原文作者: Mansur
原文链接: http://nbma.info/ipsec-theory/
ipsec vpn，刚学完的时候以为自己掌握的还挺好的，各种排错无压力。去年到电信面试，连基本过程都说不清楚了，就记得是非对称加密协商对称加密的算法和密钥。说了一句跟HTTPS原理差不多……欸。趁着周末闲了赶紧再补补。
重新梳理了以前掌握的不清楚的几个概念，新学习了ikev2的原理和原理，放一起对比下
常说的ipsec第一阶段协商的6个包或者总共9个包指的是ikev1的主模式。
ikev1（即isakmp）
第一阶段： isakmp sa
主动模式：使用预共享密钥的远程拨号VPN（即思科私有的EZVPN），第一阶段只有3个包
主模式：第一阶段6个包
第二阶段： ipsec sa
快速模式：3个包
ikev1的ipsec协商总共9个包，在没有nat穿越的情况下，这9个包的源目端口都是UDP 500，使用isakmp封装。
9个包之后加密ESP封装。
ikev2
第一阶段：ike_sa_init（2个包）
第二阶段：ike_auth（2个包）
同样，这4个包的源目端口都是UDP 500，使用isakmp封装。
4个包之后加密ESP封装。
SA和SPI：安全关联，分为ike sa和ipsec sa，包含封装方式，验证算法，加密算法，预共享密钥等
IKE sa:双向的，一致，默认有效期一天
IPSec sa:单向的，A->B，B->A，默认有效期一小时
SPI: 一串hash值，32bit，唯一标识一组sa，通常写作8位16进制
PFS: 完美向前保密，思科默认情况下面没有启用，ipsec sa的一个过期之后，重新生成的新KEY是有上一个key演算得到，开启PFS后，将重新交换DH协商新的密钥
ikev1协商过程
第一阶段第1-2包
协商对ike过程的加密策略，发起方A发送自己的支持ike policy，B选择一组自己支持的policy发送给A
第一阶段第3-4包
使用1-2的DH强度，交互DH。这个阶段用于生成非对称加密算法（由1-2阶段协商）的三对密钥
第一阶段第5-6包
认证，使用3-4形成的第一把密钥，加密内容是预共享密钥，用于验证双方身份，使用第二把密钥做完整性校验，形成IKE SA
第二阶段第1-2包
交换ipsec polcy（感兴趣流，transform-set）,协商对数据（感兴趣流）的加密策略,使用第一把密钥加密，第二把密钥校验完整性
第二阶段第3个包
确认，形成两个ipsec sa的SPI代表控制层结束
A出方向的SPI=B入方向的SPI，A入方向的SPI=B出方向的SPI
最终，对感兴趣流
使用第三把密钥对数据进行加密，使用第二阶段1-2协商的加密策略
ikev2协商过程
第一阶段第1-2包
相当于ikev1第一阶段的1-4
第二阶段第3-4包
相当于ikev1第一阶段的5-6和第二阶段的1-3
图中cisco FlexVPN即思科的ikev2 vpn
ikev1的esp数据包结构
esp的加密位置
1、传输模式：通讯点和加密点一致
这种模式下ESP报头在ip 头部之内，对四层以内的报头和数据进行加密
2、隧道模式：通讯点和加密点不一致
ESP直接将原来三层以内的报文全部加密，重新生成新的ip头部
这两种模式相比，transform模式数据比原数据包只多了一个esp头部，包长度有优势，传输效率高；tunnel模式在处理数据的时候不要拆开IP头部，直接加密，更快。
这部分由于ESP之后的部分全是加密的，所以只能通过数据包大小来对比.需要真机实现，等有机会了再做，模拟器只能为transport，设置tunnel无效
GRE头部的位置
我是按照这个拓扑做的测试对比，主要看包接口和后续ESP数据包的大小
从思科设备发起的ping默认大小是14+28+72=114Bytes.
GRE头部大小是24Bytes
思科的IPSec over GRE
至于为什么会有这个，我看能百度搜到的华为设备全是按照这种方式配置的，蛋疼。
思科的SVTI技术
tunnel模式设置为tunnel mode ipsec ipv4，其他配置和GRE over IPSec完全一样
思科的SVTI技术确实厉害~
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