IPsec VPN笔记

• 随着网络安全需求的日益提升，而传统的TCP/IP协议缺乏有效的安全认证和保密机制（不加密，明文），所以我们要保证数据的安全性，因此IPsec就是一种开放的安全框架，可以用来保证IP数据报文在网络上传输的机密性，完整性和防重放。 

 

 

IPsec：Internet Protocol Security 

• 源于IPv6 

• IETF制定的一套安全保密性能框架 

• 建立在网络层的安全保障机制 

• 引入多种加密算法，验证算法和密钥管理机制 

• 也具有配置复杂，消耗运算资源较多且增加延迟，不支持组播等缺点 

• IPsecVPN是利用IPsec隧道建立的VPN技术（IPsec也是有隧道技术的，没有隧道根本不能成为一种合格的VPN技术） 

 

IPsec核心功能： 

术语	备注
机密性	对数据进行加密，确保在传输时不被泄露给非授权用户。
完整性	保障数据在传输时，不被非授权用户进行篡改。
真实性	验证数据源，以确保数据来自真实的发送者。（IP报文头部内的源地址）   在数通领域，并不牵扯到用证书来做验证，这里使用数据包的源地址就行。
防重放	防止恶意用户通过重复发送捕获到的数据包所进行攻击，即接收方会拒绝旧的或重复的数据包。

• IPsec在发送报文时会有哪些比较关键的步骤，以下图实例就是告诉我们是如何实现的 

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IPsec技术框架： 

• DES和3DES加密算法存在安全隐患，建议优先使用AES,SM1或SM4算法。 

• MD5和SHA1验证算法存在安全隐患，建议优先使用，SHA2或SM3算法。 

• 还是要看两端设备支持那种算法，如果都支持，那么尽量使用更安全的算法。 

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• 通过AH和ESP这两个安全协议来实现IP数据报文的安全传输。 

• IKE协议提供密钥协商，建立和维护安全联盟SA等服务。 

• IKE是一种协商的方法，或者标准，SA通俗的叫安全联盟，当协商完成就可以进行实际的封装和传递，这里使用的保护就是AH和ESP了。 

这里推荐使用ESP，建议使用ESP，ESP有加密，AH没有加密但有其他特性。协商要保证安全有加密，传递数据要安全也有加密。 

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• IKE协商：协商验证算法，加密算法。 

• 密钥管理：算法要使用密钥，所以需要密钥管理技术，进行自动协商或者手动，然后分发。 

• 数据包为什么要进行协商和加密验证，就是出于我们的安全策略。 

• 策略包含了这些东西，最终这些都会关联到策略，然后再到接口进行调用，整套完成下来，会发现他是一个模块化的东西，如果要进行修改只需要修改对应的模块，至于实际的封装是AH和ESP。 

 

IPsec安全协议： 

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• AH：报文头验证协议，提供完整性，真实性，防重放等特性，但是AH并不进行数据加密，协议号为51。 

• ESP：封装安全载荷协议，提供完整性，真实性，防重放，且提供数据加密，但是校验不包括IP报头，协议号为50. 

安全特性	AH	ESP
协议号	51	50
数据完整性校验	支持	支持
数据加密	不支持	支持
防报文重放攻击	支持	支持
NAT穿越	不支持	支持

 

 

IPsec封装模式：两种模式，四种数据报文格式。 

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• 传输模式和隧道模式是对立的，隧道是加新报头，传输是不加。 

• 传输模式：在原始IP报头后面加入IPsec报头（ESP或AH报头）。 

• 隧道模式：在原始IP报头前面加入IPsec报头（ESP或AH报头），另外再生成一个新IP报头放到IPsec报头前面。 

• 安全性：隧道模式隐藏原IP报头，安全性更高。 

• 性能：隧道模式有一个新的IP报头，所以传输模式比隧道模式更占用带宽。 

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• 传输模式封装结构 

• AH：整个IP层往后都会做验证。 

• ESP：ESP头部和尾部做验证，加密除ESP字段外到ESP尾部数据。注：为什么不加密IP头部，加密了设备无法读取到数据。 

• 隧道模式封装结构 

• 两个设备直接做的数据协商和加密，没有新的IP报头，负责发送数据同时也负责加密和验证。 

• 传输点不是加密点，也就是说出口设备进行协商和加密，实际传输数据是其他设备。 

 

安全联盟：SA (Security Association) 

• 顾名思义，通信双方结成盟友，相互信任，即达成约定。 

• SA由一个（SPI，IP目的地址，安全协议号（AH，ESP））三元组唯一标识。 

• 决定了对报文进行何种处理：模式，协议，算法，密钥。生存周期等。 

• 每个IPsec SA都是单向的。 

• SA可以手工建立或者IKE协商生成。 

• SPD（Security Policy Database）安全策略数据库 

• SAD（Security Association Datebase）安全联盟数据库 

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术语	备注
Negotiate	协商，两个节点要开始安全发送数据之前，必须要做的事情。（动态协商）
SA	Security Association 安全联盟，协商的结果，类似合约书。
SPI	Security Parameter index 安全参数索引，SA内包含，用于区分多个SA。
IKE	Internet Key Exchange 因特网密钥交换，SA协商的方法和标准。

• 两端设备先进行协商， 协商完毕后会有SA，SA包含了SPI，IKE和IPsec参数，协商的方法是使用IKE或者手动。 

对比项	手工建立	IKE协商
密钥生成	手工配置	DH算法
密钥刷新	手工配置	动态刷新
生成周期	永久	可配置
适用环境	小型网络环境	中大型网络环境

 

IKE：Intelnet Key Exchange，因特网密钥交换 

• 建立在ISAKMP（Intelnet安全联盟和密钥管理协议）定义的框架上。 

• 基于UDP（端口号500）的应用层协议，可为数据加密提供所需的密钥。 

• 使用DH算法，在不安全的网络上安全的分发密钥，验证身份。 

• 定时更新SA和密钥，实现完善的前向安全性（PFS）。 

• 允许IPsec提供防重放服务（加入随机数）。 

• 简化IPsec的使用和管理，大大简化了IPsec的配置和维护工作。 

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• IPsec会有两次SA协商，IKE SA协商主要是保证数据通道，通道里面传输加密数据使用IPsecSA来进行协商。 

• IKE有分版本v1和v2，模式分主模式和野蛮模式。 

• 首先会有IKE的协商，先有IKE协商出来的SA，然后再协商IPsecSA出来。这个过程有两个阶段。 

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阶段	备注
阶段 1  Phase 1	在网络上建立一个IKE SA ,为阶段2协商通过保护  分主模式（Main mode）和野蛮模式（Affressive mode）
阶段2  Phase 2	在阶段1 IKE SA 的保护下完成IPsec SA的协商  快速模式（Quick mode）

• 两端之间建立一个IKE SA完成身份验证和密钥信息交换后，在IKE SA的保护下， 

根据配置的AH/ESP安全协议等参数协商出一对IPsecSA。 

 

• IKE协商模式 

• 主模式：6个数据包，3个阶段（安全提议，生成密钥，验证身份（加密）） 

• 野蛮模式：3个数据包，1个阶段（三个阶段合并为一个，然后验证） 

• IPsecSA协商： 

• 快速模式：3个数据包（全部加密）发送IPsec安全提议，身份和数据验证，互相交换，然后验证。 

• 总结 

• IKE SA和IPsec SA是两种不同的SA。 

• IKE SA：认证算法，加密算法，认证方法（预共享密钥/证书），生命周期 

• IPsec SA：安全协议(ESP/AH)，模式（传输/隧道），加密算法，生命周期 

IPSecVPN配置： 

• IPsec流程图 

• 配置好以下拓扑，从a发送到b的感兴趣流，会从出口hq和branch进行协商sa，协商有两个阶段，IKE SA和IPsec SA，交换安全策略信息后，建立SA，完成IPsec隧道。 

命令	备注
Ipsec proposal x	创建IPsec安全提议 x=提议名称
Encapsulation tunnel/transport	配置封装模式 隧道/传输
Transform esp/ah/esp-ah	配置隧道协议 esp/ah/esp-ah
Esp encryption-algorithm x	配置esp协议使用加密算法 x=算法
Esp/an authentication-algorithm x	配置esp/ah协议使用认证算法 x=算法
Dis ipsec proposal / name x	查看IPsec安全提议状态配置
	IPsec安全提议
Ipsec policy x id manual	创建IPsec策略 x=策略名称 id=序列号 manual=手动
Security acl x	配置引用的acl
Proposal x	配置引用的安全提议
Tunnel local x	配置隧道口源地址
Tunnel remote x	配置隧道口目的地址
Sa spi inbound/outbound esp/ah x	配置SA的spi 出入双方都需要对应 x=spi
Sa string-key inbound/outbound esp/ah cipher x	配置SA的key 出入双方都需要对应 x=密钥
Dis ipsec policy /name x	查看ipsec策略状态配置
	IPsec手动安全策略
Ike proposal x	创建ike安全提议 x=序列号
authentication-method pre-share/rsa-signature/digital-envelope	配置认证方式 psk/证书/数字信封
authentication-algorithm x	配置认证算法 x=算法
encryption-algorithm x	配置加密算法 x算法
Dh group x	配置dh组  x=组
Sa duration x	配置sa超时时间
Dis ike proposal  /number x	查看ike安全提议信息 x=序列号
	IKE安全提议
Ike peer x v1/v2	创建ike对等体  版本v1/v2
Exchange-mode main/aggressive	配置对等体模式 模式/主模式/野蛮
Pre-shared-key cipher x	配置psk密钥
Ike proposal x	配置引用ike安全提议
local-address x	配置对等体 源地址
Remote-address x	配置对等体 目的地址
	IKE对等体
IPSec policy x id isakmp	创建IPSec策略 isakmp=自动
Proposal x	配置引用IPSec安全提议
Ike-peer x	配置引用ike对等体
Security x	配置引用acl
	ike协商安全策略
Dis ipsec statistics esp/an	查看接口流量统计
Dis ike/ipsec sa /brief/duration	查看sa安全联盟 b=简明信息 dur=生存时间
	查看IPSec/ike sa

• 手动设置sa没有时间限制。 

• sa两端之间生存时间不一致，按照小的计算。 

• 需要走IPsecVPN隧道的流量需要在NAT中做排除，没有排除等同流量往公网走，那么就出问题了。 

 

IPsec协商配置流程图：