IPIP IPsec VPN туннель между Linux машиной и Mikrotik за NAT провайдера

upd: Отличный разбор про устройство современного стэка IPsec протоколов ESPv3 и IKEv2 опубликовал stargrave2. Рекомендую почитать.

Linux: Ubuntu 18.04.4 LTS (GNU/Linux 4.15.0-91-generic x86_64)

• Eth0 1.1.1.1/32 внешний IP
• ipip-ipsec0 192.168.0.1/30 будет наш туннель

Mikrotik: CCR 1009, RouterOS 6.46.5

• Eth0 10.0.0.2/30 внутренний IP от провайдера. Внешний IP NAT провайдера динамический.
• ipip-ipsec0 192.168.0.2/30 будет наш туннель

IPsec туннель на Linux машине будем поднимать с помощью racoon. Не буду описывать подробности, есть хорошая статья у vvpoloskin.

Устанавливаем необходимые пакеты:

sudo install racoon ipsec-tools

Настраиваем racoon, он условно будет выступать в роли ipsec сервера. Так как mikrotik в main режиме не может передавать дополнительный идентификатор клиента, а внешний ip адрес через который он коннектится к Linux динамический, использовать preshared key (авторизацию по паролю) не получится, так как пароль должен сопоставляться либо с ip адресом подключающегося хоста, либо с идентификатором.

Будем использовать авторизацию по RSA ключам.

Демон racoon использует ключи в формате RSA, а mikrotik — в формате PEM. Если генерировать ключи утилитой plainrsa-gen идущей вместе с racoon, то конвертировать публичный ключ для Mikrotika в формат PEM с ее помощью не получится — она конвертирует только в одну сторону: PEM в RSA. Сгенерированный plainrsa-gen ключ не смогли прочитать ни openssl, ни ssh-keygen, поэтому с их помощью также не получится выполнить конвертацию.

Мы сгенерируем PEM ключ с помощью openssl, а затем конвертируем его для racoon с помощью plainrsa-gen:

#  Генерируем ключ
openssl genrsa -out server-name.pem 1024
# Извлекаем публичный ключ
openssl rsa -in server-name.pem -pubout > server-name.pub.pem
# Конвертируем
plainrsa-gen -i server-name.pem -f server-name.privet.key
plainrsa-gen -i server-name.pub.pem -f server-name.pub.key

Полученные ключи положим в папку: /etc/racoon/certs/server. Не забываем установить владельцем пользователя, от чьего имени запускается демон racoon (обычно root), права 600.

Настройку mikrotik опишу при подключении через WinBox.

Ключ server-name.pub.pem загрузим в mikrotik: Меню «Files» — «Upload».

Открываем раздел «IP» — «IP sec» — вкладка «Keys». Теперь генерируем ключи — кнопка «Generate Key», затем экспортируем публичный ключ mikrotika «Expor Pub. Key», скачать его можно из раздела «Files», правой кнопкой по файлу — «Download».

Импортируем публичный ключ racoon, «Import», в выпадающем списке поля «File name» ищем загруженный ранее нами server-name.pub.pem.

Публичный ключ mikrotik нужно сконвертировать

plainrsa-gen -i mikrotik.pub.pem -f mikrotik.pub.key

и положить в папку /etc/racoon/certs не забыв про владельца и права.

log info; # Уровень логирования, при отладке используем Debug или Debug2.

listen {

    isakmp 1.1.1.1 [500]; # Адрес и порт, на котором будет слушать демон.
    isakmp_natt 1.1.1.1 [4500]; # Адрес и порт, на котором будет слушать демон для клиентов за NAT.
    strict_address; # Выполнять обязательную проверку привязки к указанным выше IP.
}

path certificate "/etc/racoon/certs"; # Путь до папки с сертификатами.

remote anonymous { # Секция, задающая параметры для работы демона с ISAKMP и согласования режимов с подключающимися хостами. Так как IP, с которого подключается Mikrotik, динамический, то используем anonymous, что разрешает подключение с любого адреса. Если IP у хостов статический, то можно указать конкретный адрес и порт.

    passive on; # Задает "серверный" режим работы демона, он не будет пытаться инициировать подключения.
    nat_traversal on; # Включает использование режима NAT-T для клиентов, если они за NAT. 
    exchange_mode main; # Режим обмена параметрами подключения, в данном случае ---согласование.
    my_identifier address 1.1.1.1; # Идентифицируем наш linux хост по его ip адресу.
    certificate_type plain_rsa "server/server-name.priv.key"; # Приватный ключ сервера.
    peers_certfile plain_rsa "mikrotik.pub.key"; # Публичный ключ Mikrotik.

    proposal_check claim; # Режим согласования параметров ISAKMP туннеля. Racoon будет использовать значения подключающегося хоста (инициатора) для срока действия сессии                   и длины ключа, если его срок действия сессии больше, или длина его ключа короче, чем у инициатора. Если срок действия сессии короче, чем у инициатора, racoon использует собственное значение срока действия сессии и будет отправлять сообщение RESPONDER-LIFETIME.
    proposal { # Параметры ISAKMP туннеля.

        encryption_algorithm aes; # Метод шифрования ISAKMP туннеля.
        hash_algorithm sha512; # Алгоритм хеширования, используемый для ISAKMP туннеля.
        authentication_method rsasig; # Режим аутентификации для ISAKMP туннеля - по RSA ключам.
        dh_group modp2048; # Длина ключа для алгоритма Диффи-Хеллмана при согласовании ISAKMP туннеля.
        lifetime time 86400 sec; Время действия сессии.
    }

    generate_policy on; # Автоматическое создание ESP туннелей из запроса, пришедшего от подключающегося хоста.
}

sainfo anonymous { # Параметры ESP туннелей, anonymous - указанные параметры будут использованы как параметры по умолчанию. Для разных клиентов, портов, протоколов можно              задавать разные параметры, сопоставление происходит по ip адресам, портам, протоколам.

    pfs_group modp2048; # Длина ключа для алгоритма Диффи-Хеллмана для ESP туннелей.
    lifetime time 28800 sec; # Срок действия ESP туннелей.
    encryption_algorithm aes; # Метод шифрования ESP туннелей.
    authentication_algorithm hmac_sha512; # Алгоритм хеширования, используемый для аутентификации ESP туннелей.
    compression_algorithm deflate; # Сжимать передаваемые данные, алгоритм сжатия предлагается только один.
}

Рестартуем демона racoon

sudo systemctl restart racoon

Если при рестарте racoon не запускается, значит в конфиге имеется ошибка, в syslog racoon выводит информацию о номере строки, в которой обнаружена ошибка.

Демон racoon при загрузке ОС стартует раньше поднятия сетевых интерфейсов, а мы указали в секции listen опцию strict_address, необходимо добавить в файл systemd юнита racoon
/lib/systemd/system/racoon.service, в секцию [Unit], строку After=network.target.

Сейчас наши ipsec туннели должны подняться, смотрим вывод:

sudo ip xfrm policy

src 192.168.0.0/30 dst 192.168.0.0/30 
    dir out priority 2147483648 
    tmpl src 1.1.1.1 dst "IP NAT через который подключается mikrotik"
        proto esp reqid 0 mode tunnel
src 192.168.0.0/30 dst 192.168.0.0/30 
    dir fwd priority 2147483648 
    tmpl src "IP NAT через который подключается mikrotik" dst 1.1.1.1
        proto esp reqid 0 mode tunnel
src 192.168.0.0/30 dst 192.168.0.0/30 
    dir in priority 2147483648 
    tmpl src "IP NAT через который подключается mikrotik" dst 1.1.1.1
        proto esp reqid 0 mode tunnel

Если туннели не поднялись, смотрите syslog, либо journalctl -u racoon.

Теперь необходимо настроить L3 интерфейсы, чтобы можно было маршрутизировать трафик. Есть разные варианты, мы будем использовать IPIP, так как его mikrotik поддерживает, я бы использовал vti, но, к сожалению, в mikrotik его до сих пор не реализовали. От IPIP он отличается тем, что дополнительно может инкапсулировать multicast и ставить метки (fwmark) на пакеты, по которым можно их фильтровать в iptables и iproute2 (policy-based routing). Если нужна максимальная функциональность — тогда, например, GRE. Но не стоит забывать, что за дополнительную функциональность платим большим оверхедом.

Перевод неплохого обзора туннельных интерфейсов можно посмотреть тут.

На Linux:

# Создаем интерфейс
sudo ip tunnel add ipip-ipsec0 local 192.168.0.1 remote 192.168.0.2 mode ipip
# Активируем
sudo ip link set ipip-ipsec0 up
# Назначаем адрес
sudo ip addr add 192.168.0.1/30 dev ipip-ipsec0

Теперь можно добавить маршруты для сетей за mikrotik

sudo ip route add A.B.C.D/Prefix via 192.168.0.2

Чтобы наш интерфейс и маршруты поднимались после перезагрузки, нужно описать интерфейс в /etc/network/interfaces и там же в post-up добавлять маршруты, либо прописать все в одном файле, например, /etc/ipip-ipsec0.conf и дергать его через post-up, не забудьте про владельца файла, права и сделать его исполняемым.

#!/bin/bash
ip tunnel add ipip-ipsec0 local 192.168.0.1 remote 192.168.0.2 mode ipip
ip link set ipip-ipsec0 up
ip addr add 192.168.0.1/30 dev ipip-ipsec0

ip route add A.B.C.D/Prefix via 192.168.0.2

На Mikrotik:

Раздел «Interfaces», добавляем новый интерфейс «IP tunnel»:

Раздел «IP» — «Addresses», добавляем адрес:

Теперь можно добавлять маршруты в сети за linux машиной, при добавлении маршрута, gateway будет наш интерфейс IPIP-IPsec0.

PS

Так как наш сервер linux является транзитным, то на нем имеет смысл задать параметр Clamp TCP MSS для ipip интерфейсов:

создаем файл /etc/iptables.conf со следующим содержимым:

*mangle
-A POSTROUTING -o ipip+ -p tcp -m tcp --tcp-flags SYN,RST SYN -j TCPMSS --clamp-mss-to-pmtu
COMMIT

и в /etc/network/interfaces
post-up iptables-restore < /etc/iptables.conf

В сети за mikrotik у меня работает nginx (ip 10.10.10.1), делаем доступным его из интернета, добавим в /etc/iptables.conf:

*nat
-A PREROUTING -d 1.1.1.1/32 -p tcp -m multiport --dports 80,443 -j DNAT --to-destination 10.10.10.1
#На mikrotik, в таблице mangle, надо добавить правило route с назначением 192.168.0.1 для пакетов с адресом источника 10.10.10.1 и портов 80, 443.

# Так же на linux работает OpenVPN сервер 172.16.0.1/24, для клиентов которые используют подключение к нему в качестве шлюза даем доступ в интернет
-A POSTROUTING -s 172.16.0.0/24 -o eth0 -j SNAT --to-source 1.1.1.1
COMMIT 

Не забывайте добавить соответствующие разрешения в iptables, если у вас включены фильтры пакетов.

Будьте здоровы!