目  录

1 IPsec

1.1 IPsec简介

1.1.1 IPsec基本概念

1.1.2 使用IPsec保护IPv6路由协议

1.1.3 协议规范

1.2 建立IPsec隧道的配置方式

1.3 IPsec配置任务简介

1.3.1 配置IPsec安全提议

1.3.2 配置IPsec安全策略

1.4 配置IPsec保护IPv6路由协议

1.5 IPsec显示和维护

1.6 IPsec典型配置举例

1.6.1 配置IPsec保护RIPng报文

1 IPsec

1.1  IPsec简介

IPsec（IP Security）是IETF制定的三层隧道加密协议，它为Internet上传输的数据提供了高质量的、可互操作的、基于密码学的安全保证，是一种传统的实现三层VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）的安全技术。特定的通信方之间通过建立IPsec隧道来传输用户的私有数据，并在IP层提供了以下安全服务：

·     数据机密性（Confidentiality）：IPsec发送方在通过网络传输包前对包进行加密。

·     数据完整性（Data Integrity）：IPsec接收方对发送方发送来的包进行认证，以确保数据在传输过程中没有被篡改。

·     数据来源认证（Data Authentication）：IPsec在接收端可以认证发送IPsec报文的发送端是否合法。

·     防重放（Anti-Replay）：IPsec接收方可检测并拒绝接收过时或重复的报文。

IPsec具有以下优点：

·     所有使用IP协议进行数据传输的应用系统和服务都可以使用IPsec，而不必对这些应用系统和服务本身做任何修改。

·     对数据的加密是以数据包为单位的，而不是以整个数据流为单位，这不仅灵活而且有助于进一步提高IP数据包的安全性，可以有效防范网络攻击。

IPsec协议不是一个单独的协议，它给出了应用于IP层上网络数据安全的一整套体系结构，包括网络认证协议AH（Authentication Header，认证头）、ESP（Encapsulating Security Payload，封装安全载荷）用于网络认证及加密的一些算法等。AH协议和ESP协议用于提供安全服务。

IPsec提供了两种安全机制：认证和加密。认证机制使IP通信的数据接收方能够确认数据发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否遭篡改。加密机制通过对数据进行加密运算来保证数据的机密性，以防数据在传输过程中被窃听。

1.1.1  IPsec基本概念

1. 安全协议

AH协议和ESP协议的功能及工作原理如下：

·     AH协议（IP协议号为51）定义了认证的应用方法，提供数据源认证、数据完整性校验和防报文重放功能，它能保护通信免受篡改，但不能防止窃听，适合用于传输非机密数据。AH的工作原理是在每一个数据包上添加一个身份验证报文头，此报文头插在标准IP包头后面，对数据提供完整性保护。可选择的认证算法有MD5（Message Digest）、SHA-1（Secure Hash Algorithm）等。

·     ESP协议（IP协议号为50）定义了加密和可选认证的应用方法，提供加密、数据源认证、数据完整性校验和防报文重放功能。ESP的工作原理是在每一个数据包的标准IP包头后面添加一个ESP报文头，并在数据包后面追加一个ESP尾。与AH协议不同的是，ESP将需要保护的用户数据进行加密后再封装到IP包中，以保证数据的机密性。常见的加密算法有DES、3DES、AES等。同时，作为可选项，用户可以选择MD5、SHA-1算法保证报文的完整性和真实性。

在实际进行IP通信时，可以根据实际安全需求同时使用这两种协议或选择使用其中的一种。AH和ESP都可以提供认证服务，不过，AH提供的认证服务要强于ESP。同时使用AH和ESP时，设备支持的AH和ESP联合使用的方式为：先对报文进行ESP封装，再对报文进行AH封装，封装之后的报文从内到外依次是原始IP报文、ESP头、AH头和外部IP头。

2. 安全联盟（Security Association，SA）

IPsec在两个端点之间提供安全通信，端点被称为IPsec对等体。

SA是IPsec的基础，也是IPsec的本质。SA是通信对等体间对某些要素的约定，例如，使用哪种协议（AH、ESP还是两者结合使用）、协议的封装模式（传输模式和隧道模式）、加密算法（DES、3DES和AES）、特定流中保护数据的共享密钥以及密钥的生存周期等。建立SA的方式有手工配置和IKE自动协商两种，目前设备仅支持手工配置。

SA是单向的，在两个对等体之间的双向通信，最少需要两个SA来分别对两个方向的数据流进行安全保护。同时，如果两个对等体希望同时使用AH和ESP来进行安全通信，则每个对等体都会针对每一种协议来构建一个独立的SA。

SA由一个三元组来唯一标识，这个三元组包括SPI（Security Parameter Index，安全参数索引）、目的IP地址、安全协议号（AH或ESP）。

SPI是用于唯一标识SA的一个32比特数值，它在AH和ESP头中传输。在手工配置SA时，需要手工指定SPI的取值。手工方式建立的SA永不老化。

3. 封装模式

IPsec有如下两种工作模式：

·     隧道（tunnel）模式：用户的整个IP数据包被用来计算AH或ESP头，AH或ESP头以及ESP加密的用户数据被封装在一个新的IP数据包中。通常，隧道模式应用在两个安全网关之间的通讯。

·     传输（transport）模式：只是传输层数据被用来计算AH或ESP头，AH或ESP头以及ESP加密的用户数据被放置在原IP包头后面。通常，传输模式应用在两台主机之间的通讯，或一台主机和一个安全网关之间的通讯。

不同的安全协议在tunnel和transport模式下的数据封装形式如图1-1所示，data为传输层数据。

图1-1 安全协议数据封装格式

4. 认证算法与加密算法

(1)     认证算法

认证算法的实现主要是通过杂凑函数。杂凑函数是一种能够接受任意长的消息输入，并产生固定长度输出的算法，该输出称为消息摘要。IPsec对等体计算摘要，如果两个摘要是相同的，则表示报文是完整未经篡改的。IPsec使用两种认证算法：

·     MD5：MD5通过输入任意长度的消息，产生128bit的消息摘要。

·     SHA-1：SHA-1通过输入长度小于2的64次方bit的消息，产生160bit的消息摘要。

MD5算法的计算速度比SHA-1算法快，而SHA-1算法的安全强度比MD5算法高。

(2)     加密算法

加密算法实现主要通过对称密钥系统，它使用相同的密钥对数据进行加密和解密。目前设备的IPsec实现三种加密算法：

·     DES（Data Encryption Standard）：使用56bit的密钥对一个64bit的明文块进行加密。

·     3DES（Triple DES）：使用三个56bit的DES密钥（共168bit密钥）对明文进行加密。

·     AES（Advanced Encryption Standard）：使用128bit、192bit或256bit密钥长度的AES算法对明文进行加密。

这三个加密算法的安全性由高到低依次是：AES、3DES、DES，安全性高的加密算法实现机制复杂，运算速度慢。对于普通的安全要求，DES算法就可以满足需要。

5. 协商方式

目前设备支持手工协商方式建立SA：手工方式（manual）配置比较复杂，创建SA所需的全部信息都必须手工配置，而且不支持一些高级特性（例如定时更新密钥），但优点是可以不依赖IKE而单独实现IPsec功能。

6. 安全隧道

安全隧道是建立在本端和对端之间可以互通的一个通道，它由一对或多对SA组成。

1.1.2  使用IPsec保护IPv6路由协议

使用IPsec保护IPv6路由协议是指，使用AH/ESP协议对IPv6路由协议报文进行加/解封装处理，并为其提供认证和加密的安全服务，目前支持OSPFv3、IPv6 BGP、RIPng路由协议。

IPsec对IPv6路由协议报文进行保护的处理方式和目前基于接口的IPsec处理方式不同，是基于业务的IPsec，即IPsec保护某一业务的所有报文。该方式下，设备产生的所有需要IPsec保护的IPv6路由协议报文都要被进行加封装处理，而设备接收到的不受IPsec保护的以及解封装（解密或验证）失败的IPv6路由协议报文都要被丢弃。

在基于接口的IPsec处理方式下，设备对配置了IPsec安全功能的接口上发送的每个报文都要判断是否进行IPsec处理。目前，该方式有两种实现，一种是基于ACL的IPsec，只要到达接口的报文与该接口的IPsec安全策略中的ACL规则匹配，就会受到IPsec保护；另一种是基于路由的IPsec，即IPsec虚拟隧道接口方式，只要被路由到虚拟隧道接口上的报文都会受到IPsec保护。

相对于基于接口的IPsec，基于业务的IPsec既不需要ACL来限定要保护的流的范围，也不需要指定IPsec隧道的起点与终点，IPsec安全策略仅与具体的业务绑定，不管业务报文从设备的哪个接口发送出去都会被IPsec保护。

由于IPsec的密钥交换机制仅仅适用于两点之间的通信保护，在广播网络一对多的情形下，IPsec无法实现自动交换密钥，因此必须使用手工配置密钥的方式。同样，由于广播网络一对多的特性，要求各设备对于接收、发送的报文均使用相同的SA参数（相同的SPI及密钥）。因此，目前仅支持手工安全策略生成的SA对IPv6路由协议报文进行保护。

1.1.3  协议规范

与IPsec相关的协议规范有：

·     RFC2401：Security Architecture for the Internet Protocol

·     RFC2402：IP Authentication Header

·     RFC2406：IP Encapsulating Security Payload

·     RFC4552：Authentication/Confidentiality for OSPFv3

1.2  建立IPsec隧道的配置方式

IPsec隧道的建立有多种配置方式，目前设备仅支持基于业务方式：IPsec安全策略直接与具体的业务绑定，保护某一业务的所有报文，无需ACL或者路由来指定要保护的数据流。目前，设备支持对IPv6路由协议的保护：通过配置手工方式的IPsec安全策略，并在IPv6路由协议上应用安全策略来完成IPsec的配置，具体配置请参见“1.4  配置IPsec保护IPv6路由协议”。

1.3  IPsec配置任务简介

·     通过配置IPsec安全提议，指定安全协议、认证算法和加密算法等；

·     通过配置IPsec安全策略，将要保护的数据流和IPsec安全提议进行关联（即定义对何种数据流实施何种保护），并指定SA的协商方式、对等体IP地址（即保护路径的起/终点）、所需要的密钥和SA的生存周期等；

表1-1 IPsec配置任务简介

1.3.1  配置IPsec安全提议

IPsec安全提议是IPsec安全策略的一个组成部分，它用于保存IPsec需要使用的特定安全协议、加密/认证算法以及封装模式，为IPsec协商SA提供各种安全参数。

表1-2 配置IPsec安全提议

1.3.2  配置IPsec安全策略

IPsec安全策略规定了对什么样的数据流采用什么样的IPsec安全提议。一条IPsec安全策略由“名字”和“顺序号”共同唯一确定。目前设备仅支持手工IPsec安全策略：需要用户手工配置密钥、SPI等参数。

(1)     配置准备

手工配置IPsec安全策略时，除完成该IPsec安全策略需要引用的访问控制列表及IPsec安全提议的配置之外，为保证SA的协商成功，安全隧道两端的配置必须符合以下要求：

·     IPsec安全策略引用的IPsec安全提议应采用相同的安全协议、安全算法和报文封装形式；

·     当前端点的对端地址与对端的本端地址应保持一致；

·     应分别设置出方向SA和入方向SA的参数，且保证SA的唯一性，即不同SA必须对应不同的SPI；

·     本端和对端SA的SPI及密钥必须是完全匹配的。即，本端的入方向SA的SPI及密钥必须和对端的出方向SA的SPI及密钥相同；本端的出方向SA的SPI及密钥必须和对端的入方向SA的SPI及密钥相同；

·     两端SA使用的密钥应当以相同的方式输入。即，一端以字符串方式输入密钥，另一端必须也以字符串方式输入密钥。而且，任何一端出入方向的SA使用的密钥也应当以相同的方式输入。

对于要应用于IPv6路由协议的IPsec安全策略，无需配置访问控制列表和隧道地址，但是应该符合以下要求：

·     本端出方向SA的SPI及密钥必须和本端入方向SA的SPI及密钥保持一致；

·     同一个范围内的，所有设备上的IPsec安全策略所引用的IPsec安全提议采用的安全协议、安全算法和报文封装形式要相同，而且所有设备上的SA的SPI及密钥均要保持一致。该范围与协议相关：对于OSPFv3，它是OSPFv3邻居之间或一个OSPFv3区域内；对于RIPng，它是RIPng直连邻居之间或一个RIPng进程内；对于IPv6 BGP，它是IPv6 BGP邻居之间或一个对等体组内。

(2)     手工配置IPsec安全策略

表1-3 手工配置IPsec安全策略

1.4  配置IPsec保护IPv6路由协议

使用IPsec安全策略建立IPsec安全隧道保护IPv6路由协议的基本配置思路如下：

(1)     配置IPsec安全提议：指定安全协议、认证算法和加密算法、封装模式等；

(2)     配置手工方式的IPsec安全策略：指定SA的SPI和密钥；

(3)     在路由协议上应用IPsec安全策略。

表1-4 IPsec虚拟隧道接口配置任务简介

1.5  IPsec显示和维护

在完成上述配置后，在任意视图下执行display命令可以显示配置后IPsec的运行情况，通过查看显示信息认证配置的效果。

在用户视图下执行reset命令可以清除IPsec统计信息。

表1-5 IPsec显示和维护

1.6  IPsec典型配置举例

1.6.1  配置IPsec保护RIPng报文

1. 组网需求

如图1-2所示，Router A、Router B和Router C相连，并通过RIPng来学习网络中的IPv6路由信息。具体组网要求如下：

·     在各设备之间建立IPsec安全隧道，对它们收发的RIPng报文进行安全保护；

·     安全协议采用ESP协议，加密算法采用DES，认证算法采用SHA1-HMAC-96。

配置思路：

·     配置RIPng的基本功能

·     配置手工方式的IPsec安全策略

·     在RIPng进程下或接口上应用IPsec安全策略（进程下配置的IPsec安全策略对该进程的所有报文有效，接口下的IPsec安全策略只对接口下的报文有效）

2. 组网图

图1-2 配置IPsec保护RIPng报文组网图

3. 配置步骤

(1)     配置Router A

·     配置各接口的IPv6地址（略）

·     配置RIPng的基本功能

<RouterA> system-view

[RouterA] ripng 1

[RouterA-ripng-1] quit

[RouterA] interface GigabitEthernet 3/1/1

[RouterA-GigabitEthernet3/1/1] ripng 1 enable

[RouterA-GigabitEthernet3/1/1] quit

·     配置IPsec安全策略

# 创建并配置名为tran1的IPsec安全提议（报文封装形式采用传输模式，安全协议采用ESP协议，加密算法采用DES，认证算法采用SHA1-HMAC-96）。

[RouterA] ipsec transform-set tran1

[RouterA-ipsec-transform-set-tran1] encapsulation-mode transport

[RouterA-ipsec-transform-set-tran1] transform esp

[RouterA-ipsec-transform-set-tran1] esp encryption-algorithm des

[RouterA-ipsec-transform-set-tran1] esp authentication-algorithm sha1

[RouterA-ipsec-transform-set-tran1] quit

# 创建并配置名为policy001的IPsec安全策略（协商方式为manual，出入方向SA的SPI均为123456，出入方向SA的密钥均为abcdefg）。

[RouterA] ipsec policy policy001 10 manual

[RouterA-ipsec-policy-manual-policy001-10] transform-set tran1

[RouterA-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa spi outbound esp 123456

[RouterA-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa spi inbound esp 123456

[RouterA-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa string-key outbound esp abcdefg

[RouterA-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa string-key inbound esp abcdefg

[RouterA-ipsec-policy-manual-policy001-10] quit

·     在RIPng进程上应用IPsec安全策略

[RouterA] ripng 1

[RouterA-ripng-1] enable ipsec-policy policy001

[RouterA-ripng-1] quit

(2)     配置Router B

·     配置各接口的IPv6地址（略）

·     配置RIPng的基本功能

<RouterB> system-view

[RouterB] ripng 1

[RouterB-ripng-1] quit

[RouterB] interface GigabitEthernet 3/1/1

[RouterB-GigabitEthernet3/1/1] ripng 1 enable

[RouterB-GigabitEthernet3/1/1] quit

[RouterB] interface GigabitEthernet 3/1/2

[RouterB-GigabitEthernet3/1/2] ripng 1 enable

[RouterB-GigabitEthernet3/1/2] quit

·     配置IPsec安全策略

# 创建并配置名为tran1的IPsec安全提议（报文封装形式采用传输模式，安全协议采用ESP协议，加密算法采用DES，认证算法采用SHA1-HMAC-96）。

[RouterB] ipsec transform-set tran1

[RouterB-ipsec-transform-set-tran1] encapsulation-mode transport

[RouterB-ipsec-transform-set-tran1] transform esp

[RouterB-ipsec-transform-set-tran1] esp encryption-algorithm des

[RouterB-ipsec-transform-set-tran1] esp authentication-algorithm sha1

[RouterB-ipsec-transform-set-tran1] quit

# 创建并配置名为policy001的IPsec安全策略（协商方式为manual，出入方向SA的SPI均为123456，出入方向SA的密钥均为abcdefg）。

[RouterB] ipsec policy policy001 10 manual

[RouterB-ipsec-policy-manual-policy001-10] transform-set tran1

[RouterB-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa spi outbound esp 123456

[RouterB-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa spi inbound esp 123456

[RouterB-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa string-key outbound esp abcdefg

[RouterB-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa string-key inbound esp abcdefg

[RouterB-ipsec-policy-manual-policy001-10] quit

·     在RIPng进程上应用IPsec安全策略

[RouterB] ripng 1

[RouterB-ripng-1] enable ipsec-policy policy001

[RouterB-ripng-1] quit

(3)     配置Router C

·     配置各接口的IPv6地址（略）

·     配置RIPng的基本功能

<RouterC> system-view

[RouterC] ripng 1

[RouterC-ripng-1] quit

[RouterC] interface GigabitEthernet 3/1/1

[RouterC-GigabitEthernet3/1/1] ripng 1 enable

[RouterC-GigabitEthernet3/1/1] quit

·     配置IPsec安全策略

# 创建并配置名为tran1的IPsec安全提议（报文封装形式采用传输模式，安全协议采用ESP协议，加密算法采用DES，认证算法采用SHA1-HMAC-96）。

[RouterC] ipsec transform-set tran1

[RouterC-ipsec-transform-set-tran1] encapsulation-mode transport

[RouterC-ipsec-transform-set-tran1] transform esp

[RouterC-ipsec-transform-set-tran1] esp encryption-algorithm des

[RouterC-ipsec-transform-set-tran1] esp authentication-algorithm sha1

[RouterC-ipsec-transform-set-tran1] quit

# 创建并配置名为policy001的IPsec安全策略（协商方式为manual，出入方向SA的SPI均为123456，出入方向SA的密钥均为abcdefg）。

[RouterC] ipsec policy policy001 10 manual

[RouterC-ipsec-policy-manual-policy001-10] transform-set tran1

[RouterC-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa spi outbound esp 123456

[RouterC-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa spi inbound esp 123456

[RouterC-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa string-key outbound esp abcdefg

[RouterC-ipsec-policy-manual-policy001-10] sa string-key inbound esp abcdefg

[RouterC-ipsec-policy-manual-policy001-10] quit

·     在RIPng进程上应用IPsec安全策略

[RouterC] ripng 1

[RouterC-ripng-1] enable ipsec-policy policy001

[RouterC-ripng-1] quit

4. 检验配置结果

以上配置完成后，Router A、Router B和Router C将通过RIPng协议学习到网络中的IPv6路由信息，且分别产生用于保护RIPng报文的SA。

可以通过如下display命令查看Router A上RIPng的配置信息。如下显示信息表示RIPng进程1上已成功应用了IPsec策略，且携带了有效的SPI值。

<RouterA> display ripng 1

    RIPng process : 1

       Preference : 100

       Checkzero : Enabled

       Default Cost : 0

       Maximum number of balanced paths : 8

       Update time   :   30 sec(s)  Timeout time         :  180 sec(s)

       Suppress time :  120 sec(s)  Garbage-Collect time :  120 sec(s)

       Number of periodic updates sent : 186

       Number of trigger updates sent : 1

       IPsec policy name: policy001, SPI: 123456

可以通过如下display命令查看Router A上生成的SA。

<RouterA> display ipsec sa

===============================

Protocol: RIPng

===============================

  -----------------------------

  IPsec policy name: "policy001"

  sequence number: 10

  acl version： ACL4

  mode: manual

  -----------------------------

    connection id: 1

    encapsulation mode: transport

    perfect forward secrecy:

    tunnel:

    flow:

 [inbound ESP SAs]

      spi: 123456 (0x3039)

      transform-set: ESP-ENCRYPT-DES ESP-AUTH-SHA1

      No duration limit for this sa

 [outbound ESP SAs]

      spi: 123456 (0x3039)

      transform-set: ESP-ENCRYPT-DES ESP-AUTH-SHA1

      No duration limit for this sa

Router B和Router C上也会生成相应的SA来保护RIPng报文，查看方式与Router A同，此处略。