网工干货知识

网工技术详解
当前位置:首页 > 干货知识

IPSec VPN技术

更新时间:2021年11月08日   作者:spoto   标签(Tag):

什么是IPSec?

IPSec(Internet Protocol Security)是IETF(Internet Engineering Task Force)制定的一组开放的网络安全协议。它并不是一个单独的协议,而是一系列为IP网络提供安全性的协议和服务的集合。
IPSec用来解决IP层安全性问题的技术。IPSec被设计为同时支持IPv4和IPv6网络。
IPSec主要包括安全协议AH(Authentication Header)和ESP(Encapsulating Security Payload),密钥管理交换协议IKE(Internet Key Exchange)以及用于网络认证及加密的一些算法等。
IPSec主要通过加密与验证等方式,为IP数据包提供安全服务。
 

IPSec提供的服务?

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。
IPSec提供的服务列表

 

IPSec VPN的应用场景分为3种:

1. Site-to-Site(站点到站点或者网关到网关):

如弯曲评论的3个机构分布在互联网的3个不同的地方,各使用一个商务领航网关相互建立VPN隧道,企业内网(若干PC)之间的数据通过这些网关建立的IPSec隧道实现安全互联。

2. End-to-End(端到端或者PC到PC):

两个PC之间的通信由两个PC之间的IPSec会话保护,而不是网关。

3. End-to-Site(端到站点或者PC到网关):

两个PC之间的通信由网关和异地PC之间的IPSec进行保护。

VPN只是IPSec的一种应用方式,IPSec其实是IP Security的简称,它的目的是为IP提供高安全性特性,VPN则是在实现这种安全特性的方式下产生的解决方案。IPSec是一个框架性架构,具体由两类协议组成:
1. AH协议(Authentication Header,使用较少):可以同时提供数据完整性确认、数据来源确认、防重放等安全特性;AH常用摘要算法(单向Hash函数)MD5和SHA1实现该特性。
2. ESP协议(Encapsulated Security Payload,使用较广):可以同时提供数据完整性确认、数据加密、防重放等安全特性;ESP通常使用DES、3DES、AES等加密算法实现数据加密,使用MD5或SHA1来实现数据完整性。
 

IPSec封装模式:

可以发现传输模式和隧道模式的区别:
1.传输模式在AH、ESP处理前后IP头部保持不变,主要用于End-to-End的应用场景。

IPSec传输模式
2.隧道模式则在AH、ESP处理之后再封装了一个外网IP头,主要用于Site-to-Site的应用场景。

IPSec隧道模式

IPSec涉及方案制定内容

IPSec除了一些协议原理外,我们更关注的是协议中涉及到方案制定的内容:
1.兴趣流:IPSec是需要消耗资源的保护措施,并非所有流量都需要IPSec进行处理,而需要IPSec进行保护的流量就称为兴趣流,最后协商出来的兴趣流是由发起方和响应方所指定兴趣流的交集,如发起方指定兴趣流为192.168.1.0/24à10.0.0.0/8,而响应方的兴趣流为10.0.0.0/8à192.168.0.0/16,那么其交集是192.168.1.0/24ßà10.0.0.0/8,这就是最后会被IPSec所保护的兴趣流。
2.发起方:Initiator,IPSec会话协商的触发方,IPSec会话通常是由指定兴趣流触发协商,触发的过程通常是将数据包中的源、目的地址、协议以及源、目的端口号与提前指定的IPSec兴趣流匹配模板如ACL进行匹配,如果匹配成功则属于指定兴趣流。指定兴趣流只是用于触发协商,至于是否会被IPSec保护要看是否匹配协商兴趣流,但是在通常实施方案过程中,通常会设计成发起方指定兴趣流属于协商兴趣流。
3.响应方:Responder,IPSec会话协商的接收方,响应方是被动协商,响应方可以指定兴趣流,也可以不指定(完全由发起方指定)。
4.发起方和响应方协商的内容主要包括:双方身份的确认和密钥种子刷新周期、AH/ESP的组合方式及各自使用的算法,还包括兴趣流、封装模式等。
5. SA:发起方、响应方协商的结果就是曝光率很高的SA,SA通常是包括密钥及密钥生存期、算法、封装模式、发起方、响应方地址、兴趣流等内容。

IPSec隧道模式交互过程


上图描述了由兴趣流触发的IPSec协商流程,原生IPSec并无身份确认等协商过程,在方案上存在诸多缺陷,如无法支持发起方地址动态变化情况下的身份确认、密钥动态更新等。伴随IPSec出现的IKE(Internet Key Exchange)协议专门用来弥补这些不足:
1.发起方定义的兴趣流是源192.168.1.0/24目的10.0.0.0/8,所以在接口发送发起方内网PC发给响应方内网PC的数据包,能够得以匹配。
2.满足兴趣流条件,在转发接口上检查SA不存在、过期或不可用,都会进行协商,否则使用当前SA对数据包进行处理。
3.协商的过程通常分为两个阶段,第一阶段是为第二阶段服务,第二阶段是真正的为兴趣流服务的SA,两个阶段协商的侧重有所不同,第一阶段主要确认双方身份的正确性,第二阶段则是为兴趣流创建一个指定的安全套件,其最显著的结果就是第二阶段中的兴趣流在会话中是密文。

IPSec中安全性还体现在第二阶段SA永远是单向的:

IPSec隧道模式交互过程:响应方-->发起方


从上图可以发现,在协商第二阶段SA时,SA是分方向性的,发起方到响应方所用SA和响应放到发起方SA是单独协商的,这样做的好处在于即使某个方向的SA被破解并不会波及到另一个方向的SA。这种设计类似于双向车道设计。
IPSec虽然只是5个字母的排列组合,但其所涉及的协议功能众多、方案又极其灵活,本期主要介绍IPSec的基本原理,在后续专栏还会继续介绍IPSec的其它方面知识。
 

 马上抢免费试听资格
意向课程: *必选
姓名: *必填
联系方式: *必填
QQ:
思博SPOTO在线咨询

相关资讯

7天无条件退款
24小时实验室开放
全程跟踪服务
无条件免费重读

如在过程中遇到任何问题
欢迎在此填写反馈意见

思博网络SPOTO官方公众号

官方公众号

思博网络SPOTO新活动