IPSec基础－IPSec体系结构

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 Authentication Header（AH）、封装安全载荷协议Encapsulating Security Payload（ESP）、密钥管理协议Internet Key Exchange （IKE）和用于网络认证及加密的一些算法等
 
图 IPSec驱动程序服务
在安全协商（相关内容见：IPSec基础（四）--Internet密钥交换（IKE）和密钥保护）成功完成后，发送端IPSec驱动程序执行以下步骤：
1．从IKE处获得SA和会话密钥
2．在IPSec驱动程序数据库中查找相匹配的出站SA，并将SA中的SPI插入IPSec报头
3．对数据包签名--完整性检查；如果要求机密保护，则另外加密数据包
4．将数据包随同SPI发送至IP层，然后进一步转发至目的主机
接收端IPSec驱动程序执行以下步骤：
1．从IKE处获得会话密钥，SA和SPI
2．通过目的地址和SPI在IPSec驱动程序数据库中查找相匹配的入站SA
3．检查签名，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驱动程序，然后再交给接收应用程序
二、IPSec体系结构模型图
在分别介绍了IKE，密钥管理和IPSec驱动程序后，我们来看一个完整的IPSec体系结构模型图，以便更好地理解IPSec体系结构。
 
图 IPSec流程图
为简单起见，我们假设这是一个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驱动程序检查IP筛选器，查看数据包是否需要受保护以及需要受到何种保护
3．驱动程序通知IKE开始安全协商
4．主机B上的IKE收到请求安全协商通知
5．两台主机建立第一阶段SA，各自生成共享"主密钥" 注：若两机在此前通信中已经建立起第一阶段SA，则可直接进行第二阶段SA协商
6．协商建立第二阶段SA对：入站SA和出站SA。SA包括密钥和SPI。
7．主机A上IPSec驱动程序使用出站SA对数据包进行签名（完整性检查）与/或加密。
8．驱动程序将数据包递交IP层，再由IP层将数据包转发至主机B
9．主机B网络适配器驱动程序收到数据包并提交给IPSec驱动程序。
10．主机B上的IPSec驱动程序使用入站SA检查完整性签名与/或对数据包进行解密。
11．驱动程序将解密后的数据包提交上层TCP/IP驱动程序，再由TCP/IP驱动程序将数据包提交主机B的接收应用程序。
以上是IPSec的一个完整工作流程，虽然看起来很复杂，但所有操作对用户是完全透明的。中介路由器或转发器仅负责数据包的转发，如果中途遇到防火墙、安全路由器或代理服务器，则要求它们具有IP转发功能，以确保IPSec和IKE数据流不会遭拒绝。
这里需要指出的一点是，使用IPSec保护的数据包不能通过网络地址译码NAT。因为IKE协商中所携带的IP地址是不能被NAT改变的，对地址的任何修改都会导致完整性检查失效。

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