2025年RFC总结之GRE协议

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一、简介
GRE(Generic Routing Encapsulation)是一种通用路由封装协议，是隧道业务的一种。
GRE相关的RFC有很多，如rfc1701、rfc1702、rfc2784、rfc2890、rfc6245等。我们以此为顺序来介绍在RFC中规定的GRE报文结构和转发行为。

二、基本概念

在网络传输过程中，如果有报文需要进行封装然后转发，我们就称这个报文为负载报文（Payload packet）；在GRE业务中，负载报文被封装在GRE报文头。只有GRE报文头的报文是无法直接在网络中传输的，需要将其封装在其他的协议中进行传输。我们称这个外层协议为传输头（Delivery Hearder）。因此GRE报文在网络中的传输格式就如下图所示：Delivery Header + GRE Header + Payload packet。

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三、RFC1701
在RFC1701中规定了GRE Header的格式，如下图所示：

在报文首部的标记位有五个，分别如下：

C(bit0)：校验和存在位，置位1则表示Checksum存在且包含有效信s息。
R(bit1)：路由存在位，置位1则表示Offset和Routing存在且包含有效信息。
K(bit2)：key存在位，置位1则表示Key存在且包含有效信息。
S(bit3)：序列号存在位，置位1则表示Sequence Number存在且包含有效信息。
s(bit4)：Strict Source route，置位1则表示，路由信息全部为严格源路由。
bit5～bit15都默认置0

注：如果C和R任意一个置位1，则表示Checksum和Offset都存在GRE报文中。

四、RFC1702
RFC1701中定义了GRE的报文，在RFC1702中，主要是关于GRE over IPv4的说明。这里ipv4既可以作为传输协议也可以作为负载也可以二者都是。

IP作为传输协议时，IP的protocol字段需要被设置成47。
IP作为负载时，GRE的protocol type字段需要设置成0x0800。
IP既作为负载有作为传输协议：在封装时，外层IP报文中的TTL、TOS、IP安全选项等字段可以从负载中获取。在解封装时，负载报文的TTL必须减一。

五、RFC2784
RFC2784是2000.03修订的。这一版本的RFC简化了GRE头的定义，使其更加简单明了。其GRE报文格式如下：

        可以看到，相比于RFC1701，RFC2784在GRE报文前两个字节的定义简单了许多，只有一个关键字C，其含义与RFC701一致，表明校验和存在位，置位1则表示Checksum存在且包含有效信息。
        规范指出，对于那些没有实现RFC1701的设备，bit1-5必须为0，否则需要将报文丢弃。bit6-12供以后使用，必须设置为0，且接受者不需要不对其检验。
        对于Ver(Version Number)、protocol type和Checksum字段，则与RFC1701一样。
        Reserved1占两个字节，如果C置位1，Reserved1字段就必须存在，且为全0。

1、转发细则
当IPv4报文作为负载时，protocol type必须为0x0800。
隧道终结时，如果GRE报文中的负载是IPv4，ipv4报文的dip必须用来进行转发，且内层ipv4报文的TTL必须缩减。当IPv4作为外层报文时，其协议字段必须为47，在网络中的转发行为与IPv4的转发行为一致。

4、已知问题
PMTU问题：当用IPv4作为传送协议时，现有实现并不实现路径MTU发现和不设置禁止分片标志。当传送大包时，在隧道中会分片，在隧道端再重组。如果一个隧道端希望实现Path MTU发现，那么该隧道也需要实现把ICMP不可达错误信息报文（需要分片，设置DF位）回复给报文产生者。否则，假如报文产生者设置了不分片标志，那么报文在隧道中可能会被丢弃，但没有把该ICMP错误信息传回给产生者，那么后续的报文也将使用相同的PMTU，导致后续报文都被丢弃。
IPv6+GRE问题，此规范中并未给出IPv6+GRE的格式及转发行为。

六、RFC2890
可能是因为在RFC2784中，将GRE报文前两个字节简化的太严重，只剩下一个标记位，因此在同年九月份，RFC2890中对RFC2784进行了更新说明。更新之后的GRE报文格式如下：

C(bit0)：校验和存在位，置位1则表示Checksum存在且包含有效信息。如果C置位1，则表示Checksum和Offset都存在GRE报文中。
K(bit2)：key存在位，置位1则表示Key存在且包含有效信息。
S(bit3)：序列号存在位，置位1则表示Sequence Number存在且包含有效信息。

参考文献：RFC1701、RFC1702、RFC2784、RFC2890

2025年RFC总结之GRE协议

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