1、×××的产生背景：
随着时代的发展，一家公司的要跟很多分部连接在一起，以便资源共享，协同工作，提高工作效率，但是传统的专线联网方式价格昂贵，这时候低成本的×××技术就孕育而生了。×××（Virtual Private Network）虚拟专用网。它可以接入公共网络来传输私有的数据，最主要的就是成本低这一优势。
2、×××的两种连接方式：
站点到站点（Site-to-Site）和远程访问（Remote Access）连接方式。
*站点到站点×××：对于终端来说，是透明的，即用户感觉不到×××技术的存在，而是觉得相互访问的站点位于同一子网。
主要的×××有：
GRE（Generic Routing Encapsulation，通用路由封装）——能对网络层的数据报文进行封装，采用了GRE tunnel技术，是××× 的三层隧道协议。
PSec ×××：可以为IP网络提供透明的安全服务，保护TCP/IP 通信避免咋遭到窃听和篡改。优势在于灵活，安全，经济，扩展性方面。
MPLS ×××：是指采用MPLS技术在宽带IP的骨干网络上构建企业的IP专网，以实现跨地区，安全，高速，可靠的数据通信传输，MPLS ×××结合区分服务和流量工程等相关技术，将公共网络可靠的性能，良好的扩展性，丰富的功能与专用网的安全，灵活，高效的结合在了一起，可以为用户提供高质量的服务。
*远程访问：站点对站点的×××技术只能使用在公司站点之间。假如是客户在外部出差，那么就需要使用远程访问的×××技术，这种情况一般需要在客户的计算机上安装×××客户端，并且通过这个客户端拨号到公司的×××网关。拨号成功就建立起虚拟通道连接到公司的×××网关，然后获取公司内网的一个地址，然后用这个地址来来访问公司内部的服务器。
主要的×××有：
PSec ×××：不仅用于站点到站点。
VPDN（Virtual Private Dial-up Networks,虚拟私有拨号网络）：是×××的一种，包含了PPTP，L2TP，PPPOE，是基于拨号用户的×××拨号业务。VPDN是利用IP网络的承载功能结合相应的认证和授权机制建立起来的一种安全的×××
SSL ×××（Security Socket Layer，SSL）：是指基于安全套接层协议（SSL）建立远程安全访问通道的×××技术。
3、IPSec基本理论：
①IPSec对×××流量提供的三方面的保护：私密性（对数据进行加密），完整性（保证数据的传输过程中无第三方篡改），源认证（对发送数据包的源进行认证，确保是合法的发送者）。
②IPSec框架：没有定义具体的加密和散列函数。每一次IPSec会话所使用的具体算法都是通过协商确定的。
协商通过的不仅是函数算法，还有其他的：
③、散列函数（HASH函数）——主要任务，验证数据的完整性。
特点：
1.固定大小：（散列函数可以接收任意大小的数据，并输出固定大小的散列值，例如，不管数据大小，MD5算出的hash值总是128bit，而SHA-1算出的长度则为160bit）。
2.雪崩效应：原始的数据改变一点得到的hash将会发生巨大改变。
3.单向：只能从数据计算出hash；不可能将hash反推数据。
4.冲突避免：几乎不能找到另一个数据和当前数据计算的hash一样，因此hash能够确保数据的唯一性
由于hash只能保证数据而动完整性，而不能保证数据的源认证，所以存在中间人的×××风险，那么用HMAC来弥补这一缺陷（Keyed-hash Message Authentication Code，密钥化散列信息认证代码）这项技术不仅能够实现完整性校验，还能都提供对源的认证。
④、加密算法
分类：
对称加密（DES，3DES ,AES，RC4）
非对称加密（RSA：数字签名和数字证书的主流协议；DH：IPSec产生密钥资源的主要协议；ECC：椭圆曲线算法）
*对称：相同的密钥（加密密钥和解密密钥一致）视为对称。分为流加密（AES）和块加密（DES，3DES）
特点：
优点：
速度快，安全，紧凑
缺点：
明文传输共享密钥，易出现中途窃听，劫持的问题；
随着参与者数量的增加，密钥数量急剧膨胀（N*(N-1)/2）；
因为密钥数量较多，对密钥的存储管理也是一个问题；
不支持数字签名和不可否认性。
1、DES：块加密算法，将数据包预先切分成很多大小相同的块（DES算法是每块64bit），之后使用DES算法逐块加密，若不够64比特的数据，那么就需要填充够64比特。加密后的数据会比原始的数据略大，以一个1500B的数据为例，DES加密后，最多增加8B（64比特），所以可以认为DES算法加密后是紧凑的。（DES的两种块加密方式：电子代码本 ECB和密码块连接 CBC）
ECB：对每一块都是使用相同的DES密钥进行加密。
CBC：会随机产生一个IV（初始化向量）字段，第一个明文块+IV→异或→DES加密→密文1；
密文1+下一明文块→异或→DES加密→密文2；
密文2+·····
（每个数据包都会使用随机产生的IV字段进行扰乱，且整个加密的块是连接在一起的，任何一个块的解密失败，那么其余部分就都失败了）。
*非对称：一个密钥的加密信息，必须使用另一个密钥来解密。（私钥加密公钥解密；公钥加密私钥解密）
我们可以使用非对称密钥算法来加密数据和对数据进行数字签名。
加密数据：非对称加密速度极慢，所以加密数据并不好。所以实际中主要使用非对称算法对密钥加密，以进行密钥的交换。
签名：签名的目的就是对某一份文件进行确认。以保证不可抵赖。数字签名的校验成功，保证了传输的数据的完整性和源认证。
非对称密钥步骤：
步骤1——发送方预先获取接收方的公钥；
步骤2——发送方使用接收方的公钥进行加密；
步骤3——中途获取者没有接收者的私钥，不能解密；
步骤4——接收方利用自己的私钥进行解密。
使用私钥加密，公钥解密完成数字签名——实现完整性校验，源认证，不可否认性。
数字签名的安全特性：安全性校验和源认证。
工作特点：用密钥加密的数据只能公钥解密。
优点：安全；
密钥的数目额=和参与者的数目相同；
在交换公钥之前不需要建立某种信任关系；
支持数字签名和不可否认性。
缺点：
加密速度极慢；
密文会变长很多。
*综合各自的优点的加密方案：
⑤、IPSec有ESP（Encapsulation Security Payload）和AH（Authentication Header）两种封装协议
*ESP：
能够保证私密性，完整性和源认证；并且能够抵御重放×××。
IP协议号50；
ESP字段解释：
1、SPI（安全参数索引）32bits——处理数据包的安全关联,用于标识唯一的一个IPSec SA
2、SN（序列号）32bits——标识一个ESP数据包，序号单调递增
3、Initialization Vector（初始化向量）32bits——IV，使用CBC加密的数据包会产生一个随机数（IV），用于加密时对数据进行扰乱（假如IPSec ×××不加密的话这一字段就不存在）
4、Payload Data（负载数据）——即IPSec加密所保护的数据（封装模式不同会影响负载数据的内容）
5、Padding（垫片）——用于补足块加密时候的块比特不足（假如不加密就没有这一字段）
6、pad Length（垫片长度）——告诉接收方，垫片数据的长度，接收方接收后就可以去掉这部分多余的填充
7、Next Header（下一个头部）——标识IPSec封装负载数据里面的下一个头部（封装模式不同，下一个头部也会发生变化，例如传输模式的下一头部是TCP/UDP；隧道模式的下一头部肯定是IP）这里可以看出IPSec设计初衷是为IPv6
8、Authentication Data（认证数据）——ESP会从ESP头部到ESP尾部的所有数据进行验证（即做HMAC）得到的hash值就会被放到认证数据部分，接收方可以通过这个认证数据部分对ESP数据包进行完整性和源认证的校验。
*AH：
只能对数据完整性和源认证做保证；能抵御重放×××。
IP协议号51；
AH不能广泛使用的原因：1、不提供私密性，2、AH要验证原始IP头部（IPv4过NAT，地址会改变，抵达目的地之后就不能通过验证）
AH做IP头部校验的部分：服务类型；旗标，分段偏移；存活时间；头校验和。
⑥、IPSec的两种数据封装模式：
1、传输模式：（需要全局可路由）
2、隧道模式：
&&&&&&密钥有效期：长期使用相同密码来加密数据时不明智的，IPSec ×××的默认密钥有效期的3600秒更新一次。但是Cisco每小时更换的密钥是和上一个密钥有关系的，经过上一个密钥衍生出来的。要实现PFS（Perfect Forward Secrecy）完美向前保密的密钥更新的话，就要启用PFS，当每一小时更新的时候，展开一次全新的DH交换，这样就和前面的密钥没有关系了。
⑦、互联网交换协议（IKE）Internet key EXCHANGE
我们知道IPSec ×××提供的服务需要经过：预先协商加密协议；散列函数；封装协议；封装模式；和密钥有效期等内容。而具体执行协商任务的协议就叫做IKE协议。（对数据进行安全处理的一系列相关参数就叫SA，安全关联参数，用SPI号来区分）。
1、IKE的主要完成的3方面（功能）：
*对建立的双方进行认证（需要预先协商认证方式）
*通过密钥交换，产生用于加密和HMAC的随机密钥（即产生密钥资源和管理密钥资源（有效期））
*协商协议参数（加密协议，散列函数，封装协议，封装模式和密钥有效期）
协商完成后的结果叫做安全关联SA；SA有两种类型，一种是IKE SA，是对IKE的数据流量进行安全处理的一个安全关联参数；另一种是IPSec SA，IPSec SA维护的是安全防护实际用户流量（通信点之间流量）的细节。
2、IKE有三个协议组成：
*SKEME：决定了IKE的密钥交换方式；
*Oakley：决定了IPSec的框架设计；
*ISAKMP：IKE的本质协议，决定了包封装与交换，还有模式切换。（封装在UDP 500上的）
有时候把ISAKMP看做是IKE，但是如果要区别二者的话，那就是IKE可以决定密钥的交换方式，而ISAKMP不能。
3、IKE的两个阶段和三个模式：
*两个阶段：第一阶段和第二阶段
第一阶段协商：可以使用6个包的主模式或者是3个包的主动模式（野蛮模式）
目的：对建立IPSec的双方进行认证，以确保只有合法的对等体才能建立IPSec ×××
协议结果：IKE SA
——使用主动模式的情况：通过预共享密钥认证的远程访问×××（Cisco的技术名叫做Ez×××）换言之，使用证书认证的Ez×××也是通过6 个数据包交换的主模式来完成的。 |
第二阶段协商：使用3个包交换的快速模式来完成；
目的：根据需要加密的实际流量（感兴趣流），来协商保护这些流量的策略；
协商结果：IPSec SA
一旦双方在第一阶段建立起来了信任关系，那么他们就没有必要一直重复进行认证了，接下来双方的议题就是根据第一阶段协商的IKE SA，给两个站点之间的很多需要被加密的流量协商不同的第二阶段策略（IPSec SA）。
4、主模式的交换的6个数据包需要完成的任务：（双向）
1-2个：通过核对收到的ISAKMP数据包的源IP地址以确认收到的ISAKMP数据包是否来源于合法的对等体；协商IKE策略（为认证准备好策略）。
注意，ISAKMP包是使用源目端口为UDP 500传输的。
策略包含内容：加密策略；散列函数；DH组；认证方式；密钥有效期
3-4个：交换密钥；为保护5-6包的安全算法提供密钥资源
这里使用的是DH（Diffie-Hellman）算法，这是一个非对称加密算法，单向函数。
5-6个：在安全的环境下进行认证（IKE5-6包开始，后面都是使用IKE1-2包交换所协商的加密和HMAC算法进行安全保护）
*IPSec有三种认证方式：预共享密钥认证，证书认证，RSA加密随机数认证
5、快速模式的1-3个数据包的交换：（单向）
在快速模式中，1-3个包交换的主要目的就是安全的环境下，基于感兴趣流量协商处理这个感兴趣流的IPSec策略，这些策略包括：
感兴趣流，加密策略，散列函数，封装协议，封装模式，密钥有效期。
可以看到的是接收方决定的SPI号，第二个包中的SPI号维护发起方到接收方的流量；第三个包中的SPI号维护的是接收方到发起方的流量（也就是目的设备决定了SPI值，因为发起方到接收方的IPSec SA的SPI是由接收方产生的，并通过下一个（第二个）包发送给发起方）