ipsecvpn是VPN技術(shù)中一種點(diǎn)擊率很高的技術(shù)。它還提供VPN和信息加密。本專欄將介紹IPSecVPN的原理。

IPSecVPN有三種應(yīng)用場(chǎng)景：

1.站點(diǎn)到站點(diǎn)（站點(diǎn)到站點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)）：例如，這三個(gè)組織分布在互聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)不同位置，每個(gè)組織使用業(yè)務(wù)試點(diǎn)網(wǎng)關(guān)彼此建立VPN隧道，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（多臺(tái)PC）之間的數(shù)據(jù)可以通過(guò)這些網(wǎng)關(guān)建立的IPSec隧道進(jìn)行安全互連。

2.端到端（端到端或PC到PC）：兩臺(tái)PC之間的通信由兩臺(tái)PC之間的IPSec會(huì)話保護(hù)，而不是由網(wǎng)關(guān)保護(hù)。

3.端到站點(diǎn)（端到站點(diǎn)或PC到網(wǎng)關(guān)）：網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程PC之間的通信受IPSec保護(hù)。

VPN只是IPSec的一種應(yīng)用模式。IPSec實(shí)際上是IP安全的縮寫(xiě)。其目的是為IP提供高安全性功能。VPN是通過(guò)實(shí)現(xiàn)此安全功能而生成的解決方案。IPSec是一種框架體系結(jié)構(gòu)，由兩種類型的協(xié)議組成：

1、Ah協(xié)議（認(rèn)證頭，較少使用）：可同時(shí)提供數(shù)據(jù)完整性確認(rèn)、數(shù)據(jù)源確認(rèn)、反重放等安全功能；ah通常使用摘要算法（單向散列函數(shù)）MD5和SHA1來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。

2、ESP協(xié)議（廣泛使用）：可同時(shí)提供數(shù)據(jù)完整性確認(rèn)、數(shù)據(jù)加密、防重放等安全功能；ESP通常使用DES、3DES、AES等加密算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密，使用MD5或SHA1實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性。

為什么ah使用較少？因?yàn)閍h不能提供數(shù)據(jù)加密，所以所有數(shù)據(jù)都以明文傳輸，而ESP提供數(shù)據(jù)加密；其次，ah不能跨越NAT，因?yàn)樗峁┝藬?shù)據(jù)源確認(rèn)（一旦源IP地址更改，ah驗(yàn)證就會(huì)失?。?。當(dāng)然，在極端情況下，IPSec可以使用ah和ESP實(shí)現(xiàn)最完整的安全功能，但這種方案非常罕見(jiàn)。

IPSec封裝模式

在介紹了IPSecVPN的場(chǎng)景和IPSec協(xié)議的組成之后，我們來(lái)看看IPSec（傳輸模式和隧道模式）提供的兩種封裝模式。

上圖顯示了傳輸模式的封裝結(jié)構(gòu)，然后比較隧道模式：

傳輸模式和隧道模式之間的差異可以發(fā)現(xiàn)：

1.傳輸方式在ah和ESP處理前后保持IP報(bào)頭不變，主要用于端到端應(yīng)用場(chǎng)景。

2.隧道模式封裝ah和ESP處理后的外部IP報(bào)頭，主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景。

從上圖中，我們還可以驗(yàn)證上一節(jié)介紹的ah和ESP之間的差異。下圖描述了傳輸模式和隧道模式適用于哪些場(chǎng)景。

從這個(gè)數(shù)字的比較中可以看出：

1.隧道模式可應(yīng)用于任何場(chǎng)景

2.傳輸模式僅適用于PC到PC的場(chǎng)景

盡管隧道模式可以應(yīng)用于任何場(chǎng)景，但隧道模式需要額外的IP報(bào)頭層（長(zhǎng)度通常為20字節(jié)），因此建議在PC到PC場(chǎng)景中使用傳輸模式。

為了讓妳有一個(gè)更直觀的理解，讓我們看看下面的圖來(lái)分析為什么隧道模式只能在站點(diǎn)到站點(diǎn)場(chǎng)景中使用：

如上圖所示，如果發(fā)起方內(nèi)網(wǎng)PC發(fā)送到響應(yīng)方內(nèi)網(wǎng)PC的流量滿足網(wǎng)關(guān)的興趣流匹配條件，則發(fā)起方使用傳輸方式進(jìn)行封裝：

1.在發(fā)起方和響應(yīng)方之間建立IPSec會(huì)話。

2.由于使用了傳輸模式，IP報(bào)頭不會(huì)改變。IP源地址為192.1681.2，目標(biāo)地址為10.11.2

3.當(dāng)這個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)后，它的命運(yùn)注定是一個(gè)杯子。為什么這么說(shuō)，因?yàn)樗哪繕?biāo)地址是10.1.2？這不是根本原因。根本原因是互聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有維護(hù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的路由，因此很可能被丟棄。

4.即使數(shù)據(jù)包沒(méi)有在互聯(lián)網(wǎng)上被丟棄，并且幸運(yùn)地到達(dá)了響應(yīng)者網(wǎng)關(guān)，我們是否期望響應(yīng)者網(wǎng)關(guān)對(duì)其進(jìn)行解密？哎呀，真的沒(méi)有好的證件。數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址是intranetPC1.2的10.1，因此直接轉(zhuǎn)發(fā)它。

5.最重要的是，響應(yīng)者的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)PC收到了數(shù)據(jù)包。由于未參與IPSec會(huì)話的協(xié)商會(huì)議，且沒(méi)有相應(yīng)的SA，該數(shù)據(jù)包無(wú)法解密并被丟棄。

我們使用這種反證法巧妙地解釋了在站點(diǎn)到站點(diǎn)的案例中無(wú)法使用傳輸模式的原因。提出了采用傳輸方式的充要條件：感興趣的流必須完全在發(fā)起方和響應(yīng)方的IP地址范圍內(nèi)。例如，在圖中，啟動(dòng)器的IP地址為6.241.2。響應(yīng)者的IP地址為2.171.2，則興趣流可以是源6.241.2/32。目的是2.171.2/32，協(xié)議可以是任意的。如果數(shù)據(jù)包的源IP地址和目標(biāo)IP地址略有不同，對(duì)不起，請(qǐng)使用隧道模式。

IPSec協(xié)商

除了IPSec的一些協(xié)議原則外，我們更關(guān)注協(xié)議中與方案制定相關(guān)的內(nèi)容：

1.興趣流：IPSec是一種需要消耗資源的保護(hù)措施。并非所有流量都需要IPSec處理，但需要IPSec保護(hù)的流量稱為興趣流。最終協(xié)商的興趣流是發(fā)起方和響應(yīng)方指定的興趣流的交集。例如，發(fā)起者指定的興趣流是192.1681.0/24á10.0。0.0/8，而受訪者的利息流為10.00.0/8á192.168。0.0/16，則其交點(diǎn)為192.1681.0/24乘以10.0。0.0/8，這是受IPSec保護(hù)的最后一個(gè)興趣流。

2.啟動(dòng)器：?jiǎn)?dòng)器，IPSec會(huì)話協(xié)商的觸發(fā)器。IPSec會(huì)話通常由指定的興趣流觸發(fā)。觸發(fā)過(guò)程通常是將數(shù)據(jù)包中的源、目標(biāo)地址、協(xié)議、源和目標(biāo)端口號(hào)與預(yù)先指定的IPSec興趣流匹配模板（如ACL）匹配。如果匹配成功，則它屬于指定的興趣流。指定的利息流僅用于觸發(fā)協(xié)商。它是否受IPSec保護(hù)取決于它是否匹配協(xié)商興趣流。然而，在一般實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通常設(shè)計(jì)為發(fā)起方指定興趣流屬于協(xié)商興趣流。

3.響應(yīng)者：響應(yīng)者，IPSec會(huì)話協(xié)商的接收者。回應(yīng)者是被動(dòng)談判。響應(yīng)者可以指定興趣流，也可以不指定（完全由發(fā)起人指定）。

4.發(fā)起方與響應(yīng)方協(xié)商的內(nèi)容主要包括：雙方身份確認(rèn)和密鑰種子刷新周期、ah/ESP組合模式及其各自算法、興趣流、封裝模式等。

5.Sa：發(fā)起方和響應(yīng)方協(xié)商的結(jié)果是高暴露的Sa。SA通常包括密鑰和密鑰生存期、算法、封裝模式、發(fā)起方、響應(yīng)方地址、興趣流等。

我們以最常見(jiàn)的IPSec隧道模式為例來(lái)說(shuō)明IPSec的協(xié)商過(guò)程：

上圖描述了由興趣流觸發(fā)的IPSec協(xié)商過(guò)程。原始IPSec沒(méi)有身份確認(rèn)和其他協(xié)商過(guò)程。該方案存在許多缺陷，如當(dāng)啟動(dòng)器地址發(fā)生動(dòng)態(tài)變化時(shí)，無(wú)法支持身份確認(rèn)和密鑰動(dòng)態(tài)更新。帶IPSec的Ike（Internet密鑰交換）協(xié)議專門(mén)用于彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)：

1.發(fā)起方定義的興趣流為source192.1681.0/24purpose10.00.0/8，因此從發(fā)起方的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)PC發(fā)送到響應(yīng)方的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)PC的數(shù)據(jù)包可以在接口處進(jìn)行匹配。

2.如果滿足利息流條件，且轉(zhuǎn)發(fā)界面上SA不存在、到期或不可用，則進(jìn)行協(xié)商。否則，當(dāng)前SA將用于處理數(shù)據(jù)包。

3.談判過(guò)程通常分為兩個(gè)階段。第一階段是服務(wù)于第二階段，第二階段是服務(wù)于利益流的真正SA。這兩個(gè)階段的重點(diǎn)是不同的。第一階段主要是確認(rèn)雙方身份的正確性，第二階段是為興趣流創(chuàng)建指定的安全套件，最重要的結(jié)果是第二階段的興趣流是對(duì)話中的密文。