[网络技术][转]PPTP协议解析
PPTP协议大体上可以分为两部分:控制层连接和隧道,下面简要介绍两部分的功能。如果要详细了解PPTP协议请阅读RFC文档。
一、 Control Connection Protol
控制层连接是基于TCP建立的,PPTP Server监听TCP1723端口,等待Client的连接请求。
控制层的主要功能包括:
1. 彼此交换基本信息;
2. 负责创建、维护、删除Session;
3. 负责创建、维护、删除Tunnel;
4. 更新通信参数;(Set-Link-Info)
5. 维护控制层自身的连接状态。(Echo-Request、Echo-Reply)
其中需要注意的是控制层自身的状态维护。PPTP连接双方在一段时间内(60秒)如果没有收到任何控制层信息,就会发Echo-Request查询控制层连接状态,接收方会应答Echo-Reply。如果发送方在60秒内还没有收到应答就会断开控制层连接。
其实控制层真的是没什么好说的,看上去挺多东西,其实本身很简单。如果要了解控制层的工作过程,请参照上一篇:PPTP(1)--连接过程。
二、 Tunnel Protol
看了上面的叙述不难发现,控制层本身不负责传输有效载荷。那么真正的应用层数据是怎么传输的呢?答案是Tunnel。
RFC里给出的Tunnel的定义是这样的"A tunnel is defined by a PNS-PAC pair"。简单说就是一对CS就是一个tunnel。那么tunnel到底是怎么工作的呢?
在发送端,要把一个数据包发出去,需要首先把packet发到VPN的虚拟网卡,虚拟网卡把它变成GRE frame,然后发往IP层再次进行路由。数据包这次会被发往物理网络,并最终抵达PPTP Server端。
在接收端,从物理网卡上收到frame之后交给IP层,IP对其解包之后转发给VPN虚拟网卡,虚拟网卡再解包把它变成普通IP packet再次发往IP层,这次IP层知道是VPN对端发来的数据,直接交给TCP/UDP并最终抵达应用层。
通 过上面的过程你就可以理解为什么叫tunnel了。在应用层看来,Server和Client是直接点对点连接的,他们之间的媒介就是GRE。而这个 GRE的底层并不是真正的点对点连接,而是建立在物理网络上的一个Tunnel,保护其中传输的数据,所以称之为隧道。与控制层相比,tunnel的结构 要复杂得多。我们来看一下数据在tunnel的传输过程。
上图描述了数据在发送端的处理过程,下面解释一下每一个step在干什么。(接收端的处理过程完全相反)
1. 应用层调用TCP/UDP发送message;
2. TCP/UDP调用IP发送packets;
3. packets被路由到VPN的miniport;
4. Miniport调用PPP协议发包;
5. packets被封装成PPP包;
6. PPP包被发往PPTP;
7. PPP包被封装成GRE包;
8. GRE调用IP协议发送packets;
9. 新的packets被路由到物理网卡;
10. 调用网卡驱动发frame。
怎么样,挺乱的吧。其实际过程还要更乱一些。需要特别注意的是,最终从网卡上发 出去的数据包被IP层封装过两次。第一次封装是在PPTP虚拟网络之上的,第二次封装是在物理网络之上的。注意看下面的图,在黄色部分已经有一次网络层的 封装了,然后在GRE外围还会有一次网络层封装。
看到这里你可能会有一大堆问题,我最希望你能想到这几个问题:
1. 为什么要经过两次网络层?
2. 同一个数据包为什么两次经过网络层被路由到了不同的地方?
3. 为什么连上VPN之后很多网页都不能正常访问了?
这些都是比较本质的问题,要搞清楚这几个问题,我们需要深入到操作系统和协议栈的底层去好好研究一下VPN的本质,请参照一下篇:PPTP(3)--PPTP的路由。
另外,pptp tunnel还实现了一大堆别的东西,其中最复杂的就是滑动窗口协议。其中实现了,超时、确认、重传、流量控制、拥塞控制。这些东西虽然复杂,但并不是最关键的东西,不需要过多地注意。
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