Unix/Linux编程：运输层和应用层的隧道技术

青旅半醒 2022-10-06 14:54 157阅读 0赞

> 隧道技术运行协议族使用其他协议族的传输级服务以代替一个物理网络。从应用程序员的观点来看，即使在客户和服务器之间只有非TCP/IP网络的通信，隧道技术也能使客户和服务器使用TCP/IP通信称为可能

# 为什么要在运输层使用隧道技术 #

## 多协议环境 ##

由于网络是经过很多年缓慢发展而来的，而且各厂商纷纷推出自己特有的网络系统，加上TCP/IP并非总是可用的，因此一些大的机构通常会有多组计算机，各使用不同的协议进行通信。此外，为最大程序的减少开销，各机构在采用新技术之前，通常还需要使用旧的网络系统。

## 混用网络技术 ##

通常，TCP/IP互联网是由多个主机的集合组成的，而这些主机位于通过路由器(IP网关)互联的一些物理网络上。互联网上所有主机和路由器都必须使用TCP/IP协议。同样，运行其他协议的网络由物理链路和只使用该协议的计算机组成。但是，由于运输层服务器能够像分组交换硬件那样很容易的实现点到点的交付分组，因此，对于分组交换系统中的单个物理链路，替换任何一种运输层交换服务应该是可能的。

很多互联网的构造使用运输层交换服务代替物理网络。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 隧道技术 #

## 封装和隧道技术 ##

封装这个术语描述了这样的过程：将一个IP数据报放进一个网络分组或者帧以便在下层的网络上发送它。封装涉及网络接口如何使用分组交换硬件。比如，在以太网上使用IO进行通信的开两个主机，要把每个数据报封装进单个分组中以便传输。TCP/IP所用的封装标准规定：IP数据报占用以太网分组的数据部分，而且以太网分组类型必须被设置为指定的值，它指明数据是IP

隧道技术是指使用高层传输网络服务运送来自另一个服务器的分组或者报文。上图中说明了路由器用隧道通过x.25服务发送数据报到其他路由器。隧道技术和封装的主要区别在于IP是在硬件分组中传输数据报还是使用高层传输服务交换这些数据报

> 当IP直接使用硬件发送数据报时，它将每个数据报封装到另一个分组中。当IP使用一个高层传输服务点对点发送数据报时，就创建一个隧道

## 通过IP互联网的隧道技术 ##

在最初定义了TCP/IP后，研究人员做了一些实现，研究如何能使IP软件用隧道技术通过现有网络(比如x.25)，从而交付数据报。动机是很明显的：很多机构已有网络在那里了。但是，现在的大多数隧道技术的出现，是由于很多厂商使用IP协议交付而非TCP/IP协议的其他分组

要理解有关隧道技术的编号，需要理解网络的变化过程。随着TCP/IP日益普及，TCP/IP互联网成为很多集团全球分组交付的机制。实际上，IP现在为大多数组织的计算机提供了最广泛的连通性。

为了解IP的可用性如何影响其他协议，假设一个机构中的两台服务器需要使用厂商特有的协议通信。管理人员可以将所在机构的IP互联网看成一个大网络，并且运行两台机器上的协议软件将报文放进IP数据报中进行交换，从而不需要在两台机器之间增加一个额外的物理网络连接。现在有一些商用软件能够用IP运送各种高层协议的通信量。

# 客户和服务器之间的应用级隧道技术 #

虽然隧道技术的一般概念是指一个传输级的协议族被另一个使用，但编程人员可以将该思想扩展到客户-服务器的交互中。编程人员可以使用应用级隧道技术，以此提高客户和服务器之间的通信通路

为理解应用层隧道技术是如何工作的，让我们考虑两台连接到一个x.25网的计算机。假设某位程序员希望在一个机器中运行UDP客户应用程序，另外另一台机器上运行UDP服务器应用进程。通常，程序员不能修改操作系统软件，因为它们只允许构建应用程序。因此，如果两台计算机的操作系统不支持TCP/IP协议和传输级隧道技术，程序员可能发现使用UDP不方便甚至不可能，或者，让IP数据报用隧道技术穿越X.25网页不方便或者不可能。

在这种情况下，应用层隧道可以使得客户和服务器通过X.25网络进行通信。为此，程序员必须构造一个仿真套接字接口的过程库。仿真库必须允许应用程序创建主动或者被动的UDP套接字，并且能够发送或者接收UDP数据报。套接字仿真库中的过程将对标准套接字例程的调用(比如socket、send)加以转换，形成分配和管理本地数据结构的操作，以及通过X.25网络传输报文的操作。当客户调用socket创建一个套接字，套接字例程就创建一条到服务器的X.25连接。当客户通过send传输一个报文，send库例程就通过X.25连接传送UDP数据报

一旦创建了套接字仿真库，编程人员就能编译任何UDP客户或者服务器程序，使用仿真库链接编译后的程序，最后运行最终的应用程序：  
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# 隧道技术、封装、电话拔线号 #

调制解调器可使两台计算机之间通过电话拨号线通信。现在已有一组协议，包括串行线路IP(Serial Line IP ，SLIP)和点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)，用于在拨号线上发送IP。

拨号线上的IP传输应该看成是隧道技术或者封装的一种形式吗？当然如此，电话系统可以看成是一个传输系统，在其上IP数据报用隧道技术传送。

但是，大部分专家不认为拨号系统是传输系统，而是一个面向连接的物理网络。因此，比如SLIP和PPP的协议定义了一种形式的封装------它们各种定义了一种链路层的组帧(framing)格式，规定了如何封装数据报以用于传输。

# 小结 #

隧道技术是使用传输级分组交付系统(而不是直接通过物理网络发送)在计算机之间发送分组。由于某些机构在TCP/IP可供使用前已拥有较大的广域网，这就在早期激发了对穿越已有网络系统的IP隧道技术的研究。这些机构不希望为运行IP而增减新物理连接的开销。研究人员提出一些方法，允许IP使用现有的网络传送分组，而不需要改变现有的网络。IP将传输服务处理为单个物理连接；传输服务将IP通信量与任何应用程序发出的通信量一样处理。

IP已成为提供最大互操作性的交付系统。因此，现在对隧道技术的研究集中在如何寻找一些方法，使得IP可以作为传输其他网络协议分组的分组交付系统。很多厂商已宣布有了这样的软件，可以使其专有的网络系统通过下层IP互联网进行通信

编程人员可以将隧道技术用到应用软件中，方法是通过构造一个仿真套接字接口库，而该库使用一种非TCP/IP传输服务交付报文。具体来说就是，可以很容易的构造一个套接字仿真库，该库允许客户和服务器使用UDP通信，即使在客户和服务器的计算机之间的连接只能由一个传输级交换系统组成，通信也可能进行。

隧道技术可以用在电话拨号连接上，也可以用在永久连接上。要使用电话系统，两个路由器必须由拨号调整解调器，并且必须就链路级协议达成一致。

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