IPSec VPN
基本概念
IPSec：
IPSec协议族是IETF指定的一系列协议，也就是说，类似于IP，都是一个协议族，是很多协议的一个总称。IPSec为IP数据包提供了高质量的、可互擦做的、基于密码学的安全性。特定的通信双方再IP层通过加密于数据源认证等方式，来保证数据报文在网络上传输时的私有性，完整性、真实性和防重放。
IPSec通过认证头AH（Authentication Header）和封装安全荷载ESP（Encapsulating Security Payload）这两个安全协议来实现上述目标。因特网密钥交换协议IKE（Internet Key Exchange）为IPSec提供自动协商交换密钥，建立和维护安全联盟的服务，以简化IPSec的使用和管理。
IPSec安全协议：
IPSec协议中的AH协议定义了认证了认证的应用方法，提供数据源认证和完整性保证；ESP协议定义了加密和可选认证的应用方法，提供了数据可靠保证。
- AH认证头协议：提供数据源认证，数据完整性校验和报文防重放功能。发送端对IP头的不变部分和IP净荷进行离散运算，生成一个摘要字段。接收端根据接收的IP报文，对报文重新计算摘要字段，通过摘要字段的比较，判断报文再网络传输期间是否被篡改。
- ESP封装安全荷载协议：除了提供AH认证头协议的所有功能之外，还可以对IP报文荷载进行加密，ESP协议允许对IP报文净荷进行加密和认证、只加密或者只认证，ESP没有对IP头的内容进行保护。
IPSec对等体：
IPSec用于在两个端点之间提供安全的IP通信，通信的两个端点被称为IPSec对等体。
安全联盟：
SA（Security Association）安全联盟定义了IPSec通信对等体之间使用那种摘要和加密算法、什么样的密钥进行数据的安全转换和传输。
IPSec协议的封装模式：
- 传输模式：在IP报文头和上层协议报文头之间插入一个IPSec报文头（AH和ESP）。在这种模式下，原来的IP报文头不变，只是IP协议字段被改为AH或者ESP，并且重新计算IP报文头和校验和。传输模式适用于两台主机，或者是一台主机和一个安全网关之间的通讯。
- 隧道模式：在原始IP报文头外封装一个IPSec报文头（AH或者ESP），然后再最外层封装新的IP报文头，原来的IP报文被当作有效载荷的一部分，受到IPSec的保护。隧道模式一般用在两个安全网关之间。在一个安全网关被加密的报文，只有到达另一个安全网关蔡锷能够被解密。
认证算法与加密算法：
- IPSec可以使用MD5、SHA-1、SHA-2三种认证算法。MD5的计算速度比SHA-1算法快，但是SHA-1的安全性比MD5强，SHA-2的算法相对于SHA-1来说，加密数据的位数上升增加了破解的难度，使得安全性能远远高于SHA-1.
- IPSec可以使用DES、3DES和AES三种加密算法。其中，AES使用128bit、192bit或者256bit的密钥长度的加密算法对明文进行加密。
IKE协商方式建立IPSec隧道
IKE：
IKE建立在Internet安全联盟和密钥管理协议ISAKMP（Internet Security Association and Key Management Protocol）定义的框架上，IKE为IPSec提供了一套不在安全的网络上安全的分发密钥，验证身份，建立IPSec SA的过程，简化了IPSec的管理和使用。
IKE版本：
IKE支持IKEv1和IKEv2两个版本：
- IKEv1：使用两个阶段为IPSec进行密钥协商，其中第一阶段交换和密钥协商定义了两种模式：主模式，和野蛮模式。野蛮模式只能够更快的创建IKE SA，但是没有主模式安全；主模式只能采用IP地址方式标识对等体，但是野蛮模式可以采用IP地址方式或者名称方式标识对等体。
- IKEv2：定义了三种交换，能够比IKEv1更快的创建IKE SA。
虚拟隧道接口建立IPSec隧道
IPSec虚拟隧道接口是一种三层逻辑接口，可以支持动态路由协议，所有路由到IPSec虚拟隧道接口的报文都将进行IPSec保护。其中，虚拟隧道接口可以为GRE隧道接口或者是IPSec隧道接口。