IPsec配置超级指南.docx

1、IPsec配置超级指南IPsec配置超级指南IPsec-VPN-virtual private network什么是VPN-虚拟专用网VPN作用-通过公网实现远程连接，将私有网络联系起来VPN的类型：1、overlay的VPN，例如IPsec-VPN2、peer-to-peer的VPN，例如MPLS-VPN还可以分为二层VPN和三层VPNIPsec-VPN是三层的VPNIPsec-VPN的分类:1、site-to-site VPN 也叫 LAN-to-LAN VPN （要求两个站点都要有固定的IP）2、EASY-VPN 也叫 remote VPN （通常用于连接没有固定IP的站点）IPsec-

2、VPN提供三个特性：1、authentication 每一个IP包的认证2、data integrity 验证数据完整性,保证在传输过程中没有被人为改动3、confidentiality （私密性）数据包的加密知识准备在学习IPsec技术之前，先要学习以下几点知识1、加密机制2、DH密钥交换算法3、认证机制4、散列机制加密机制-密码学分为两类：对称加密算法-使用一把密匙来对信息提供安全的保护。只有一个密匙，即用来加密，也用来解密特点：1、速度快2、密文紧凑3、用于大量数据的传送对称加密代表：DES、3DES、AES3DES-有三个密匙，用第一个密匙加密，用第二个密匙解密，再用第三个密匙加密非对

3、称加密-有一对密匙，一个叫公匙，一个叫私匙，如果用其中一个加密，必须用另一个解密。特点：1、速度慢2、密文不紧凑3、通常只用于数字签名，或加密一些小文件。非对称加密的代表：RSA、ECC非对称加密代表RSA-有一对密匙，一个公匙，一个私匙，私匙加密，公匙解密,或者公匙加密，私匙解密非对称加密可以有两种应用：1、公钥加密，私钥解密，叫加密2、私钥加密，公钥解密，叫数字签名理想的应用方法，用非对称加密法来传送对称加密的密匙，或用在数字签名当中。用对称加密法来加密实际的数据。数字签名不但证明了消息的内容，还证明了发送方的身份。密钥化的HASH-使用密钥对生成的消息摘要进行加密时，被称为加密的消息摘要

4、。diffie-hellman key exchange-DH算法是一种安全的让通信双方协商出一个共享密匙的方法。用对方的公匙和自已的私匙产生一个双方都能知道的KEY(也叫共享的密秘)，作对称加密用DH group 1的长度是768位 (产生出的KEY的长度)DH group 2的长度是1024位认证机制-（这里所指的是设备的认证，而不是用户的认证）现代的基本加密技术要依赖于消息之目标接收者已知的一项秘密，关键的问题是如何保障密钥的安全。1、用户名和密码2、OTP（one time password）一次性密码3、生物认证（指纹、眼膜）4、预共享密钥5、数字证书6、加密临时值散列机制-用来做完

5、整性检验散列函数（就是HASH）-把一大堆数据经过计算得到一个较小的、定长的值，散列是一种不可逆函数。这意味着一旦明文生成散列，就不可能或者说极端困难再将其由散列转换成明文。HASH的特点：1、不管输入什么数据，输出是定长的2、只要输入有一点微小变化，输出就会发生很大的变化，也就是雪崩效应3、不可逆 HASH的算法：1、md5 提供128位的输出 md5是验证，不是加密技术，用来做哈希2、SHA 提供160位的输出HMAC-使用散列的消息认证编码，或者叫密钥化的HASH，是一种使用HASH来进行认证的机制。可以用来做预共享密钥的认证。-IP sec 的组成-IPsec协议集包括三个协议：1、i

6、nternet key exchange(IKE)密匙交换协议 协议双方使用的算法，密匙，协商在两个对等体之间建立一条遂道的参数，协商完成再用下面的方法封装数据。 IKE动态的，周期性的在两个PEER之间更新密钥2、encapsulating secutity payload(ESP)封装安全负载 可以对数据包认证，加密,封装，IP中协议号-50，通常使用3DES来进行加密3、authentication header (AH) 只提供认证，封装，不提供加密，明文传送,IP中协议号-51IPsecVPN的两种模式-一、传输模式：不产生新的IP头，在原包头之后插入一个字段,当通信点等于加密点用这

7、种方法原始IP头 | (ESP或AH) | Data二、通道模式：产生一个新IP包头，当通信点不等于加密点用这种方法，site-to-site的VPN就是这种模式,因为通信点的IP头通常不是一个公网上可路由的头部，而新的IP头用的是两个peer之间的IP地址。新IP头 | (ESP或AH) | 原始IP头 | Data通信点：实际通信的设备加密点：进行加密的设备ESP封装中只对原始IP分组进行完整性检验AH封装中进行完整性检验还包括新的IP头-IKE密匙交换协议IKE的作用：用于在两个peer之间协商建立IPsec-VPN通道1、协商参数2、产生KEY，交换KEY、更新KEY3、对双方进行认证

8、4、对密钥进行管理也是由三个不同的协议组成：1、ISAKMP-定义了信息交换的体系结构,也就是格式2、SKEME-实现公钥加密认证的机制3、Oakley-提供在两个IPsec对等体间达成相同加密密钥的基于模式的机制ISAKMP基于UDP，源目端口都是500site-to-site ipsec VPN的协商过程,分两个阶段要想在两个站点之间安全的传输IP数据流，它们之间必须要先进行协商，协商它们之间所采用的加密算法，封装技术以及密钥。这个协商过程是通过IKE来完成的，IKE协商分两个阶段运行：阶段一：在两个对等体设备之间建立一个安全的管理连接。没有实际的数据通过这个连接。这个管理连接是用来保护第

9、二阶段协商过程的。阶段二：当对等体之间有了安全的管理连接之后，它们就可以接着协商用于构建安全数据连接的安全参数，这个协商过程是安全的，加了密的。协商完成后，将在两个站点间形成安全的数据连接。用户就可以利用这些安全的数据连接来传输自已的数据了。第一阶段：建立ISAKMP SA 协商的是以下信息：1、对等体之间采用何种方式做认证，是预共享密钥还是数字证书。2、双方使用哪种加密算法3、双方使用哪种HMAC方式，是MD5还是SHA4、双方使用哪种Diffie-Hellman密钥组5、使用哪种协商模式（主模式或主动模式）6、还要协商SA的生存期第二阶段：建立IPsec SA 协商的是以下信息：1、双方使

10、用哪种封装技术，AH还是ESP2、双方使用哪种加密算法3、双方使用哪种HMAC方式，是MD5还是SHA4、使用哪种传输模式，是隧道模式还是传输模式5、还要协商SA的生存期第一阶段的协商过程总共有6条消息：1、消息1和消息2用于peer之间协商加密机制 ISAKMP包含有ISAKMP头、SA负载、提议负载、转换负载等字段 总之是让双方协商好我们之间使用啥子协议、加密方法 具体是要协定四个东东：加密机制、散列机制、DH组、认证机制2、消息3和消息4用于相互之间交换公共密匙 两端的peer先各自生成自已的私匙和公匙，同时还产生一个临时值。然后再使用消息3或消息4将各自的公匙和临时值进行交换。 交换完

11、公匙后，每个peer先根据对方的公匙和自已的私匙生成一个共享秘密（使用DH算法），再根据共享秘密、对方和自已的临时值、预共享密钥产生出三个SKEY： SKEYID_d-此密匙被用于计算后续IPsec密匙资源 SKEYID_a-此密匙被用于提供后续IKE消息的数据完整性以及认证 SKEYID_e-此密匙被用于对后续IKE消息进行加密 消息3和4的ISAKMP包含以下字段：ISAKMP包头、密匙交换负载（KE）、临时值负载3、消息5和消息6用于两个peer之间进行认证，这两个消息是用SKEYID_e进行过加密的。 每个peer根据一大堆东东(包括SKEYID-a、预共享密钥、标识ID)生成一个Ha

12、sh值，再将这个值和自已的标识ID（通常是IP或主机名）发送给对方。当然，使用的就是消息5或消息6。 每个peer收到对方的ID和Hash值后，先根据对方的ID找到对方的公匙，再计算本地Hash值,如果本地Hash值和对方的Hash值一样，就表示认证成功。 这一步完成后，IKE SA被建立，主模式认证完成第二阶段的协商过程总共有3条消息：1、第一、二条信息是两个peer之间协商形成IPsec SA的封装协议、模式、加密算法，还要互发用DH重新生成的新的公匙和临时值，以及其它一些参数，像SPI、ID等等。2、第三条消息通常由发起者发送给响应者，起一个确认的作用，也用来验证通信信道的有效性 第三条

13、信息发送前，两端的peer必须先用和DH相关的信息（新的私钥和对方公钥）生成一个新的DH秘密，然后用该值和SKEYID_d以及其他一些参数一起来生成最终加解密的KEY。-SA-安全关联SA是两个通信实体经协商建立起来的一种协定，它们决定了用来保护数据包安全的IPsec协议、转码方式、密钥、以及密钥的有效存在时间等等。任何IPsec实施方案始终会构建一个SA数据库（SA DB），由它来维护IPsec协议用来保障数据包安全的SA记录。SA是单向的-如果两个主机（比如A和B）正在通过ESP进行安全通信，那么主机A就需要有一个SA，即SA（OUT），用来处理外发的数据包，另外还需要有一个不同的SA，即

14、SA（IN）用来处理进入的数据包。主机A的SA（OUT）和主机B的SA（IN）将共享相同的加密参数（比如密钥）。SA还要根据协议来区分，如果两个主机间同时使用ESP和AH，对于ESP和AH会生成不同的SA。SADB-安全关联数据库，包含双方协商的IKE和IPsec安全信息SPI-安全参数索引，是一个32位的值，用来标识用于处理数据包的特定的那个安全联盟。或者这样理解，用于唯一定义一条单向的IPsec通道。这个号码存在于ESP包头中，通道两端必须一致。SA分为两种-1、IKE（ISAKMP）SA 协商对IKE数据流进行加密以及对对等体进行验证的算法2、IPsec SA 协商对对等体之间的IP数据

15、流进行加密的算法对等体之间的IKE SA只能有一个对等体之间的IPsec SA可以有多个PFS-完善转发安全性，是一种IKE协商中发起者可以向响应者提供建议的属性，是一种强制对等体双方在快速模式交换中产生新的DH秘密的属性。这允许使用新的DH秘密生成用于加密数据的加密密钥。-配置实例：步骤：1、configure crypto ACL 配置感兴趣流,需要加密的流量就是感兴趣流。2、establish ISAKMP policy 第一阶段的策略3、configure IPsec transform set 第二阶段的策略4、configure crypto map5、apply crypto m

16、ap to the interface 在接口下应用6、configure interface ACL 确定在外网接口放行哪些流量一、定义感兴趣流：ip access-list extended VPN permit ip 172.16.1.0 0.0.0.255 172.16.2.0 0.0.0.255二、IKE第一阶段crypto isakmp policy 10 encryption des hash md5 authentication pre-share group 2crypto isakmp key cisco address 202.100.1.2 pre-share key

17、的定义三、IKE第二阶段crypto ipsec transform-set MYSET esp-des esp-md5-hmac mode tunnel四、把感兴趣流与转换集映射一下crypto map MYMAP 100 ipsec-isakmp set peer 202.100.1.2 设置VPN对等体的地址 set tranform-set MYSET 设置转换集 match address VPN 感兴趣流和转换集的绑定 五、MAP与接口绑定int s0 crypto map MYMAP六、设定接口只允许跑VPN流量,在接口入设置access-list 100 permit udp

18、any eq 500 any eq isakmpaccess-list 100 permit esp any anyaccess-list 100 permit ip 172.16.2.0 0.0.0.255 172.16.1.0 0.0.0.255 由于ACL会二次查找，所以还要放行私网的流量show crypto isakmp policyshow crypto isakmp sa 第一阶段的SAshow crypto ipsec sa 第二阶段的SAshow crypto engine connections activeshow crypto mapcrypto ipsec secur

19、ity-association lifetime seconds|kilobytes 第二阶段的一个协商时间，也就是说多长时间后重新协商密匙。也可按已发了多少流量来进行协商。哪个数值先到就先起效。cryto isakmp keepalive 10 3IPsec通道的终结：当流量超过上限后或者超时自动终结clear crypto isakmp 清第一阶段 clear crypto sa 清第二阶段clear crypto session 在新版的IOS中，用这条命令全清debug crypto isakmpdebug crypto ipsec配置IPsec-VPN的注意点：1、路由2、感兴趣流量

20、3、策略4、调用接口设定ACL：设定接口只允许跑VPN流量,在接口入设置access-list 100 permit udp any eq 500 any eq isakmpaccess-list 100 permit esp any any或access-list 100 permit ahp any any注意：在老IOS中，对包解密后还会再匹配一次访问列表，新的IOS中就不会，所以在老的IOS中要加入一条access-list 100 permit ip 192.168.3.0 0.0.0.255 192.168.2.0 0.0.0.255IPsec中的路由问题：R1 需要有4.4.4.

21、0的路由R2 需要有4.4.4.0 1.1.1.0 30.0.0.0的路由R3 需要有1.1.1.0 4.4.4.0 20.0.0.0的路由R4 需要有1.1.1.0的路由-GREGRE通用路由封装-一个三层协议，能够将各种不同的数据包封装成IP包，然后通过IP网络进行传输。也就是说能对其它的IP包或非IP包进行再封装，在原始包头的前面增加一个GRE包头和一个新IP包头。明文传送，没有安全性。在IP中的协议号47。GRE封装格式：20字节 4字节GRE有很好的隧道特性1、支持多协议2、支持组播缺点是不安全IPsec的特点：1、能提供安全的传输保证2、但只能支持IP，不能支持其他协议小知识：在t

22、unnal中，指定目标地址之后，只要在本地路由表中有这个地址，tunnal就会upGRE over IPsec(实用性很高的技术，不像IPsecVPN那样麻烦)原理：在tunnel中，先用GRE对数据包封装成IP包，再用IPsec加密，默认是通道模式红色部分是加密的部分IPsec只能对IP包加密，不能对非IP包加密。注意在GRE over IPsec中感兴趣流的定义：（所有的GRE流量都是感兴趣流）access-list 100 permit gre host 202.100.13.3 host 202.100.12.2 必须定义公网地址因为当感兴趣流量过来时：1、先查路由，进入tunnel口

23、2、封装GRE后，进入S口撞击map当封装了GRE后，外部的IP地址用的就是公网地址了，所以感兴趣流量必须定义为公网地址。由于在接口下会两次检查ACL，所以如果在物理接口下放ACL，要同时放行ESP和GRE流量，还有isakmp的协商流量。GRE over IPsec 技术建议使用传输模式因为通信点等于加密点试验：一、配置tunnelinterface tunnel 1 tunnel source 202.100.1.1 tunnel destination 202.100.1.2 tunnel gre ip ip address 12.1.1.1二、运行路由协议router eigrp 90

24、 network 172.16.1.0 0.0.0.255 network 12.1.1.0 0.0.0.255三、开始配置IPsec，先定义感兴趣流：(注意这里的定义)ip access-list extended VPN permit gre any any四、IKE第一阶段crypto isakmp policy 10 encryption des hash md5 authentication pre-share group 2crypto isakmp key cisco address 202.100.1.2 pre-share key 的定义五、IKE第二阶段crypto ips

25、ec transform-set MYSET esp-des esp-md5-hmac mode tunnel六、把感兴趣流与转换集映射一下crypto map MYMAP 100 ipsec-isakmp set peer 202.100.1.2 设置VPN对等体的地址 set tranform-set MYSET 设置转换集 match address VPN 感兴趣流和转换集的绑定 七、MAP与接口绑定int s0 crypto map MYMAP八、设定接口只允许跑VPN流量,在接口入方向设置用在物理接口下-access-list 100 permit udp any eq 500 a

26、ny eq isakmpaccess-list 100 permit esp any anyaccess-list 100 permit gre any any-site-to-site VPN的缺点：1、需要两端有固定的公网IP2、两端的配置太过复杂RemoteVPN-easyVPN-remote access 使用这种方法实现两个主要目的：1、简单的client配置,easy VPN remote2、中心的server，动态的推送配置到client,easy VPN server所以client很easy,server端的配置一点都不easy远程连接有哪些困难需要克服：1、IPsec的客户

27、端使用server端未知的IP地址来连接网关，这样就不可能在两端定义一个预共享密钥。2、IPsec的客户端通常希望用私网IP进入专用网络，而不是公网IP3、IPsec的客户端必须使用DNS服务器、DHCP服务器和其他一些在专用网络上作为信息主要来源的服务器，而不是使用ISP的服务器。4、IPsec客户端常在PAT设备之后进行连接，但由于ESP要加密TCP或UDP头中的信息，端口自然也加密了，PAT将不能正常工作。为解决以上难题，设计了IKE协商的1.5阶段。IKE的1.5阶段由两部分组成-1、x-auth扩展认证2、模式配置在远程IPsec连接中，通常使用IKE主动模式。只有三条消息交换。扩展

28、认证-允许认证IPsec客户端的使用者，被IPsec网关认证。可以先让所有的客户都使用同一个预共享密钥连接到IPsec网关，然后再使用扩展认证来确定用户的身份，等于要进行两次认证。这样就解决了第一个问题（IPsec两端无法定义预共享密钥的难题）。扩展认证是基于每一个用户的，一般靠IPsec网关与AAA服务器结合来实现。扩展认证在IKE第一阶段完成后进行，扩展认证总共有四个消息的交换。消息一：IPsec网关发向客户端，询问用户名和密码消息二：客户端发向IPsec网关，回应用户名和密码消息三：IPsec验证完毕后，通知客户端成功或失败消息四：如果收到成功的消息，客户端返回一个确认模式配置：允许IPsec网关为客户端推送一个内部的IP地址和DNS服务器等信息。这样客户端就可以用这个内部的IP地址进入专用网络。NAT-T也叫NAT透明用于解决在发生PAT的情况下进行正确的地址转换解决方法-将ESP分组再封装进一个UDP头中。VPN 3005以上的设备都可以做server1700、1800可以做client，实际上不光可以用硬件来做client，软件也可以做，在移动办公中就是软件做1800以上都可以做serv