]> git.ipfire.org Git - thirdparty/strongswan.git/blobdiff - doc/src/background.html
- import of strongswan-2.7.0
[thirdparty/strongswan.git] / doc / src / background.html
diff --git a/doc/src/background.html b/doc/src/background.html
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e25b9da
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,376 @@
+<html>
+<head>
+  <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html">
+  <title>FreeS/WAN background</title>
+  <meta name="keywords" content="Linux, IPSEC, VPN, security, FreeSWAN">
+  <!--
+
+  Written by Sandy Harris for the Linux FreeS/WAN project
+  Freely distributable under the GNU General Public License
+
+  More information at www.freeswan.org
+  Feedback to users@lists.freeswan.org
+
+  CVS information:
+  RCS ID:          $Id: background.html,v 1.1 2004/03/15 20:35:24 as Exp $
+  Last changed:    $Date: 2004/03/15 20:35:24 $
+  Revision number: $Revision: 1.1 $
+
+  CVS revision numbers do not correspond to FreeS/WAN release numbers.
+  -->
+</head>
+
+<body>
+<h1><a name="background">Linux FreeS/WAN background</a></h1>
+
+<p>This section discusses a number of issues which have three things in
+common:</p>
+<ul>
+  <li>They are not specifically FreeS/WAN problems</li>
+  <li>You may have to understand them to get FreeS/WAN working right</li>
+  <li>They are not simple questions</li>
+</ul>
+
+<p>Grouping them here lets us provide the explanations some users will need
+without unduly complicating the main text.</p>
+
+<p>The explanations here are intended to be adequate for FreeS/WAN purposes
+(please comment to the <a href="mail.html">users mailing list</a> if you
+don't find them so), but they are not trying to be complete or definitive. If
+you need more information, see the references provided in each section.</p>
+
+<h2><a name="dns.background">Some DNS background</a></h2>
+
+<p><a href="glossary.html#carpediem">Opportunistic encryption</a> requires
+that the gateway systems be able to fetch public keys, and other
+IPsec-related information, from each other's DNS (Domain Name Service)
+records.</p>
+
+<p><a href="glossary.html#DNS">DNS</a> is a distributed database that maps
+names to IP addresses and vice versa.</p>
+
+<p>Much good reference material is available for DNS, including:</p>
+<ul>
+  <li>the <a href="http://www.linuxdoc.org/HOWTO/DNS-HOWTO.html">DNS
+  HowTo</a></li>
+  <li>the standard <a href="biblio.html#DNS.book">DNS reference</a> book</li>
+  <li><a href="http://www.linuxdoc.org/LDP/nag2/index.html">Linux Network
+    Administrator's Guide</a></li>
+  <li><a
+    href="http://www.nominum.com/resources/whitepapers/bind-white-paper.html">BIND
+    overview</a></li>
+  <li><a
+    href="http://www.nominum.com/resources/documentation/Bv9ARM.pdf">BIND 9
+    Administrator's Reference</a></li>
+</ul>
+
+<p>We give only a brief overview here, intended to help you use DNS for
+FreeS/WAN purposes.</p>
+
+<h3><a name="forward.reverse">Forward and reverse maps</a></h3>
+
+<p>Although the implementation is distributed, it is often useful to speak of
+DNS as if it were just two enormous tables:</p>
+<ul>
+  <li>the forward map: look up a name, get an IP address</li>
+  <li>the reverse map: look up an IP address, get a name</li>
+</ul>
+
+<p>Both maps can optionally contain additional data. For opportunistic
+encryption, we insert the data need for IPsec authentication.</p>
+
+<p>A system named gateway.example.com with IP address 10.20.30.40 should have
+at least two DNS records, one in each map:</p>
+<dl>
+  <dt>gateway.example.com. IN A 10.20.30.40</dt>
+    <dd>used to look up the name and get an IP address</dd>
+  <dt>40.30.20.10.in-addr.arpa. IN PTR gateway.example.com.</dt>
+    <dd>used for reverse lookups, looking up an address to get the associated
+      name. Notice that the digits here are in reverse order; the actual
+      address is 10.20.30.40 but we use 40.30.20.10 here.</dd>
+</dl>
+
+<h3>Hierarchy and delegation</h3>
+
+<p>For both maps there is a hierarchy of DNS servers and a system of
+delegating authority so that, for example:</p>
+<ul>
+  <li>the DNS administrator for example.com can create entries of the form
+    <var>name</var>.example.com</li>
+  <li>the example.com admin cannot create an entry for counterexample.com;
+    only someone with authority for .com can do that</li>
+  <li>an admin might have authority for 20.10.in-addr.arpa.</li>
+  <li>in either map, authority can be delegated
+    <ul>
+      <li>the example.com admin could give you authority for
+        westcoast.example.com</li>
+      <li>the 20.10.in-addr.arpa admin could give you authority for
+        30.20.10.in-addr.arpa</li>
+    </ul>
+  </li>
+</ul>
+
+<p>DNS zones are the units of delegation. There is a hierarchy of zones.</p>
+
+<h3>Syntax of DNS records</h3>
+
+<p>Returning to the example records:</p>
+<pre>        gateway.example.com. IN A 10.20.30.40
+        40.30.20.10.in-addr.arpa. IN PTR gateway.example.com.</pre>
+
+<p>some syntactic details are:</p>
+<ul>
+  <li>the IN indicates that these records are for <strong>In</strong>ternet
+    addresses</li>
+  <li>The final periods in '.com.' and '.arpa.' are required. They indicate
+    the root of the domain name system.</li>
+</ul>
+
+<p>The capitalised strings after IN indicate the type of record. Possible
+types include:</p>
+<ul>
+  <li><strong>A</strong>ddress, for forward lookups</li>
+  <li><strong>P</strong>oin<strong>T</strong>e<strong>R</strong>, for reverse
+    lookups</li>
+  <li><strong>C</strong>anonical <strong>NAME</strong>, records to support
+    aliasing, multiple names for one address</li>
+  <li><strong>M</strong>ail e<strong>X</strong>change, used in mail
+  routing</li>
+  <li><strong>SIG</strong>nature, used in <a href="glossary.html#SDNS">secure
+    DNS</a></li>
+  <li><strong>KEY</strong>, used in <a href="glossary.html#SDNS">secure
+    DNS</a></li>
+  <li><strong>T</strong>e<strong>XT</strong>, a multi-purpose record type</li>
+</ul>
+
+<p>To set up for opportunistic encryption, you add some TXT records
+to your DNS data. Details are in our <a href="quickstart.html">quickstart</a>
+document.</p>
+
+<h3>Cacheing, TTL and propagation delay</h3>
+
+<p>DNS information is extensively cached. With no caching, a lookup by your
+system of "www.freeswan.org" might involve:</p>
+<ul>
+  <li>your system asks your nameserver for "www.freeswan.org"</li>
+  <li>local nameserver asks root server about ".org", gets reply</li>
+  <li>local nameserver asks .org nameserver about "freeswan.org", gets
+  reply</li>
+  <li>local nameserver asks freeswan.org nameserver about "www.freeswan.org",
+    gets reply</li>
+</ul>
+
+<p>However, this can be a bit inefficient. For example, if you are in the
+Phillipines, the closest a root server is in Japan. That might send you to a
+.org server in the US, and then to freeswan.org in Holland. If everyone did
+all those lookups every time they clicked on a web link, the net would grind
+to a halt.</p>
+
+<p>Nameservers therefore cache information they look up. When you click on
+another link at www.freeswan.org, your local nameserver has the IP address
+for that server in its cache, and no further lookups are required. </p>
+
+<p>Intermediate results are also cached. If you next go to
+lists.freeswan.org, your nameserver can just ask the freeswan.org nameserver
+for that address; it does not need to query the root or .org nameservers
+because it has a cached address for the freeswan.org zone server.</p>
+
+<p>Of course, like any cacheing mechanism, this can create problems of
+consistency. What if the administrator for freeswan.org changes the IP
+address, or the authentication key, for www.freeswan.org? If you use old
+information from the cache, you may get it wrong. On the other hand, you
+cannot afford to look up fresh information every time. Nor can you expect the
+freeswan.org server to notify you; that isn't in the protocols.</p>
+
+<p>The solution that is in the protocols is fairly simple. Cacheable records
+are marked with Time To Live (TTL) information. When the time expires, the
+caching server discards the record. The next time someone asks for it, the
+server fetches a fresh copy. Of course, a server may also discard records
+before their TTL expires if it is running out of cache space.</p>
+
+<p>This implies that there will be some delay before the new version of a
+changed record propagates around the net. Until the TTLs on all copies of the
+old record expire, some users will see it because that is what is in their
+cache. Other users may see the new record immediately because they don't have
+an old one cached.</p>
+
+<h2><a name="MTU.trouble">Problems with packet fragmentation</a></h2>
+
+<p>It seems, from mailing list reports, to be moderately common for problems
+to crop up in which small packets pass through the IPsec tunnels just fine
+but larger packets fail.</p>
+
+<p>These problems are caused by various devices along the way mis-handling
+either packet fragments or <a href="glossary.html#pathMTU">path MTU
+discovery</a>.</p>
+
+<p>IPsec makes packets larger by adding an ESP or AH header. This can tickle
+assorted bugs in fragment handling in routers and firewalls, or in path MTU
+discovery mechanisms, and cause a variety of symptoms which are both annoying
+and, often, quite hard to diagnose.</p>
+
+<p>An explanation from project technical lead Henry Spencer:</p>
+<pre>The problem is IP fragmentation; more precisely, the problem is that the
+second, third, etc. fragments of an IP packet are often difficult for
+filtering mechanisms to classify.
+
+Routers cannot rely on reassembling the packet, or remembering what was in
+earlier fragments, because the fragments may be out of order or may even
+follow different routes.  So any general, worst-case filtering decision
+pretty much has to be made on each fragment independently.  (If the router
+knows that it is the only route to the destination, so all fragments
+*must* pass through it, reassembly would be possible... but most routers
+don't want to bother with the complications of that.)
+
+All fragments carry roughly the original IP header, but any higher-level
+header is (for IP purposes) just the first part of the packet data... so
+only the first fragment carries that.  So, for example, on examining the
+second fragment of a TCP packet, you could tell that it's TCP, but not
+what port number it is destined for -- that information is in the TCP
+header, which appears in the first fragment only. 
+
+The result of this classification difficulty is that stupid routers and
+over-paranoid firewalls may just throw fragments away.  To get through
+them, you must reduce your MTU enough that fragmentation will not occur.
+(In some cases, they might be willing to attempt reassembly, but have very
+limited resources to devote to it, meaning that packets must be small and
+fragments few in number, leading to the same conclusion:  smaller MTU.)</pre>
+
+<p>In addition to the problem Henry describes, you may also have trouble with
+<a href="glossary.html#pathMTU">path MTU discovery</a>.</p>
+
+<p>By default, FreeS/WAN uses a large <a href="glossary.html#MTU">MTU</a> for
+the ipsec device. This avoids some problems, but may complicate others.
+Here's an explanation from Claudia:</p>
+<pre>Here are a couple of pieces of background information. Apologies if you
+have seen these already. An excerpt from one of my old posts:
+
+    An MTU of 16260 on ipsec0 is usual. The IPSec device defaults to this 
+    high MTU so that it does not fragment incoming packets before encryption 
+    and encapsulation. If after IPSec processing packets are larger than 1500,
+    [ie. the mtu of eth0] then eth0 will fragment them. 
+
+    Adding IPSec headers adds a certain number of bytes to each packet. 
+    The MTU of the IPSec interface refers to the maximum size of the packet
+    before the IPSec headers are added. In some cases, people find it helpful 
+    to set ipsec0's MTU to 1500-(IPSec header size), which IIRC is about 1430.
+
+    That way, the resulting encapsulated packets don't exceed 1500. On most 
+    networks, packets less than 1500 will not need to be fragmented.
+
+and... (from Henry Spencer)
+
+    The way it *ought* to work is that the MTU advertised by the ipsecN
+    interface should be that of the underlying hardware interface, less a
+    pinch for the extra headers needed. 
+
+    Unfortunately, in certain situations this breaks many applications.
+    There is a widespread implicit assumption that the smallest MTUs are 
+    at the ends of paths, not in the middle, and another that MTUs are 
+    never less than 1500.  A lot of code is unprepared to handle paths 
+    where there is an "interior minimum" in the MTU, especially when it's 
+    less than 1500. So we advertise a big MTU and just let the resulting 
+    big packets fragment.
+
+This usually works, but we do get bitten in cases where some intermediate
+point can't handle all that fragmentation.  We can't win on this one.</pre>
+
+<p>The MTU can be changed with an <var>overridemtu=</var> statement in the
+<var>config setup</var> section of <a
+href="manpage.d/ipsec.conf.5.html">ipsec.conf.5</a>.</p>
+
+<p>For a discussion of MTU issues and some possible solutions using Linux
+advanced routing facilities, see the <a
+href="http://www.linuxguruz.org/iptables/howto/2.4routing-15.html#ss15.6">Linux
+2.4 Advanced Routing HOWTO</a>.
+
+For a discussion of MTU and NAT (Network Address Translation), see
+<A HREF="http://harlech.math.ucla.edu/services/ipsec.html">James Carter's MTU
+notes</A>.</p>
+
+<h2><a name="nat.background">Network address translation (NAT)</a></h2>
+
+<p><strong>N</strong>etwork <strong>A</strong>ddress
+<strong>T</strong>ranslation is a service provided by some gateway machines.
+Calling it NAPT (adding the word  <strong>P</strong>ort) would be more
+precise, but we will follow the widespread usage.</p>
+
+<p>A gateway doing NAT rewrites the headers of packets it is forwarding,
+changing one or more of:</p>
+<ul>
+  <li>source address</li>
+  <li>source port</li>
+  <li>destination address</li>
+  <li>destination port</li>
+</ul>
+
+<p>On Linux 2.4, NAT services are provided by the <a
+href="http://netfilter.samba.org">netfilter(8)</a> firewall code. There are
+several <a
+href="http://netfilter.samba.org/documentation/index.html#HOWTO">Netfilter
+HowTos</a> including one on NAT.</p>
+
+<p>For older versions of Linux, this was referred to as "IP masquerade" and
+different tools were used. See this <a
+href="http://www.e-infomax.com/ipmasq/">resource page</a>.</p>
+
+<p>Putting an IPsec gateway behind a NAT gateway is not recommended. See our
+<a href="firewall.html#NAT">firewalls document</a>.</p>
+
+<h3>NAT to non-routable addresses</h3>
+
+<p>The most common application of NAT uses private <a
+href="glossary.html#non-routable">non-routable</a> addresses.</p>
+
+<p>Often a home or small office network will have:</p>
+<ul>
+  <li>one connection to the Internet</li>
+  <li>one assigned publicly visible IP address</li>
+  <li>several machines that all need access to the net</li>
+</ul>
+
+<p>Of course this poses a problem since several machines cannot use one
+address. The best solution might be to obtain more addresses, but often this
+is impractical or uneconomical.</p>
+
+<p>A common solution is to have:</p>
+<ul>
+  <li><a href="glossary.html#non-routable">non-routable</a> addresses on the
+    local network</li>
+  <li>the gateway machine doing NAT</li>
+  <li>all packets going outside the LAN rewritten to have the gateway as
+    their source address</li>
+</ul>
+
+<p>The client machines are set up with reserved <a
+href="#non-routable">non-routable</a> IP addresses defined in RFC 1918. The
+masquerading gateway, the machine with the actual link to the Internet,
+rewrites packet headers so that all packets going onto the Internet appear to
+come from one IP address, that of its Internet interface. It then gets all
+the replies, does some table lookups and more header rewriting, and delivers
+the replies to the appropriate client machines.</p>
+
+<p>As far as anyone else on the Internet is concerned, the systems behind the
+gateway are completely hidden. Only one machine with one IP address is
+visible.</p>
+
+<p>For IPsec on such a gateway, you can entirely ignore the NAT in:</p>
+<ul>
+  <li><a href="manpage.d/ipsec.conf.5.html">ipsec.conf(5)</a></li>
+  <li>firewall rules affecting your Internet-side interface</li>
+</ul>
+
+<p>Those can be set up exactly as they would be if your gateway had no other
+systems behind it.</p>
+
+<p>You do, however, have to take account of the NAT in firewall rules which
+affect packet forwarding.</p>
+
+<h3>NAT to routable addresses</h3>
+
+<p>NAT to routable addresses is also possible, but is less common and may
+make for rather tricky routing problems. We will not discuss it here. See the
+<a href="http://netfilter.samba.org/documentation/index.html#HOWTO">Netfilter
+HowTos</a>.</p>
+</body>
+</html>