VPN原理、报文格式

点对点隧道协议PPTP（Point-to-Point

Tunneling Protocol）

- [网络]2009-03-13PPTP将PPP（Point-to-Point Protocol）帧封装进IP数据报中，通过IP网络如Internet或其他企业专用Intranet等发送。PPTP具体文档请参阅RFC 2637。

PPTP通过PPTP控制连接来创建、维护、终止一条隧道，并使用通用路由封装GRE（Generic

Routing Encapsulation）对PPP帧进行封装。封装前，PPP帧的有效载荷即有效传输数据首先必须经过加密、压缩或是两者的混合处理。

PPTP 协议假定在PPTP客户机和PPTP服务器之间有连通且可用的IP网络。因此如果PPTP客户机本身已经是某IP网络的组成部分，那么即可通过该IP网络与PPTP服务器取得连接；而如果PPTP客户机尚未连入网络，譬如在Internet拨号用户的情形下，PPTP客户机必须首先拨打NAS以建立IP连接。这里所说的PPTP客户机也就是使用PPTP协议的VPN客户机，而PPTP服务器亦即使用PPTP协议的VPN服务器。

在创建基于PPTP的VPN连接过程中，使用的认证机制与创建PPP连接时相同。此类认证机制主要有：扩展身份认证协议EAP（Extensible Authentication Protocol）、微软询问握手认证协议MS-CHAP（Microsoft Challenge-Handshake Authentication Protocol）、CHAP 、Shiva口令字认证协议SPAP（Shiva Password Authentication Protocol）和口令字认证协议PAP（Password Authentication Protocol）。PPTP继承PPP有效载荷的加密和压缩。在Windows

2000中，由于PPP帧使用微软点对点加密技术MPPE（Microsoft Point-to-Point Encryption）进行加密，因此认证机制必须采用EAP或MS-CHAP。

MPPE 只提供连接加密（大概是隧道加密），而不提供端-端加密（大概是数据加密）。端-端加密属于应用层的加密技术，如果应用中要求实现端-端加密，则可在PPTP隧道建立之后，使用IPSec对两端的IP数据流进行加密处理。基于Internet的PPTP服务器即使用PPTP协议的VPN服务器，它的一个接口在Internet上，另一个接口在 Intranet上。

二、PPTP控制连接与隧道维护

PPTP 控制连接建立在PPTP客户机IP地址和PPTP服务器IP地址之间，PPTP客户机使用动态分配的TCP端口号，而PPTP服务器则使用保留TCP端口号1723。PPTP控制连接携带PPTP呼叫控制和管理信息，用于维护PPTP隧道，其中包括周期性地发送回送请求和回送应答消息，以期检测出客户机与服务器之间可能出现的连接中断。PPTP控制连接数据包包括一个IP报头，一个TCP报头和PPTP控制信息，数据包格式见图八。图八所示的PPTP控制连接数据包还包括数据链路层报头和报尾。

图八、PPTP控制连接数据包

下表列出了PPTP控制连接中用到的主要控制信息。

表一、PPTP呼叫控制和连接管理信息

消息类型 用途

Start-Control-Connection-Request 由PPTP客户机发出，请求建立控制连接。PPTP隧道要求在发送任何其他PPTP消息之前，先建立一条控制连接。

Start-Control-Connection-Reply 由PPTP服务器发出，回应Start-Control-Connection-Request消息。

Outgoing-Call-Request 由PPTP客户机发出，请求创建PPTP隧道。utgoing-Call-Request消息包含GRE报头中的Call ID，该ID可唯一地标识一条隧道。

Outgoing-Call-Reply PPTP服务器对Outgoing-Call-Request消息的回应

Echo-Request 作为保持连线机制，可由PPTP客户机或服务器任一方发出。若Echo-Request没有应答，则PPTP隧道逐渐终止。

Echo-Reply 对Echo-Request的应答。注：PPTP的Echo-Request和Echo-Reply消息与ICMP回送请求和回送应答消息无关。

WAN-Error-Notify 由PPTP服务器向所有VPN客户机发出，指示服务器的PPP接口处于错误状态。

Set-Link-Info 可由PPTP客户机或服务器任一方发出，设置PPP协商选项。

Call-Clear-Request 由PPTP客户机发出，请求终止隧道。

Call-Disconnect-Notify PPTP服务器回应Call-Clear-Request，或因其他原因指示必须终止隧道。如果PPTP服务器终止隧道，则发送出Call-Disconnect-Notify消息。

Stop-Control-Connection-Request 可由PPTP客户机或服务器任一方发出，通知对方控制连接将被终止。

Stop-Control-Connection-Reply 回应Stop-Control-Connection-Request消息

有关PPTP控制连接消息的详细内容，请参阅RFC 2637。

三、PPTP数据封装

PPTP数据的隧道化过程采用多层封装的方法。图九显示了封装后在隧道中传输的数据包格式。

图九、在隧道中传输的PPTP数据包格式

1）PPP帧的封装

初始PPP有效载荷如IP数据报、IPX数据报或NetBEUI帧等经过加密后，添加PPP报头，封装形成PPP帧。PPP帧再进一步添加GRE报头，经过第二层封装形成GRE报文。GRE是采用第47号IP协议的客户端协议，为在IP网络上进行数据封装提供了一种简单，轻巧的通用机制。有关GRE详细文档可参见RFC 1701和RFC 1702。在GRE报头中，协议类型即PPP帧的EtherType值应设置为0x880B。

2）GRE报文的封装

PPP有效载荷的第三层封装是在GRE报文外，再添加IP报头。IP报头包含数据包源端及目的端IP地址。

3）数据链路层封装

数据链路层封装是IP数据报多层封装的的最后一层，依据不同的外发物理网络再添加相应的数据链路层报头和报尾。例如，如果IP数据报将在以太网上传输，则用以太网报头和报尾对IP数据报进行数据链路层封装；如果IP数据报将在点-点WAN上传输，如模拟电话网或ISDN等，则用PPP报头和报尾对IP数据报进行数据链路层封装。

4）PPTP数据包的接收处理

PPTP客户机或PPTP服务器在接收到PPTP数据包后，将做如下处理：

1．处理并去除数据链路层报头和报尾

2．处理并去除IP报头

3．处理并去除GRE和PPP报头

4．如果需要的话，对PPP有效载荷即传输数据进行解密或解压缩。

5．对传输数据进行接收或转发处理

四、PPTP数据包和Windows 2000网络体系结构

下图描述了某使用模拟modem进行远程访问的VPN连接中，VPN客户机端数据报在Windows 2000网络体系结构中的封装流程。

图十、PPTP数据包的封装流程

具体步骤如下：

1．IP数据报、IPX数据报或NetBEUI帧由各自协议提交给对应于VPN连接的虚拟接口。该接口符合网络驱动程序接口规范NDIS。

2．NDIS将数据报提交给NDISWAN，由NDISWAN负责对数据进行加密、压缩处理后，添加PPP报头进行第一步封装。该PPP报头仅含一个PPP协议标识域，不附加任何帧校正序列FCS或其他标记。

3．NDISWAN将PPP帧提交给PPTP协议驱动程序，该驱动程序负责在PPP帧外添加GRE报头进行第二步封装。该GRE报头中，Call ID域的值唯一地标识了一条隧道。

4．PPTP协议驱动程序将GRE报文提交给TCP/IP协议驱动程序。

5．TCP/IP协议驱动程序再对GRE报文添加IP报头进行第三步封装，封装后提交给拨往本地ISP的拨号连接接口，该接口符合网络驱动程序接口规范NDIS。

6．NDIS再次将数据报提交给NDISWAN，NDISWAN给数据报添加PPP报头、报尾进行最后的数据链路层封装。

7．NDISWAN将最终形成的PPP帧提交给与拨号硬件相对应的WAN微端口驱动程序。（例如modem连接中的异步端口

总结

1） PPTP原理（实现机制）

概要

（1）PPTP客户机与服务器建立控制连接；

（2）通过控制连接来创建、维护、终止隧道；

（3）PPP帧的有效载荷经过加密、压缩或是两者的混合处理；

（4）使用GRE对PPP帧进行封装；

（5）将PPP帧封装进IP数据报中，通过IP网络或其他专用Intranet等发给服务器；

（6）服务器接收到PPTP数据包后进行常规处理。

详细

首先，PPTP客户机使用动态分配的TCP端口号，与PPTP服务器使用的保留TCP端口

号1723建立控制连接（PPTP控制连接携带PPTP呼叫控制和管理信息，用于维护

PPTP隧道）；

其次，客户端与服务器通过控制连接来创建、维护、终止一条隧道；

然后， PPP帧的有效载荷经过加密、压缩或是两者的混合处理；

接着，使用通用路由封装GRE（GenericRouting Encapsulation）对PPP帧进行封装；

再者，将PPP（Point-to-Point Protocol）帧封装进IP数据报中，通过IP网络如Internet

或其他企业专用Intranet等发送给PPTP服务器；

最后，服务器接收到PPTP数据包后进行常规处理。

2）PPTP控制连接数的数据包格式

包括一个IP报头，一个TCP报头和PPTP控制信息，还包括数据链路层报头和报尾。

3）封装后在隧道中传输的数据包格式。

（1）PPP帧的封装

初始PPP有效载荷如IP数据报、IPX数据报或NetBEUI帧等经过加密后，添加PPP报头，封装形成PPP帧。PPP帧再进一步添加GRE报头，经过第二层封装形成GRE报文。GRE是采用第47号IP协议的客户端协议，为在IP网络上进行数据封装提供了一种简单，轻巧的通用机制。

（2）GRE报文的封装

PPP有效载荷的第三层封装是在GRE报文外，再添加IP报头。IP报头包含数据包源端及目的端IP地址。

（3）数据链路层封装

数据链路层封装是IP数据报多层封装的的最后一层，依据不同的外发物理网络再添加相应的数据链路层报头和报尾。例如，如果IP数据报将在以太网上传输，则用以太网报头和报尾对IP数据报进行数据链路层封装；如果IP数据报将在点-点WAN上传输，如模拟电话网或ISDN等，则用PPP报头和报尾对IP数据报进行数据链路层封装。

4）PPTP数据包的接收处理

PPTP客户机或PPTP服务器在接收到PPTP数据包后，将做如下处理：

1．处理并去除数据链路层报头和报尾

2．处理并去除IP报头

3．处理并去除GRE和PPP报头

4．如果需要的话，对PPP有效载荷即传输数据进行解密或解压缩。

5．对传输数据进行接收或转发处理