接，該連接稱為PPTP隧道，實(shí)質(zhì)上是基于IP協(xié)議的另一個(gè)PPP連接，其中的IP包可以封裝多種協(xié)議數(shù)據(jù)，包括TCP／IP、IPX和NetBEUI。PPTP采用了基于RSA公司RC4的數(shù)據(jù)加密方法，保證了虛擬連接通道的安全。對于直接連到互聯(lián)網(wǎng)的用戶則不需要PPP的撥號連接，可以直接與PPTP服務(wù)器建立虛擬通道。PPTP把建立隧道的主動權(quán)交給了用戶，但用戶需要在其PC機(jī)上配置PPTP，這樣做既增加了用戶的工作量，又會給網(wǎng)絡(luò)帶來隱患。另外，PPTP只支持IP作為傳輸協(xié)議。
　　第二層轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議
　　L2F(Layer Two Forwarding protocol )是由Cisco公司提出的可以在多種介質(zhì)，如ATM、幀中繼、IP網(wǎng)上建立多協(xié)議的安全虛擬專用網(wǎng)的通信。遠(yuǎn)端用戶能通過任何撥號方式接入公用IP網(wǎng)，首先按常規(guī)方式撥到ISP的接入服務(wù)器（NAS），建立PPP連接；NAS根據(jù)用戶名等信息，建立直達(dá)HGW服務(wù)器的第二重連接。在這種情況下，隧道的配置和建立對用戶是完全透明的。其體系結(jié)構(gòu)見圖1。
　　第二層隧道協(xié)議
　　L2TP（Layer Two Tunneling Protocol）結(jié)合了L2F和PPTP的優(yōu)點(diǎn)，允許用戶從客戶端或訪問服務(wù)器端建立VPN連接。L2TP是把鏈路層的PPP幀裝入公用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，如IP、ATM、幀中繼中進(jìn)行隧道傳輸?shù)姆庋b協(xié)議。其體系結(jié)構(gòu)見圖1。
　　Cisco、Ascend、Microsoft和RedBack公司的專家們在修改了十幾個(gè)版本后，終于在1999年8月公布了L2TP的標(biāo)準(zhǔn)RFC2661。目前用戶撥號訪問Internet時(shí)，必須使用IP協(xié)議，并且其動態(tài)得到的IP地址也是合法的。L2TP的好處在于支持多種協(xié)議，用戶可以保留原有的IPX、Appletalk等協(xié)議或公司原有的IP地址。L2TP還解決了多個(gè)PPP鏈路的捆綁問題，PPP鏈路捆綁要求其成員均指向同一個(gè)NAS，L2TP則允許在物理上連接到不同NAS的PPP鏈路，在邏輯上的終點(diǎn)為同一個(gè)物理設(shè)備。L2TP擴(kuò)展了PPP連接，在傳統(tǒng)的方式中用戶通過模擬電話線或ISDN/ADSL與網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器建立一個(gè)第2層的連接，并在其上運(yùn)行PPP，第2層連接的終點(diǎn)和PPP會話的終點(diǎn)均設(shè)在同一個(gè)設(shè)備上(如NAS)。L2TP作為PPP的擴(kuò)充提供了更強(qiáng)大的功能，包括允許第2層連接的終點(diǎn)和PPP會話的終點(diǎn)分別設(shè)在不同的設(shè)備上。
　　L2TP主要由LAC(L2TP Access Concentrator)和LNS(L2TP Network Server)構(gòu)成。LAC支持客戶端的L2TP，發(fā)起呼叫，接收呼叫和建立隧道；LNS是所有隧道的終點(diǎn)。在傳統(tǒng)的PPP連接中，用戶撥號連接的終點(diǎn)是LAC，而L2TP能把PPP協(xié)議的終點(diǎn)延伸到LNS。
　　L2TP的建立過程如圖2。
　　1.用戶通過公用電話網(wǎng)或ISDN撥號呼叫本地接入服務(wù)器LAC；LAC接受呼叫并進(jìn)行基本的識別過程，這一過程可以采用幾種標(biāo)準(zhǔn)，如域名、呼叫線路識別(CLID)或撥號ID業(yè)務(wù)(DNIS)等。
　　2.當(dāng)用戶被確認(rèn)為合法企業(yè)用戶時(shí)，就建立一個(gè)通向LNS的撥號VPN隧道。
　　3.企業(yè)內(nèi)部的安全服務(wù)器如TACACS+、RADIUS對撥號用戶進(jìn)行驗(yàn)證。
　　4.LNS與遠(yuǎn)程用戶交換PPP信息，分配IP地址。LNS可采用企業(yè)專用地址(未注冊的IP地址)或服務(wù)提供商提供的地址空間分配IP地址。因?yàn)閮?nèi)部源IP地址與目的地IP地址實(shí)際上都通過服務(wù)提供商的IP網(wǎng)絡(luò)在PPP信息包內(nèi)傳送，企業(yè)專用地址對提供者的網(wǎng)絡(luò)是透明的。
　　5.端到端的數(shù)據(jù)從撥號用戶傳到LNS。
　　在實(shí)際應(yīng)用中，LAC將撥號用戶的PPP幀封裝后，傳送到LNS，后者去掉封裝包頭，取出PPP幀，再去掉PPP幀頭，最后獲得網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包。
　　L2TP方式給服務(wù)提供商和用戶帶來了許多方便。用戶不需要在PC板上安裝專門的客戶端軟件，企業(yè)網(wǎng)可以使用未注冊的IP地址，并在本地管理認(rèn)證數(shù)據(jù)庫，從而降低了應(yīng)用成本和培訓(xùn)維護(hù)費(fèi)用。
　　與PPTP和L2F相比，L2TP的優(yōu)點(diǎn)在于提供了差錯(cuò)和流量控制；L2TP使用UDP封裝和傳送PPP幀。面向無連接的UDP無法保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，L2TP使用Nr（下一個(gè)希望接受的信息序列號）和Ns（當(dāng)前發(fā)送的數(shù)據(jù)包序列號）字段進(jìn)行流量和差錯(cuò)控制。雙方通過序列號來確定數(shù)據(jù)包的順序和緩沖區(qū)，一旦丟失數(shù)據(jù)，根據(jù)序列號可以進(jìn)行重發(fā)。
　　作為PPP的擴(kuò)展協(xié)議，L2TP支持標(biāo)準(zhǔn)的安全特性CHAP和PAP，可以進(jìn)行用戶身份認(rèn)證。L2TP定義了控制包的加密傳輸，每個(gè)被建立的隧道分別生成一個(gè)獨(dú)一無二的隨機(jī)鑰匙，以便對付欺騙性的攻擊，但是它對傳輸中的數(shù)據(jù)并不加密。
　　通用路由封裝
　　通用路由封裝（GRE：Generic Routing Encapsulation）在RFC1701/RFC1702中定義，它規(guī)定了怎樣用一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議去封裝另一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的方法。GRE的隧道由兩端的源IP地址和目的IP地址來定義，它允許用戶使用IP封裝IP、IPX、AppleTalk，并支持全部的路由協(xié)議，如RIP、OSPF、IGRP、EIGRP。通過GRE，用戶可以利用公用IP網(wǎng)絡(luò)連接IPX網(wǎng)絡(luò)和AppleTalk網(wǎng)絡(luò)，還可以使用保留地址進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，或?qū)W(wǎng)隱藏企業(yè)網(wǎng)的IP地址。
　　GRE的包頭包含了協(xié)議類型（用于標(biāo)明乘客協(xié)議的類型）；校驗(yàn)和包括了GRE的包頭和完整的乘客協(xié)議與數(shù)據(jù)；密鑰（用于接收端驗(yàn)證接收的數(shù)據(jù)）；序列號（用于接收端數(shù)據(jù)包的排序和差錯(cuò)控制）和路由信息（用于本數(shù)據(jù)包的路由）。
　　GRE只提供了數(shù)據(jù)包的封裝，它沒有防止網(wǎng)絡(luò)偵聽和攻擊的加密功能。所以在實(shí)際環(huán)境中它常和IPsec一起使用，由IPsec為用戶數(shù)據(jù)的加密，給用戶提供更好的安全服務(wù)。
　　IP安全協(xié)議
　　IP安全協(xié)議（IPSec：IP Security）實(shí)際上是一套協(xié)議包而不是一個(gè)獨(dú)立的協(xié)議，這一點(diǎn)對于我們認(rèn)識IPSec是很重要的。從1995年開始IPSec的研究以來，IETF IPSec工作組在它的主頁上發(fā)布了幾十個(gè)Internet草案文獻(xiàn)和12個(gè)RFC文件。其中，比較重要的有RFC2409 IKE（互連網(wǎng)密鑰交換）、RFC2401 IPSec協(xié)議、RFC2402 AH驗(yàn)證包頭、RFC2406 ESP加密數(shù)據(jù)等文件。
　　IPSec安全體系包括3個(gè)基本協(xié)議：AH協(xié)議為IP包提供信息源驗(yàn)證和完整性保證；ESP協(xié)議提供加密機(jī)制；密鑰管理協(xié)議(ISAKMP)提供雙方交流時(shí)的共享安全信息。ESP和AH協(xié)議都有相關(guān)的一系列支持文件，規(guī)定了加密和認(rèn)證的算法。最后，解釋域（DOI）通過一系列命令、算法、屬性和參數(shù)連接所有的IPSec組文件。
　　隧道技術(shù)應(yīng)用
　　虛擬專用網(wǎng)絡(luò)
　　VPN是Internet技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，其簡單的定義是，在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上建立屬于自己的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)。也就是說不再使用長途專線建立專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，而是充分利用完善的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)建立自己的專用網(wǎng)。它的優(yōu)點(diǎn)是，既可連到公網(wǎng)所能達(dá)到的任何地點(diǎn)，享受其保密性、安全性和可管理性，又降低網(wǎng)絡(luò)的使用成本。
　　VPN依靠Internet服務(wù)提供商（ISP）和其他的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商（NSP）在公用網(wǎng)中建立自己的專用“隧道”，不同的信息來源，可分別使用不同的“隧道”進(jìn)行傳輸。
　　新出臺的標(biāo)準(zhǔn)ISE CHEIP6版保證用戶數(shù)據(jù)的安全加密。由于用戶對企業(yè)網(wǎng)傳輸個(gè)人數(shù)據(jù)很敏感，因此集成度更高的VPN技術(shù)不久將會流行起來。
　　Linux 中的IP隧道
　　為了在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸其他協(xié)議的數(shù)據(jù)包，Linux采用了一種IP隧道技術(shù)。在已經(jīng)使用多年的橋接技術(shù)中就是通過在源協(xié)議數(shù)據(jù)包上再套上一個(gè)IP協(xié)議帽來實(shí)現(xiàn)。
　　利用IP隧道傳送的協(xié)議包也包括IP數(shù)據(jù)包，Linux的IPIP包封指的就是這種情況。移動IP（Mobile-IP）和IP多點(diǎn)廣播（IP-Multicast）是兩個(gè)流行的例子。目前，IP隧道技術(shù)在VPN中也顯示出極大的魅力。
　　移動IP是在全球Internet上提供移動功能的一種服務(wù)，它允許節(jié)點(diǎn)在切換鏈路時(shí)仍可保持正在進(jìn)行的通信。它提供了一種IP路由機(jī)制，使移動節(jié)點(diǎn)以一個(gè)永久的IP地址連接到任何鏈路上。與特定主機(jī)路由技術(shù)和數(shù)據(jù)鏈路層方案不同，移動IP還要解決安全性和可靠性問題，并與傳輸媒介無關(guān)。移動IP的可擴(kuò)展性使其可以在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用。
　　GPRS隧道協(xié)議
　　隨著隧道技術(shù)的發(fā)展，各種業(yè)務(wù)已經(jīng)開始根據(jù)本業(yè)務(wù)的特點(diǎn)制定相應(yīng)的隧道協(xié)議。GPRS（General Packet Radio Service）中的隧道協(xié)議GTP（GPRS Tunnel Protocol）就是一例。
　　GPRS是GSM提供的分組交換和分組傳輸方式的新的承載業(yè)務(wù)，可以應(yīng)用在PLMN（Public Land Mobile Network）內(nèi)部或應(yīng)用在GPRS網(wǎng)與外部互聯(lián)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP、X.25）之間的分組數(shù)據(jù)傳送，GPRS能提供到現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無縫連接。它在GSM網(wǎng)絡(luò)中增加了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)：服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN─serving GPRS support node）和網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN─Gateway GPRS support node）。
　　SGSN是GPRS骨干網(wǎng)與無線接入網(wǎng)之間的接口，它將分組交換到正確的基站子系統(tǒng)（BSS）。其任務(wù)包括提供對移動臺的加密、認(rèn)證、會話（session）管理、移動性管理和邏輯鏈路管理。它也提供到HLR等數(shù)據(jù)庫的連接。
　　通過GPRS隧道協(xié)議可為多種協(xié)議的數(shù)據(jù)分組通過GPRS骨干網(wǎng)提供隧道。GTP根據(jù)所運(yùn)載的協(xié)議需求，利用TCP或UDP協(xié)議來分別提供可靠的連接（如支持X.25的分組傳輸）和無連接服務(wù)（如IP分組）。