Linux Policy-based site-to-site IPsec VPN动态IP的配置及内网穿透的应用(StrongSwan)

上一篇文章提到了一点StrongSwan的配置。

本文继续使用StrongSwan。

StrongSwan的left和right是支持使用域名的,利用此可以实现动态IP的支持;上一篇文章用了type=transport模式转发UDP端口构建L2TPv3,如果没有L2组网的需求,其实可以直接利用type=tunnel模式实现L3转发。

网络拓扑:

上图中的路由器lan-router1和lan-router2都是通过pppoe接入互联网的,域名lan-router1.router和lan-router2.router通过ddns分别解析到了各自pppoe0的IP地址上;server1和server2分别通过lan-router1和lan-router2接入互联网。

下面的操作将在server1与lan-router2之间构建site-to-site IPsec VPN,接通192.168.1.0/24与10.0.0.0/24这两个内网。

提醒:用StrongSwan构建site-to-site IPsec VPN的话,需要至少有一端的UDP 500和4500端口在公网可以访问。

1. 配置StrongSwan

安装StrongSwan就不再阐述了。

在IPsec的配置文件中,left指本地,right指对方。

2.1 server1的配置

编辑/etc/ipsec.conf,末尾加入:

这里left直接用0.0.0.0表示任何IP都接受连接,right用lan-router2的ddns域名lan-router2.router。

其中left/rightsubnet分别定义了server1的内网IP段,server2的内网IP段,意思就是leftsubnet和rightsubnet之间的流量将走site-to-site IPsec VPN。left/rightsubnet支持定义多个子网的,用逗号分隔。

在server1的auto是route,意思是当内核遇到目的地为rightsubnet的流量,自动发起协商构建site-to-site IPsec VPN。

left/rightid是不建议省略的,另外记得在开头添加@阻止把字符串当成域名解析成IP。

其余的参数,大概就是使用aes-128加密,sha1签名,ikev2协议交换密钥,30秒发送一次心跳包(使用NAT的话尤其重要),心跳包超过120秒无回应重新构建连接(dpdaction=restart)。

编辑/etc/ipsec.secrets,在末尾加入(其中的pre-shared-key是密码,记得改成你自己定的值)

ipsec.secrets的格式,上一篇文章也有提到,是:

2.2 server2的配置

server2需开放UDP端口500与4500。

编辑/etc/ipsec.conf,末尾加入:

其实大体上就是把server1的配置中的left和right调换过来。

当然,这边的right用了域名lan-router1.router,这个域名是会解析到lan-router1 的pppoe0接口的IP的。

此外,这边的auto是add,dpdaction是clear,主要原因是server1处于内网,在server2是无法主动发起协商请求的,所以让StrongSwan启动时仅加载此配置,不作任何其它操作,并且心跳回应超时后,不重建连接。

编辑/etc/ipsec.secrets,在末尾加入(其中的pre-shared-key是密码,记得改成你自己定的值)

2.3 重启StrongSwan并发起协商构建连接

server1和lan-router2执行下面的命令重启StrongSwan:

发起协商是仅能从server1发起的,原因上一篇文章和开头已提过:

如果up有提示successfully,但是ping不通的话,见本文2.3防火墙的配置。

在lan-router2上测试:

因为设置了心跳,所以无需担心路由器上的NAT记录超时,此外server1上设置了自动重连,所以更换IP或者其它原因导致VPN断开后,只要ddns更新的DNS记录生效了或者网络恢复正常,理论上server1是会自动重连的,当然,理论上。

2. 其它配置

2.1 L2TPv3、GRE等应用

通过上面构造的VPN,因为server1和lan-router2都是分别拥有一个固定的内网IP的,所以可以直接指定双方的内网IP构建L2TPv3(详见上一篇文章)或者GRE之类的。

2.2 启用IPv4转发以及设置SNAT规则

上面配置的都是/24的子网,如果两边都未启用IPv4转发,双方都仅能访问对方的IP。

本文的拓扑中,server1是需要启用IPv4转发并设置SNAT的,lan-router2上一般不需要进行这两项配置。

如何启用IPv4转发以及设置SNAT规则,网络上很多资料,这个各位自行按实际情况解决。

2.3 防火墙的配置

这里给个匹配IPsec流量的规则,自行按需应用吧:

例如lan-router2上pppoe0接口可能配了防火墙对入网流量进行了较为严格的入网流量控制,会导致lan-router2可以主动访问server1但server1无法主动访问lan-router2,加入以下规则即可解决:

转发的类似,加入FORWARD链即可。

Linux L2TPv3以及ip-xfrm的配置

L2TPv3:http://man7.org/linux/man-pages/man8/ip-l2tp.8.html

ip-xfrm:http://man7.org/linux/man-pages/man8/ip-xfrm.8.html

这两个都是kernel内置的功能,通过这两个可以直接构建加密的VPN。

本文尝试使用ip-xfrm创建加密的隧道,并基于此隧道构建L2TPv3 VPN。

1. 生成密钥与ID

不使用StrongSwan,手动配置ip-xfrm时需要用到:

复制上面四行命令后输出的内容,粘贴到left和right上运行,用于设置变量

2. 配置ip-xfrm

这里得分两种情况,一种是left和right都不经过NAT直接持有公网IP,另一种是left或者right任何一端经过NAT。

为什么要这样区分?因为ip-xfrm传输加密报文使用的协议ESP是L3的,一般情况下无法NAT,需要使用L4封装才能正常使用;其次,L4被SNAT后的源端口(source port),可能会被改变。

下面以UDP端口1801作为L2TPv3的通讯端口,对ip-xfrm进行配置。

2.1 不经过NAT

拓扑如下:

首先在left配置ip-xfrm:

然后配置right:

上面的配置命令,state是指定left到right的之间数据封装使用ESP协议,指定使用sha1算法进行签名,aes-128进行加密。policy指定当L2TPv3的UDP数据包在left和right之间传输时,使用刚刚在state里面配置的规则进行封装。

2.2 经过NAT

拓扑:

上图中left和right都被NAT过,这里需要注意:至少要保证left或者right的一个UDP端口能被对方访问,如果双方都被NAT,且路由器都没有映射端口到它们那,那这个VPN就无法构建。

这里假定right的路由把到2.3.5.6的流量都转发给了192.168.2.2。

NAT还有一个比较大的问题,就是SNAT后源端口可能会改变,假定left和right设定了ESP通过双方的UDP端口4500封装,如果left的kernel从源端口4500发送UDP封装的ESP数据包到2.3.5.6:4500,right收到的数据包的来源端口有可能不是4500,这样会内核就找不到对应的xfrm规则,不会对解除该ESP的封装。即使你通过抓包或者其它方法获取到了被SNAT后的端口,如果这个NAT记录一段时间后无任何流量,路由器会清理掉该记录,后面再SNAT的端口可能又是另一个了。所以,这就是为什么IPsec会有NAT-T。

不过,即使解决SNAT和NAT记录超时问题,也还不足,虽然可以直接手动配置espinudp的规则,但是还是得依赖外部程序,内核才会解除ESP的UDP封装。

2.2.1 方式一:使用StrongSwan配置ip-xfrm

StrongSwan的实现其实也是ip-xfrm,使用StrongSwan,需要开放UDP端口500和4500,这里假设right的路由已把这两个端口转发到right。

在left和right安装StrongSwan:

在left的/etc/ipsec.conf加入记录:

在left的/etc/ipsec.secrets加入记录(把pre-shared-key改成你自己指定的密钥)

在right的/etc/ipsec.conf加入记录(这里的auto是add不是route,因为只有right的路由器是为right映射了端口的,left没有,right是无法主动向left发起协商请求的):

在right的/etc/ipsec.secrets加入记录(left和right的PSK要一致):

 

注意,在StrongSwan的配置文件中的left和right并不代表拓扑图中的left和right,left是本机,right是对方;另外,ipsec.secrets的格式是:

上面StrongSwan加入的记录,大概意思就是该规则应用于left和right的udp端口1801之间的通讯,并且让内核在遇到匹配left和right 1801端口的通讯时自动配置ip-xfrm,此外,30秒进行一次心跳,120秒无回应则重建连接。

在两边都重启StrongSwan:

正常来说,后面构建L2TPv3后,1801端口有流量,StrongSwan会自动配置ip-xfrm,不过可以手动up试试是否成功(这里只能在left上进行,前面已提过right是无法主动向left发起协商请求的):

2.2.2 方式二:手动配置ip-xfrm

下面的配置步骤,即使全部对了,应该也是无法通的,抓包可以看到封装为UDP的ESP数据包,但是内核不会解除封装,不过如果你left和right两边都运行StrongSwan(不需要进行任何配置),监听着4500端口,就可以通。

left:

right:

3. 配置L2TPv3

在left和right上都执行一样的命令配置L2TPv3:

无误的话,在left和right上执行ip link show会看到一个名为l2tpeth100的虚拟网卡:

L2TPv3是附带以太网头的,所以还可以桥接组网。