IPSec 协议简介
1. IPSec 协议
IPSec 是一系列网络安全协议的总称，它是由IETF（Internet Engineering Task
Force，Internet 工程任务组）开发的，可为通讯双方提供访问控制、无连接的完整
性、数据来源认证、反重放、加密以及对数据流分类加密等服务。
IPSec 是网络层的安全机制。通过对网络层包信息的保护，上层应用程序即使没有
实现安全性，也能够自动从网络层提供的安全性中获益。这打消了人们对×××
（Virtual Private Network，虚拟专用网络）安全性的顾虑，使得××× 得以广泛应
用。
2. 加密卡
在实际应用中，IPSec 对报文的处理包括进行ESP 协议处理、加密后给报文添加认
证头、对报文完成认证后删除认证头。为了确保信息的安全性，加密/解密、认证的
算法一般比较复杂，路由器IPSec 软件进行加密/解密运算将会占用了大量的CPU
资源，从而影响了整机性能。模块化路由器还可以使用加密卡（模块化硬件插卡）
以硬件方式完成数据的加/解密运算，消除了路由器VRP 主体软件处理IPSec 对性
能的影响，提高了路由器的工作效率。
(1) 加密卡进行加密/解密的工作过程是：路由器主机将需要加密/解密的数据发送
给加密卡，加密卡对数据进行加密/解密运算并给数据添加/删除加密帧头，然
后加密卡将完成加密/解密的数据发送回主机，由主机转发处理后的数据。
(2) 多块加密卡分流处理用户数据：模块化路由器支持多块加密卡，主机软件通过
轮循方式将用户数据发送给多块状态正常的加密卡进行分流处理，实现多块加
密卡对用户数据的同步处理，从而提高了数据加密/解密的处理速度。
(3) 对于应用于加密卡侧的IPSec，当该路由器所有加密卡都状态异常则加密卡将
无法进行IPSec 处理，此时若已经打开主机备份处理开关，并且VRP 主体软
件IPSec 模块支持该加密卡使用的加密/认证算法，则VRP 主体软件IPSec
模块将替代加密卡进行IPSec 处理，实现对加密卡的备份。
3. IPSec 对报文的处理过程
IPSec 对报文的处理过程如下（以AH 协议为例）：
(1) 对报文添加认证头：从IPSec 队列中读出IP 模块送来的IP 报文，根据配置选
择的协议模式（传输或是隧道模式）对报文添加AH 头，再由IP 层转发。
(2) 对报文进行认证后解去认证头：IP 层收到IP 报文经解析是本机地址，并且协
议号为51，则查找相应的协议开关表项，调用相应的输入处理函数。此处理
函数对报文进行认证和原来的认证值比较，若相等则去掉添加的AH 头，还原
出原始的IP 报文再调用IP 输入流程进行处理；否则此报文被丢弃。
4. 与IPSec 相关的几个术语
数据流：在 IPSec 中，一组具有相同源地址/掩码、目的地址/掩码和上层协议
的数据集称为数据流。通常，一个数据流采用一个访问控制列表（acl）来定
义，所有为ACL 允许通过的报文在逻辑上作为一个数据流。为更容易理解，
数据流可以比作是主机之间一个的TCP 连接。IPSec 能够对不同的数据流施
加不同的安全保护，例如对不同的数据流使用不同的安全协议、算法或密钥。
安全策略：由用户手工配置，规定对什么样的数据流采用什么样的安全措施。
对数据流的定义是通过在一个访问控制列表中配置多条规则来实现，在安全策
略中引用这个访问控制列表来确定需要进行保护的数据流。一条安全策略由
“名字”和“顺序号”共同唯一确定。
安全策略组：所有具有相同名字的安全策略的集合。在一个接口上，可应用或
者取消一个安全策略组，使安全策略组中的多条安全策略同时应用在这个接口
上，从而实现对不同的数据流进行不同的安全保护。在同一个安全策略组中，
顺序号越小的安全策略，优先级越高。
安全联盟（Security Association，简称SA）：IPSec 对数据流提供的安全服
务通过安全联盟SA 来实现，它包括协议、算法、密钥等内容，具体确定了如
何对IP 报文进行处理。一个SA 就是两个IPSec 系统之间的一个单向逻辑连
接，输入数据流和输出数据流由输入安全联盟与输出安全联盟分别处理。安全
联盟由一个三元组（安全参数索引（SPI）、IP 目的地址、安全协议号（AH
或ESP））来唯一标识。安全联盟可通过手工配置和自动协商两种方式建立。
手工建立安全联盟的方式是指用户通过在两端手工设置一些参数，然后在接口
上应用安全策略建立安全联盟。自动协商方式由IKE 生成和维护，通信双方基
于各自的安全策略库经过匹配和协商，最终建立安全联盟而不需要用户的干
预。
安全联盟超时处理：安全联盟更新时间有“计时间”（即每隔定长的时间进行
更新）和“计流量”（即每传输一定字节数量的信息就进行更新）两种方式。
安全参数索引（SPI）：是一个32 比特的数值，在每一个IPSec 报文中都携
带该值。SPI、IP 目的地址、安全协议号三者结合起来共同构成三元组，来唯
一标识一个特定的安全联盟。在手工配置安全联盟时，需要手工指定SPI 的取
值。为保证安全联盟的唯一性，每个安全联盟需要指定不同的SPI 值；使用IKE
协商产生安全联盟时，SPI 将随机生成。
安全提议：包括安全协议、安全协议使用的算法、安全协议对报文的封装形式，
规定了把普通的IP 报文转换成IPSec 报文的方式。在安全策略中，通过引用
一个安全提议来规定该安全策略采用的协议、算法等。
实验拓扑图：
配置R1：
inter e1
ip add 192.168.1.1 24
inter s0
ip add 192.168.10.200 24
ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.10.1
acl 3000
rule permit ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 dest 192.168.2.0 0.0.0.255
rule deny ip source any dest any
quit
ipsec proposal tran1
encapsulation-mode tunnel
transform esp
esp authentication-algorithm md5-hmac-96
esp encryption-algorithm des
quit
ipsec policy policy1 10
ipsec policy policy1 10 isakmp
sec acl 3000
proposal tran1
tunnel local 192.168.10.200
tunnel remote 192.168.20.200
quit
ike pre-shared-key 12345 remote 192.168.20.200
inter s0
ipsec policy policy1
[R1]dis cu
Now create configuration...
Current configuration
!
version 1.74
local-user user1 service-type administrator password simple 123
sysname R1
undo pos-server addr-switch
firewall enable
aaa-enable
aaa accounting-scheme optional
!
ike pre-shared-key 12345 remote 192.168.20.200
!
acl 3000 match-order auto
rule normal permit ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 destination 192.168.2.0 0.0.0.255
rule normal deny ip source any destination any
!
ipsec proposal tran1
!
ipsec policy policy1 10 isakmp
security acl 3000
proposal tran1
tunnel local 192.168.10.200
tunnel remote 192.168.20.200
!
controller e1 0
!
interface Aux0
async mode flow
link-protocol ppp
!
interface Ethernet0
ip address 192.168.100.1 255.255.255.0
!
interface Ethernet1
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
!
interface Serial0
clock DTECLK1
link-protocol ppp
ip address 192.168.10.200 255.255.255.0
ipsec policy policy1
!
interface Serial1
link-protocol ppp
!
!
quit
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.1 preference 60
!
return
配置R2：
inter s0
ip add 192.168.10.1 24
inter s1
ip add 192.168.20.1 24
[R2]dis cu
Now create configuration...
Current configuration
!
version 1.74
local-user user1 service-type administrator password simple 123
sysname R2
undo pos-server addr-switch
firewall enable
aaa-enable
aaa accounting-scheme optional
!
ipsec proposal tran1
!
interface Aux0
async mode flow
link-protocol ppp
!
interface Ethernet0
ip address 192.168.100.2 255.255.255.0
!
interface Ethernet1
ip address 192.168.30.1 255.255.255.0
shutdown
!
interface Serial0
link-protocol ppp
ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
!
interface Serial1
link-protocol ppp
ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
!
return
配置R3：
inter e1
ip add 192.168.2.1 24
inter s1
ip add 192.168.20.200 24
ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.20.1
acl 3000
rule permit ip source 192.168.2.0 0.0.0.255 dest 192.168.1.0 0.0.0.255
rule deny ip source any dest any
quit
ipsec proposal tran2
encapsulation-mode tunnel
transform esp
esp authentication-algorithm md5-hmac-96
esp encryption-algorithm des
quit
ipsec policy policy2 10
ipsec policy policy2 10 isakmp
sec acl 3000
proposal tran2
tunnel local 192.168.20.200
tunnel remote 192.168.10.200
quit
ike pre-shared-key 12345 remote 192.168.10.200
inter s1
ipsec policy policy2
R3]dis cu
Now create configuration...
Current configuration
!
version 1.74
local-user user1 service-type administrator password simple 123
sysname R3
firewall enable
aaa-enable
aaa accounting-scheme optional
!
ike pre-shared-key 12345 remote 192.168.10.200
!
acl 3000 match-order auto
rule normal permit ip source 192.168.2.0 0.0.0.255 destination 192.168.1.0 0.0.0.255
rule normal deny ip source any destination any
!
ipsec proposal tran2
!
ipsec policy policy2 10 isakmp
security acl 3000
proposal tran2
tunnel local 192.168.20.200
tunnel remote 192.168.10.200
!
interface Aux0
async mode flow
link-protocol ppp
!
interface Ethernet0
ip address 192.168.100.9 255.255.255.0
!
interface Ethernet1
ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
!
interface Serial0
link-protocol ppp
!
interface Serial1
clock DTECLK1
link-protocol ppp
ip address 192.168.20.200 255.255.255.0
ipsec policy policy2
!
quit
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.20.1 preference 60
!
return
结果：
