网络安全——网络层安全协议（2）

   

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  目录
 
 前言
一.IPSec体系结构
1.IPSec体系结构
2. IPSec驱动步伐
① IPSec驱动步伐
② IPSec工作流程

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 前言

本章将会讲解网络层的安全协议，了解IPSec体系结构，与工作原理。

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一.IPSec体系结构

1.IPSec体系结构

IPSec(Internet协议安全)是一个工业标准网络安全协议，为IP网络通讯提供透明的安全服务，保护TCP/IP通讯免遭窃听和篡改，可以有用反抗网络攻击，同时保持易用性。

IPSec有两个根本目的：
①保护IP数据包安全。
②为反抗网络攻击提供防护步伐。
IPSec基于一种端到端的安全模式。这种模式有一个根本前提假设，就是假定数据通讯的传输前言是不安全的，因此通讯数据必须经过加密。

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而把握加解密方法的只有数据流的发送端和接收端，两者各自尊责相应的数据加解密处理，而网络中其他只负责转发数据的路由器或主机无须支持IPSec。
 该特性有助于企业用户在下列方案中乐成地设置IPSec。

• (1)局域网：C/S模式，对等模式。
  
• (2)广域网：路由器到路由器模式，网关到网关模式。
  
• (3）远程访问：拨号客户机，专网对Internet的访问。
  

 IPSec结合安全同盟、安全协议组和动态密钥管理三者来实现上述两个目的，如图所示，不仅能为企业局域网与拨号用户、域、网站、远程站点以及Extranet（外联网）之间的通讯提供强有力且机动的保护，而且还能用来筛选特定数据流。

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IPSec(IP Security)协议是IETF安全工作组制定的一套可以用于IPv4和IPv6上的、具有互操作性的、基于密码学的安全协议。IPv4可选支持IPSec,IPv6必须支持IPSec。

    IPSec提供的安全服务包括访问控制、无毗连的完整性、数据源头的认证、防重放功能、数据保密和一定的数据流保密等。IPSec协议产生的初志是办理Internet上IP传输的安全性问题，它包括从RFC2401到RFC2412的一系列RFC，界说了一套默认的、逼迫实施的算法，以包管不同的实施方案可以互通。
  

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IPSec标准包罗了IP安全体系结构、IP认证AH头、IP封装安全载荷ESP和Internet密钥交换（IKE）4个焦点的根本规范，构成了一个完整的安全体系结构，如图所示。

•  （1）安全体系结构。包罗一样寻常的概念、安全需求和界说IPSec的技术机制。
  
•  （2）ESP协议。加密IP数据包的默认值、头部格式以及与加密封装相干的其他条款。
  
•  （3）AH协议。验证IP数据包的默认值、头部格式以及与认证相干的其他条款。
  
•  （4）加密算法。描述各种加密算法怎样用于ESP中。
  
•  （5）验证算法。描述各种身份验证算法怎样用于AH和ESP身份验证选项。
  
•  （6）密钥管理。描述因特网IETF标准密钥管理方案。其中IKE是默认的密钥主动交换协议。
  
• （7）表明域DOI。是因特网统一协议参数分配权威机构中数字分配机制的一部分，它描述的值是预知的。包括相相互干各部分的标志符及运作参数。
  
• （8）策略。决定两个实体之间能否通讯，以及怎样进行通讯。策略的焦点由三部分构成：SA、SAD、SPD。
  
• SA（安全关联)）表现了策略实施的具体细节，包括源/目的地点、应用协议、SPI（安全策略索引）等；SAD为进入和外出包处理维持一个活动的SA列表；SPD决定了整个VPN的安全需求。
  

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2. IPSec驱动步伐

① IPSec驱动步伐

IPSec驱动步伐负责监视、筛选和IP通讯。它负责监视所有收支站的IP数据包，并将每个IP数据包与作为IP策略一部分的IP筛选器相匹配。一旦匹配乐成，IPSec驱动步伐通知IKE开始协商，图3-3为IPSec驱动步伐服务表现图。

 协商乐成完成后，发送端IPSec驱动步伐执行以下步骤。

• （1）从IKE处得到SA和会话密钥。
  
• （2）在IPSec驱动步伐数据库中查找相匹配的出站SA，并将SA中的SPI插人IPSec包头。
  
• （3）对数据包署名(完整性查抄)；如果要求秘密，则另外加密数据包。
  
• （4）将数据包伴随SPI发送IP层，然后进一步转发至目的主机。
  

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接收端IPSec驱动步伐执行以下步骤。

• （1）从IKE处得到会话密钥，SA和SPI。
  
• （2）通过目的地点和SPI，在IPSec驱动步伐数据库中查找相匹配的人站SA。
  
• （3）查抄署名，对数据包进行解密(如果是加密包的话)。
  
• （4）将数据包递交给TCP/IP驱动步伐，然后再交给接收应用步伐。
  

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② IPSec工作流程

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IPSec的流程如下所述，为简单起见，本章假设这是一个Intranet例子，每台主机都有处于激活状态的IPSec策略。

•   (1)用户甲(在主机A上)向用户乙(在主机B上)发送一消息。
  
•   (2)主机A上的IPSec驱动步伐查抄IP筛选器，查看数据包是否必要以及必要受到何种保护。
  
•   (3）驱动步伐通知IKE开始协商。
  
•   (4)主机B上的IKE收到请求协商通知。
  
•   (5)两台主机创建第一阶段SA，各自天生共享“主密钥”。若两机在此前通讯中已经创建起第一阶段SA，则可直接进行第二阶段SA协商。
  
• （6）协商创建第二阶段SA对：入站SA和出站SA。SA包括密钥和SPI。
  
•   (7) 主机A上的IPSec驱动步伐使用出站SA，对数据包进行署名(完整性查抄)与加密。
  
•   (8) 驱动步伐将数据包递交IP层，再由IP层将数据包转发至主机B。
  
• （9）主机B网络适配器驱动步伐收到数据包并提交给IPSec驱动步伐。
  
• （10)主机B上的IPSec驱动步伐使用入站SA，查抄署名完整性并对数据包进行解密。
  
• （11）驱动步伐将解密后的数据包提交上层TCP/IP驱动步伐，再由TCP/IP驱动步伐将数据包提交主机B的接收应用步伐。
  

以上是IPSec的一个完整工作流程，虽然看起来很复杂，但所有操尴尬刁难用户是完全透明的。

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