IPsec VPN基本原理详细解析

保命要紧

转自网易博客：http://blog.163.com/hello_polo/blog/static/3260299320077735530948/


IPSEC是一套比较完整成体系的VPN技术，它规定了一系列的协议标准。如果不深入探究IPSEC的过于详细的内容，我们对于IPSEC大致按照以下几个方面理解。

1. 为什么要导入IPSEC协议

导入IPSEC协议，原因有2个，一个是原来的TCP/IP体系中间，没有包括基于安全的设计，任何人，只要能够搭入线路，即可分析所有的通讯数据。IPSEC引进了完整的安全机制，包括加密、认证和数据防篡改功能。
另外一个原因，是因为Internet迅速发展，接入越来越方便，很多客户希望能够利用这种上网的带宽，实现异地网络的的互连通。IPSEC协议通过包封装技术，能够利用Internet可路由的地址，封装内部网络的IP地址，实现异地网络的互通。

2. 包封装协议

设想现实一种通讯方式。假定发信和收信需要有身份证（成年人才有），儿童没有身份证，不能发信收信。有2个儿童，小张和小李，他们的老爸是老张和老李。现在小张和小李要写信互通，怎么办？
一种合理的实现方式是：小张写好一封信，封皮写上 "小张-->小李"，然后给他爸爸，老张写一个信封，写上“老张-->老李”，把前面的那封信套在里面，发给老李，老李收到信以后，打开，发现这封信是给儿子的，就转给小李了。小李回信也一样，通过他父亲的名义发回给小张。
这种通讯实现方式要依赖以下几个因素：
* 老李和老张可以收信发信
* 小张发信，把信件交给老张。
* 老张收到儿子的来信以后，能够正确的处理（写好另外一个信封），并且重新包装过的信封能够正确送出去。
* 另外一端，老李收到信拆开以后，能够正确地交割小李。
* 反过来的流程一样。
把信封的收发人改成Internet上的IP地址，把信件的内容改成IP的数据，这个模型就是IPsec的包封装模型。小张小李就是内部私网的IP主机，他们的老爸就是VPN网关，本来不能通讯的两个异地的局域网，通过出口处的IP地址封装，就可以实现局域网对局域网的通讯。
引进这种包封装协议，实在是有点不得已。理想的组网方式，当然是全路由方式。任意节点之间可达（就像理想的现实通讯方式是任何人之间都可以直接写信互通一样）。
Internet协议最初设计的时候，IP地址是32位，当时是很足够了，没有人能够预料到将来Internet能够发展到现在的规模（相同的例子发生在电信短消息上面，由于160字节的限制，很大地制约了短消息的发展）。按照2的32次方计算，理论上最多能够容纳40亿个左右IP地址。这些IP地址的利用是很不充分的，另外大约有70％左右的IP地址被美国分配掉了（谁让人家发明并且管理Internet呢？）所以对于中国来说，可供分配的IP地址资源非常有限。
既然IP地址有限，又要实现异地lan-lan通讯，包封包，自然是最好的方式了。

3.安全协议（加密）

依然参照上述的通讯模型。
假定老张给老李的信件要通过邮政系统传递，而中间途径有很多好事之徒，很想偷看小张和小李（小张小李作生意，通的是买卖信息）通讯，或者破坏其好事。
解决这个问题，就要引进安全措施。安全可以让小李和小张自己来完成，文字用暗号来表示，也可以让他们的老爸代劳完成，写好信，交给老爸，告诉他传出去之前重新用暗号写一下。
IPSEC协议的加密技术和这个方式是一样的，既然能够把数据封装，自然也可以把数据变换，只要到达目的地的时候，能够把数据恢复成原来的样子就可以了。这个加密工作在Internet出口的VPN网关上完成。

4.安全协议（数据认证）

还是以上述通讯模型为例，仅仅有加密是不够的。
把数据加密，对应这个模型中间，是把信件的文字用暗号表示。
好事之徒无法破解信件，但是可以伪造一封信，或者胡乱把信件改一通。这样，信件到达目的地以后，内容就面目全非了，而且收信一方不知道这封信是被修改过的。
为了防止这种结果，就要引入数据防篡改机制。万一数据被非法修改，能够很快识别出来。这在现实通讯中间可以采用类似这样的算法，计算信件特征（比如统计这封信件的笔划、有多少字），然后把这些特征用暗号标识在信件后面。
收信人会检验这个信件特征，由于信件改变，特征也会变。所以，如果修改人没有暗号，改了以后，数据特征值就不匹配了。收信人可以看出来。
实际的IPSEC通讯的数据认证也是这样的，使用md5算法计算包文特征，报文还原以后，就会检查这个特征码，看看是否匹配。证明数据传输过程是否被篡改。

5.安全协议（身份认证）

还是假定小张小李通讯模型。
由于老张和老李不在一个地方，他们互相不能见面，为了保证他们儿子通讯的安全。老张和老李必须要相互确认对方是否可信。这就是身份认证问题。
假定老李老张以前见过面，他们事先就约定了通讯暗号，比如1234567890对应abcdefghij， 那么写个255，对应就是一个bee。
常见的VPN身份认证可以包括预共享密钥，通讯双方实现约定加密解密的密码，直接通讯就可以了。能够通讯就是朋友，不能通讯就是坏人，区分很简单。
其他复杂的身份认证机制包括证书（电子证书比如x509之类的），比较罗里罗嗦，这里就不具体展开了，怕有兄弟看了打瞌睡。如果需要，可以找我要更具体的技术白皮书以及相关的身份认证文档。如果有身份认证机制，密钥的经常更换就成为了可能。

6.其他

解决了上述的几个问题，基本可以保证VPN通讯模型能够建立起来了。
但是并不完美，这是最简单的VPN。即通过对端两个静态的IP地址，实现异地网络的互联。美国的很多VPN设备就作到这一级，因为美国IP地址充裕，分配静态IP地址没有问题。苦的是我等中国客户，2端都需要静态IP地址，相当于2根Internet专线接入。
VPN要在中国用起来，还要解决一堆的相关问题。下一个节将给大家描述IPSEC VPN在中国应用会遇到的哪些问题。

matthew

收藏了啊...

谢谢咯!

ch5802125

ding shang  hehe  bu cuo

kinron

楼主  不错哦。  有空整成文档  方便大家阅读

飘鸟

写的相当精辟。。。。谢谢楼主

aniu169

喜欢这种通俗易懂的讲解方式  谢谢了 很经典

qq35956694

知道的

lcy06

thank you !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Criss

学习了，多谢分享

Criss

精辟！！！！！！！！！！！！！！