PPTP协议握手流程分析

一  PPTP概述

        PPTP(Point to Point Tunneling Protocol)，即点对点隧道协议。该协议是在PPP协议的基础上开发的一种新的增强型安全协议，支持多协议虚拟专用网，可以通过密码验证协议，可扩展认证协议等方法增强安全性。远程用户可以通过ISP、直接连接Internet或者其他网络安全地访问企业网；

        它能够将PPP(点到点协议)帧封装成IP数据包，以便能够在基于IP的互联网上进行传输。PPTP使用TCP是实现隧道的创建、维护与终止，并使用GRE(通用路由封装)将PPP帧封装成隧道数据。被封装后的PPP帧的有效载荷可以被加密或压缩；

        PPTP通信过程中需要建立两种连接，一种是控制连接，另一种是数据连接。控制连接用来协商通信过程中的参数和进行数据连接的维护。而真正的数据通信部分则交由PPTP数据连接完成。以下两个章节分别介绍PPTP的控制连接和数据连接

二  PPTP控制连接的建立流程分析

    PPTP控制连接建立过程可以分为以下几步:

    1、  建立TCP连接

    2、  PPTP控制连接和GRE隧道建立

    3、  PPP协议的LCP协商

    4、  PPP协议的身份验证

    5、  PPP协议的NCP协商

    6、  PPP协议的CCP协商

    以下以抓包的方式分析上述几个步骤，

    pptp client     :      192.168.163.56 

    pptp server    :      192.168.162.196

2.1  建立TCP连接

    PPTP控制层协议是建立在TCP协议的基础上，所以刚开始即使普通的TCP三次握手

图2-1  TCP三次握数据包

图2-2  TCP三次握手时序图

    1、  Client端向Server的1723端口发TCPSYN包，请求建立TCP连接。

    2、  Server接收TCP连接请求，回SYN ACK。

    3、  Client端向Server发送确认包ACK

2.2  PPTP控制连接和隧道的建立

    在此过程，完成PPTP控制层连接和Gre隧道建立的工作

图2-3 PPTP控制层连接建立过程

 

图2-4 PPTP控制层连接时序图

    1、  Client向Server发送Start-Control-Connection-Request，请求建立控制连接

    2、  Server向Client发送Start-Control-Connecton-Reply，应答客户端的请求

    3、  Client向Server发送Outgoing-Call-Request，请求建立PPTP隧道，该消息包含GRE报头中的Callid，该id可唯一地标识一条隧道

    4、  Server向Client发送Outgoing-Call-Reply，应答客户端的建立PPTP隧道请求

    5、  有Client或者Server任意一方发出Set-Link-info，设置PPP协商的选项

2.3 PPP协议的LCP协商

    LCP是PPP协议的链路控制协议，负责建立、拆除和监控数据链路。协商链路参数，如认证方法，压缩方法，是否回叫等。

图2-5  PPP协议的LCP协商过程

图2-6  PPP协议的LCP协商时序图

    1、  Client发送一个Configuration Request，把自己的配置参数发送给Server

    2、  Server发送一个Configuration Request，把自己的配置参数发送给Client

    3、  Server发送一个Configuration Reject，将自己不能识别的参数告知Client，让Client进行修正

    4、  Client发送一个Configuration Ack，表示所有配置参数全部认识且可以接受，应答Server

    5、  Client修改配置项后再次发送Configuration Request

    6、  Server发送一个Configuration Ack，标示所有配置参数全部认识且可以接受，应答Client

2.4  PPP协议的身份认证

    LCP协商完成后，PPP协议的Server端会对Client端进行身份验证，在LCP协商中已经协商好身份验证协议，本文以MS-CHAP-2为例说明

图2-7  PPP协议的Chap身份认证过程

图2-8  PPP协议的Chap身份认证时序图

    1、  Server向Client发送Challenge，其中包括一个Challenge string(value字段)和Server Name(pptpd)

    2、  Client向Server发送Response，其中用户名使用明文发送，密码(syberos)和Challenge字段混合hash后以密文(value字段)形式发送

    3、  Server读取密码文件，对用户身份进行验证，验证成功，向Client发送Success，表示身份验证成功

2.5  PPP协议的NCP协商

        NCP协议是PPP协议的网络控制协议，主要用来协商双方网络层接口参数，配置虚拟端口，分配IP，DNS等信息。图中的IPCP是NCP基于TCP/IP的接口协商协议。Server和Client都要把自己的Miniport信息发送给对方

图2-9  PPP协议的NCP协商过程

图2-10  PPP协议的NCP协商时序图

    1、  Server把自己的Miniport信息通过Configuration Request发送给Client

    2、  Client接收Server的接口配置，向Server发送Configuration ACK，应答上一步骤的Request

    3、  Client把自己的Miniport信息(无效数据，等待Server分配)通过Configuration Request发送给Server

    4、  Server发现Client的配置是无效的，则给Client发送一条有效的配置信息，使用Configuration Nak发送，其中主要是给Client分配ip

    5、  Client根据Server端发送过来的配置，修改自己的Miniport的接口，再次发送Configuration Request

    6、  Server接受Client的配置，发送Configuration Ack应答Request

2.6  PPP协议的CCP协商

    CCP协议协商PPP通讯中数据加密的协议

图2-11  PPP协议的NCP协商过程

 

图2-12  PPP协议的NCP协商时序图

    1、  Server向Client发送Configuration Request，标识服务端支持的加密协议

    2、  Client向Server发送Configuration Request，标识客户端支持的加密协议

    3、  Client向Server发送Configuration ack，标识接受服务端的加密协议

    4、  Server向Client发送Configuration ack，标识接受客户端的加密协议

三  PPTP数据连接的分析

    PPTP数据隧道化过程采用多层封装的方法，下图显示了封装后在网络上传输的数据包格式

图3-1 PPTP数据包格式

    我们以应用层使用HTTP连接为例说明PPTP数据包的封装和解析过程；

3.1  PPTP数据包封装过程

图3-2 PPTP数据包封装过程

    封装过程：

    1、  应用层数据封装成IP数据包

    2、  将IP数据包发送到VPN的虚拟接口

    3、  VPN的虚拟接口将IP数据包压缩和加密，并增加PPP头

    4、  VPN的虚拟接口将PPP帧发送给PPTP协议驱动程序

    5、  PPTP协议驱动程序在PPP帧外添加GRE报头

    6、  PPTP协议驱动程序将GRE报头提交给TCP/IP协议驱动程序

    7、  TCP/IP协议驱动程序为GRE驱动添加IP头部

8、  为IP数据包进行数据链路层封装后通过物理网卡发送出去

3.2  PPTP数据包解析过程

图3-2 PPTP数据包解析过程

    解析过程：

    1、物理thernet帧

    2、剥掉Ethernet帧后交给TCP/IP协议驱动程序

    3、TCP/IP协议解析剥掉IP头部

    4、IP协议解析剥掉GRE头部

    5、将PPP帧发送给VPN虚拟网卡

    6、VPN虚拟网卡剥掉PPP头并对PPP有效负载进行解密或者解压缩

    7、解密或者解压缩完成后将数据提交给上层应用

    8、上层应用对数据进行处理

          从应用层看，Service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隧道，保护传输的数据；