网络安全实验之《VPN》实验报告

一、实验目的

(1)课上实验：

1.在Windows中配置（内置或者专有）IPSec。

2.通过抓包工具抓取建立IPSec的协商密钥过程，和建立之后的加密通信数据包，并进行分析。

(2)课后实验：

1.配置Cisco Packet Tracer软件仿真路由器的VPN，分析密钥协商和加密流程数据包。

通过进行上述的课上实验和课后实验，能够进一步掌握VPN及其协议相关的知识。

二、实验环境

（1）课上实验：

1.两台Windows 7虚拟机PC1和PC2，并可以互相ping通。

2.wireshark。

（2）课后实验：

1.一台Windows 7虚拟机。

2. Cisco Packet Tracer。

三、实验过程与结果

一、课上实验

（1）在PC1按下windows+R组合键，输入secpol.msc，打开本地安全设置：

（2）在左侧窗口选取IP安全策略，鼠标在右侧窗口右键创建IP安全策略：

        点击“下一步”，设置IP安全策略名称：

        点击“下一步”，编辑属性。点击添加来增加一条规则：

        下一步，选择此规则不指定隧道；下一步，选择所有网络连接；下一步，选择添加IP筛选器；填入名称，去掉“添加向导”，点击添加：

（3）之后，默认下一步后结束，点击确认；回到安全规则向导界面，选取刚才新建的筛选器，点击下一步；添加筛选器操作，输入筛选器名称为新筛选器操作；下一步，选取协商安全；下一步，选择不允许不安全的通信；下一步，选择完整性和加密，完成设置。

        之后，选择IP筛选器双击进入“编辑规则属性”：

 （4）在本地安全策略中对此进行指派：

        在PC2中进行和上述一样的操作，这里不再赘述。

（5）查看PC1和PC2的ip地址：

        PC1的ip地址：192.168.161.134

       PC2的ip地址：192.168.161.135

 （6）在PC1的命令行ping虚拟机PC2，可以看到可以ping通：

（7）IKE SA和IPSec SA建立过程的理论图如下：

        这里主要分析第一、第二、第七、第十个包，其余包的分析方式类似。

第一个数据包：

第二个数据包：

第七个数据包：

第十个数据包：

        另外值得注意的是，通过第五个数据包可以猜测其共享密钥（20020707）已经被加密了：

         如下所示的白色部分的数据包便是建立IPSec之后的加密通信数据包：

        可以看到都是esp包，这是因为Win7的默认esp加密显示的内容也是过后的：

二、课后实验

（1）安装Packet Tracer，安装后使用游客身份登录：

（2）初始化配置路由器：

        在模拟器窗口工具栏下选择file->new。在左下角设备栏选取路由器图标，将2811路由器拖入工作区。单机工作区中的路由器图标，选择CLI项，等待路由器启动后，在交互对话框中输入no并回车。

        进入路由器特权模式，配置路由器网卡IP，输入命令如下：

        初始配置router0完成，根据router0的配置过程完成router1的配置，其中router1的f0/0端口IP为10.0.0.2/24，router1的f0/1端口的IP地址为192.168.2.1/24：

        配置完成后，选择Connections图标，选择虚线，将router0和router1的f0/0端口进行连接：

（3）搭建网络环境：

        在模拟器左下角选择End Devies图标，选取PC-PT图标拖到工作区。双击PC图标，选择Desktop，选择IP Configuration,配置PC的IP地址和子网掩码，如下图。

        选取Switches中的2950-24，在Connections中选择Straight-Through将路由器与交换机相连，将交换机与PC机相连，需要对所有的PC机进行上图配置，最后完成如下图：

        在路由中配置路由，令路由器两端的网络互通，指令如下：

router0中CLI配置指令：

router1中CLI配置指令：

（4）测试网络连通性：

        双击PC0图标，弹出对话框，选择Desktop，选择Command Prompt，进行ping测试是否连通：

        可以看到能够连通。

（5）配置IPSec VPN：

配置router0：

        首先，定义IKE策略，IKE就是router 0和router1之间的密钥交换策略：

        IKE只是密钥的交换策略,我们在使用加密对称和非对称加密算法的时候,需要密钥来对数据加密,上面的IKE策略只是建立一条管理连接，负责加密生成的各种密钥。

        之后，定义数据的加密方式和认证方式，配置IPSec：

        然后，将map映射到公网端口，一个端口只能映射一个map：

        最后，查看IKE策略：

        查看IPSec变换集：

        查看crypto maps：

配置router1：

        定义的IKE的策略,IKE就是router 0和router1之间的密钥交换策略，两者的策略必须匹配起来，除了优先级序号可以不同。

        定义数据的加密方式和认证方式，配置IPSec：

        将map映射到公网端口：

（6）测试IPSec VPN：

测试连通性：

        双击PC0图标，在弹出的对话框中，选择Desktop，选择Command Prompt，ping 192.168.2.10，如下图：

        验证数据经过IPSec VPN加密传输：

        进入simulation mode，切换到相应界面：

        再次ping 192.168.2.10，在simulation Panel中选取Auto Capture，观察工作区动画，双击在路由器router 0处数据包，弹出面板可以分析出数据包的信息：

        从图中可以看到，进入路由器的数据包（左侧）的信息源IP为192.168.1.10，目的IP为192.168.2.10，但是路由器出去的数据包的源IP转为了10.0.0.1，目的IP为10.0.0.2，另外可以看到下面的第6条信息中可以看到ESP的encrypts the received packet包。

        由此可以看出，从PC0发往PC3的数据包经过路由器的IPSec VPN模块加密处理，隐藏了内网的IP地址信息，从而保护了内网的数据。

（7）断开VPN：

配置router0和router1的指令：

        需要注意的是，只断开一端路由器的端口map映射，两边无法连通；两端都断开后，两边网络可以再次保持连接，只是数据不再加密传输。

四、实验总结

        通过本次实验，我了解了什么是虚拟专用网（VPN），学习了VPN的协议（第二层隧道协议和第三层隧道协议），并动手进行了IPSec的配置，通过抓包分析了IKE SA和IPSec SA的建立过程。另外，还学习了Cisco Packet Tracer的使用，并用其进行了VPN的配置。这些体验都是在书本知识上感受不到的，正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。

        同时，在进行实验的过程中，我也遇到了许多问题，在解决这些问题的过程中，我也收获了许多，学习到了很多。

        有两个让我印象深刻的问题：

1.在配置好PC1和PC2的安全策略后，无论是使用PC1去ping PC2，还是使用PC2去ping PC1，都ping不通。

        原因：设置的PC1和PC2的共享密钥不同，前者是20020707，后者是buptlqx。

        解决方法：将PC2的共享密钥设置为20020707，和PC1一样。之后再互相ping，就能ping通了。

2.PC1 ping PC2时，在PC1端使用wireshark进行抓包，但点击wireshark启动抓包的按钮后，wireshark会无法响应。

        原因：最新的wireshark4.0已经不支持Win 7，要在Win 7使用wireshark抓包，需要安装更旧的版本。

        解决方法：卸载PC1安装好的最新版本的wireshark，在wireshark官网上找到3.0.5版本进行安装：

        然后就能正常使用wireshark抓包了：

        最后，通过这次实验，我对网络安全这门技术有了更进一步的了解，也意识到维护网络安全任重而道远，需要我们持之以恒地学习和实践。