HCIP-Datacom：一篇掌握IPSec VPN的原理与配置！！！_ipsec工作原理图

一、背景

  随着Internet的发展，越来越多的企业直接通过Internet进行互联，但由于IP协议未考虑安全性，而且Internet上有大量的不可靠用户和网络设备，所以用户业务数据要穿越这些未知网络，根本无法保证数据的安全性，数据易被伪造、篡改或窃取。因此，迫切需要一种兼容IP协议的通用的网络安全方案。为了解决上述问题，IPSec（Internet Protocol Security）应运而生。IPSec是对IP的安全性补充，其工作在IP层，为IP网络通信提供透明的安全服务。

1、IPSCE VPN解决的问题

• 数据来源验证：接收方验证发送方身份是否合法。
• 数据加密：发送方对数据进行加密，以密文的形式在Internet上传送，接收方对接收的加密数据进行解密后处理或直接转发。
• 数据完整性：接收方对接收的数据进行验证，以判定报文是否被篡改。
• 抗重放：接收方拒绝旧的或重复的数据包，防止恶意用户通过重复发送捕获到的数据包所进行的攻击。

2、IPSEC 协议框架

1）安全联盟SA（Security Association）

• 安全参数索引SPI（Security Parameter Index）
• 目的IP地址
• 使用的安全协议号（AH或ESP）

2）安全协议

• 认证头AH（Authentication Header）：只支持认证，不支持加密
• 装安全载荷ESP（Encapsulating Security Payload）

3）封装模式

• 传输模式，传输模式如图12-1所示：

                  图12-1：传输模式

• 隧道模式，隧道模式如图12-2所示：

                   图12-2：隧道模式

4）加密和验证

加密算法：DES、3DES、AES

验证算法：MD5、SHA1、SHA2

5）密钥交换

     因特网密钥交换IKE（Internet Key Exchange）协议

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二、原理

IPSec隧道建立过程中需要协商IPSec SA（Security Association，安全联盟），IPSec SA一般通过IKE协商生成。其流程图如图12-3所示：

图12-3：IPSec基本原理流程图

• SA由一个三元组来唯一标识，这个三元组包括安全参数索引SPI（Security Parameter Index）、目的IP地址和使用的安全协议号（AH或ESP）。其中，SPI是为唯一标识SA而生成的一个32位比特的数值，它在AH和ESP头中传输。在手工配置SA时，需要手工指定SPI的取值。使用IKE协商产生SA时，SPI将随机生成。
• SA是单向的逻辑连接，因此两个IPSec对等体之间的双向通信，最少需要建立两个SA来分别对两个方向的数据流进行安全保护。

IKE作为秘钥协商协议，存在两个版本：IKEv1和IKEv2，我们采用IKEv1为例进行介绍，IKEv2内容可参考产品文档对应内容。

1. IKEv1协商阶段1的目的是建立IKE SA。IKE SA建立后对等体间的所有ISAKMP消息都将通过加密和验证，这条安全通道可以保证IKEv1第二阶段的协商能够安全进行。IKE SA是一个双向的逻辑连接，两个IPSec对等体间只建立一个IKE SA。
2. IKEv1协商阶段2的目的就是建立用来安全传输数据的IPSec SA，并为数据传输衍生出密钥。该阶段使用IKEv1协商阶段1中生成的密钥对ISAKMP消息的完整性和身份进行验证，并对ISAKMP消息进行加密，故保证了交换的安全性。

• IKE协商成功意味着双向的IPSec隧道已经建立，可以通过ACL方式或者安全框架方式定义IPSec“感兴趣流”，符合感兴趣流流量特征的数据都将被送入IPSec隧道进行处理。
• 感兴趣流：需要被IPSec保护的数据流。

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三、实验配置

1. 实验目的

1）熟悉ipsec vpn 的应用场景

2）掌握ipsec vpn 的配置方法

     2.实验拓扑

1. 实验步骤

（1）如图所示配置IP地址

PC1的配置

PC2的配置

 AR1的配置

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]undo info-center enable

Info: Information center is disabled.

[Huawei]sysname AR1

[AR1]interface g0/0/0

[AR1-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.1.254 24

[AR1-GigabitEthernet0/0/0]quit

[AR1]interface g0/0/1

[AR1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 172.16.1.254 24

[AR1-GigabitEthernet0/0/1]quit

[AR1]interface g0/0/2

[AR1-GigabitEthernet0/0/2]ip address 12.1.1.1 24

[AR1-GigabitEthernet0/0/2]quit

R2的配置

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]undo info-center enable

Info: Information center is disabled.

[Huawei]sysname AR2

[AR2]interface g0/0/2

[AR2-GigabitEthernet0/0/2]ip address 12.1.1.2 24

[AR2-GigabitEthernet0/0/2]quit

[AR2]interface g0/0/0

[AR2-GigabitEthernet0/0/0]ip address 23.1.1.2 24

[AR2-GigabitEthernet0/0/0]quit

[AR2]interface LoopBack 0

[AR2-LoopBack0]ip address 2.2.2.2 32

[AR2-LoopBack0]quit

R3的配置

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]undo info-center enable

Info: Information center is disabled.

[Huawei]sysname AR3

[AR3]interface g0/0/0

[AR3-GigabitEthernet0/0/0]ip address 23.1.1.3 24

[AR3-GigabitEthernet0/0/0]quit

[AR3]interface g0/0/1

[AR3-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.2.254 24

[AR3-GigabitEthernet0/0/1]quit

[AR3]interface g0/0/2

[AR3-GigabitEthernet0/0/2]ip address 172.16.2.254 24

[AR3-GigabitEthernet0/0/2]quit

PC3的配置

PC4的配置

（2）配置网络连通性

AR1的配置

[AR1]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 12.1.1.2

AR3的配置

[AR3]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 23.1.1.2

（3）配置IPSEC VPN

第一步：定义感兴趣的流量

AR1的配置

[AR1]acl 3000

[AR1-acl-adv-3000]rule 10 permit ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 destination 192.168.2.0 0.0.0.255

[AR1-acl-adv-3000]quit

AR3的配置

[AR3]acl 3000

[AR3-acl-adv-3000]rule 10 permit ip source 192.168.2.0 0.0.0.255 destination 192.168.1.0 0.0.0.255

[AR3-acl-adv-3000]quit

第二步：设置提议

AR1的配置

[AR1]ipsec proposal 1

[AR1-ipsec-proposal-1]quit

AR3的配置

[AR3]ipsec proposal 1

[AR3-ipsec-proposal-1]quit

在AR1上查看提议

[AR1]display ipsec proposal   //查看IPSEC VPN 提议

Number of proposals: 1  //编号为1

IPSec proposal name: 1    //名字为1                    

 Encapsulation mode: Tunnel  //封装模式为隧道                      

 Transform         : esp-new   //封装为ESP

 ESP protocol      : Authentication MD5-HMAC-96    //认证模式为MD5                      

                     Encryption     DES  //加密用DES

第三步：设置安全策略

AR1的配置

[AR1]ipsec  policy hcip 1 manual

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]security acl 3000

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]proposal 1

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]tunnel local 12.1.1.1

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]tunnel remote 23.1.1.3

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa spi outbound esp 1234

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa spi inbound esp 4321

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa string-key inbound esp simple lwljh

[AR1-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa string-key outbound esp simple lwljh

AR3的配置

[AR3]ipsec policy hcip 1 manual

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]security acl 3000

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]proposal 1

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]tunnel local 23.1.1.3

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]tunnel remote 12.1.1.1

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa spi outbound esp 4321

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa spi inbound esp 1234

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa string-key inbound esp simple lwljh

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]sa string-key outbound esp simple lwljh

[AR3-ipsec-policy-manual-hcip-1]quit

查看策略

[AR1]display ipsec policy  //查看IPSEC的策略

===========================================

IPSec policy group: "hcip"

Using interface:

===========================================

    Sequence number: 1

    Security data flow: 3000

    Tunnel local  address: 12.1.1.1

    Tunnel remote address: 23.1.1.3

    Qos pre-classify: Disable

    Proposal name:1

    Inbound AH setting:

      AH SPI:

      AH string-key:

      AH authentication hex key:

    Inbound ESP setting:

      ESP SPI: 4321 (0x10e1)

      ESP string-key: lwljh

      ESP encryption hex key:

      ESP authentication hex key:

    Outbound AH setting:

      AH SPI:

      AH string-key:

      AH authentication hex key:         

    Outbound ESP setting:

      ESP SPI: 1234 (0x4d2)

      ESP string-key: lwljh

      ESP encryption hex key:

      ESP authentication hex key:

第四步：在接口下调用

AR1的配置

[AR1]interface g0/0/2

[AR1-GigabitEthernet0/0/2]ipsec policy hcip

[AR1-GigabitEthernet0/0/2]quit

AR2的配置

[AR3]interface g0/0/0

[AR3-GigabitEthernet0/0/0]ipsec policy hcip

[AR3-GigabitEthernet0/0/0]quit

1. 实验调试

（1）在PC1访问PC3

（2）在AR1的g0/0/2抓包

抓包截图如图12-10所示：

通过以上输出可以看到，数据都加密了。

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