IPSec-VPN实验.doc

IPSec VPN典型配置实验

【实验目的】
1、理解IPSec（IP Security）协议在网络安全中的作用。
2、理解IP层数据加密与数据源验证的原理。
3、掌握实现IPSec VPN的典型配置方法。

【实验内容】
1、 按实验一中图1-1搭建本地配置环境，通过Console接口对A和B进行IPSec VPN配置。配置要求为：安全协议采用ESP协议，加密算法采用DES，验证算法采用SHA1-HMAC-96。
2、 按图2-1拓扑结构组网，在A和B之间建立一个安全隧道，对PC A代表的子网（10.1.1.x）与PC B代表的子网（10.1.2.x）之间的数据流进行安全保护。
3、 从子网A向子网B发送数据包，对配置结果进行验证。

【实验环境】
1、 H3C SecPath硬件防火墙两台。
2、 PC个人计算机两台。
3、 Console口配置电缆两根。
4、 RJ-45直通（或交叉）网线三根。

防火墙A
防火墙B
Ethernet1/0 208.38.163.1
Ethernet1/0 208.38.162.1
Ethernet0/0 22.1.2.1
Ethernet0/0 22.1.1.1
PC A：
22.1.1.2

PC B：
22.1.2.2

图2-1 IPSec VPN组网图

【实验参考步骤】
1、按图2-1拓扑结构组网。
2、按实验一相应步骤建立本地配置环境并进入系统视图。
3、配置IPSec VPN
第一步：配置A
（1）定义ethernet 0/0（LAN口）为内部安全区域接口。
[H3C] firewall zone trust
[H3C -zone-trust] add interface ethernet 0/0
[H3C]quit
定义ethernet 1/0（WAN口）为外部广域网接口。
[H3C] firewall zone untrust
[H3C -zone-untrust] add interface ethernet 1/0
[H3C]quit
（2）配置一个访问控制列表，定义由子网10.1.1.x去子网10.1.2.x的数据流。
[H3C] acl number 3101
[H3C-acl-adv-3101] rule permit ip source 10.1.1.0 0.0.0.255 destination 10.1.2.0 0.0.0.255
[H3C-acl-adv-3101] rule deny ip source any destination any
（3）配置到PC B的静态路由。
[H3C] ip route-static 10.1.2.0 255.255.255.0 202.38.162.1
（4）创建名为tran1的安全提议。
[H3C] ipsec proposal tran1
（5）报文封装形式采用隧道视图。
[H3C-ipsec-proposal-tran1] encapsulation-mode tunnel
（6）安全协议采用ESP协议。
[H3C-ipsec-proposal-tran1] transform esp
（7）选择算法。
[H3C-ipsec-proposal-tran1] esp encryption-algorithm des
[H3C-ipsec-proposal-tran1] esp authentication-algorithm sha1
（8）退回到系统视图。
[H3C-ipsec-proposal-tran1] quit
（9）创建一条安全策略，协商方式为manual。
[H3C] ipsec policy map1 10 manual
（10）引用访问控制列表。
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] security acl 3101
（11）引用安全提议。
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] proposal tran1
（12）设置对端地址。
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] tunnel remote 202.38.162.1
（13）设置本端地址。
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] tunnel local 202.38.163.1
（14）设置SPI。
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] sa spi outbound esp 12345
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] sa spi inbound esp 54321
（15）设置密钥。
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] sa string-key outbound esp abcdefg
[H3C-ipsec-policy-manual-map1-10] sa string-key inbound esp gfedcba
[H3C-isec-policy-manual-map1-10] quit
（16）配置本端以太网口的IP地址（Ethernet0/0）
[H3C] interface ethernet 0/0
[H3C-Ethernet0/0] ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
（17）配置本端广域网口的IP地址（Ethernet1/0）。
[H3C]interface ethernet 1/0
[H3C-Ethernet1/0] ip address 202.38.163.1 255.0.0.0
（18）应用安全策略组。
[H3C-Ethernet1/0] ipsec policy map1
（19）保存当前设置
[H3C]save
第二步：配置B
（1）配置ethernet 0/0（LAN口）为内部安全区域接口。
[H3C] firewall zone trust
[H3C -zone-trust] add interface ethernet 0/0
[H3C]quit
配置ethernet 1/0（WAN口）为外部广域网接口。
[H3C] firewall zone untrust
[H3C -zone-untrust] add interface ethernet 1/0
[H3C]quit
（2）配置一个访问控制列表，定义由子网10.1.2.x去子网10.1.1.x的数据流。
[QuidwayB] acl number 3101
[QuidwayB-acl-adv-3101] rule permit ip source 10.1.2.0 0.0.0.255 destination 10.1.1.0 0.0.0.255
[QuidwayB] rule deny ip source any destination any
（3）配置到PC A的静态路由。
[QuidwayB] ip route-static 10.1.1.0 255.255.255.0 202.38.163.1
（4）创建名为tran1的安全提议。
[QuidwayB] ipsec proposal tran1
（5）报文封装形式采用隧道模式。
[QuidwayB-ipsec-proposal-tran1] encapsulation-mode tunnel
（6）安全协议采用ESP协议。
[QuidwayB-ipsec-proposal-tran1] transform esp
（7）选择算法。
[QuidwayB-ipsec-proposal-tran1] esp encryption-algorithm des
[QuidwayB-ipsec-proposal-tran1] esp authentication-algorithm sha1
（8）退回到系统视图。
[QuidwayB-ipsec-proposal-tran1] quit
（9）创建一条安全策略，协商方式为manual。
[QuidwayB] ipsec policy use1 10 manual
（10）引用访问控制列表。
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] security acl 3101
（11）引用安全提议。
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] proposal tran1
（12）设置对端地址。
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] tunnel remote 202.38.163.1
（13）设置本端地址。
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] tunnel local 202.38.162.1
（14）设置SPI 。
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] sa spi outbound esp 54321
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] sa spi inbound esp 12345
（15）设置密钥。
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] sa string-key outbound esp gfedcba
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] sa string-key inbound esp abcdefg
[QuidwayB-ipsec-policyl-manual-use1-10] quit
（16）配置本端以太网口的IP地址（Ethernet0/0）
[H3C]interface ethernet 0/0
[H3C-Ethernet0/0] ip address 10.1.2.1 255.255.255.0
（17）配置本端广域网口的IP地址（Ethernet1/0）。
[QuidwayB] interface ethernet 1/0
[QuidwayB-Ethernet1/0] ip address 202.38.162.1 255.0.0.0
（18）应用安全策略组。
[QuidwayB-Ethernet1/0] ipsec policy use1
（19）保存当前设置
[H3C]save
第三步：配置PC机的IP地址
（1） PC A的IP：10.1.1.2
（2） PC B的IP：10.1.2.2

以上配置完成后，A和B之间的安全隧道就建立好了。子网10.1.1.x与子网10.1.2.x之间的数据流将被加密传输。
4、 进行数据加密传输验证
（1） 从PC A发ping 命令，逐级验证到PC B。记录验证结果。
（2） 将A、B两个网段的IP地址改为：192.168.1.0 和192.168.2.0后重新进行配置，记录规划组网的地址信息表；记录配置时遇到的问题和解决办法。

【实验报告】
1、阐述本实验中的加密原理。
2、提交规划组网的地址信息表。
3、对实验结果进行分析说明。

【实验预备知识】
1、VPN原理
虚拟专用网（Virtual Private Network）简称VPN，是近年来随着Internet的广泛应用而迅速发展起来的一种新技术，主要用以实现在公用网络上构建私人专用网络。“虚拟”的意思主要是指这种网络并不真实存在，而是一种逻辑上的网络。
（1）VPN的特点
l        并不实际存在，而是利用现有公共网络，通过资源配置而成的虚拟网络，是一种逻辑上的网络。
l         VPN只为特定的企业或用户群体所专用。VPN作为私有专网，一方面与底层承载网络之间保持资源独立性，即在一般情况下，VPN资源不会被承载网络中的其它VPN或非该VPN用户的网络成员所使用；另一方面，VPN提供足够安全性，确保VPN内部信息不受外部的侵扰。
l      VPN不是一种简单的高层业务。该业务建立专网用户之间的网络互联，包括建立VPN内部的网络拓扑、路由计算、成员的加入与退出等，因此VPN技术就比各种普通的点对点的应用机制要复杂得多。

图2-2 VPN接入示意图
如上图所示，VPN用户通过PSTN/ISDN网拨入ISP的NAS（Network Access Server）服务器，NAS服务器通过用户名或接入号码识别出该用户为VPN用户后，就和用户的目的VPN服务器建立一条连接，称为隧道（Tunnel），然后将用户数据包封装成IP报文后通过该隧道传送给VPN服务器，VPN服务器收到数据包并拆封后就可以读到真正有意义的报文了。反向的处理也一样。隧道两侧可以对报文进行加密处理，使Internet上的其它用户无法读取，因而是安全可靠的。对用户来说，隧道是其PSTN/ISDN链路的逻辑延伸，操作起来和实际物理链路相同。
隧道可以通过隧道协议来实现。根据是在OSI模型的第二层还是第三层实现隧道，隧道协议分为第二层隧道协议和第三层隧道协议。
2、第二层隧道协议
第二层隧道协议是将整个PPP帧封装在内部隧道中。现有的第二层隧道协议有：
l    PPTP（Point-to-Point Tunneling Protocol）：点到点隧道协议，由微软、Ascend和3COM等公司支持，在Windows NT 4.0以上版本中支持。该协议支持点到点PPP协议在IP网络上的隧道封装，PPTP作为一个呼叫控制和管理协议，使用一种增强的GRE（Generic Routing Encapsulation，通用路由封装）技术为传输的PPP报文提供流控和拥塞控制的封装服务。
l    L2F（Layer 2 Forwarding）协议：二层转发协议，由北方电信等公司支持。L2F协议支持对更高级协议链路层的隧道封装，实现了拨号服务器和拨号协议连接在物理位置上的分离。
l    L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）：二层隧道协议，由IETF起草，微软等公司参与，结合了上述两个协议的优点，为众多公司所接受，并且已经成为标准RFC。L2TP既可用于实现拨号VPN业务，也可用于实现专线VPN业务。
3、第三层隧道协议
第三层隧道协议的起点与终点均在ISP内，PPP会话终止在NAS处，隧道内只携带第三层报文。现有的第三层隧道协议主要有：
l    GRE（Generic Routing Encapsulation）协议：这是通用路由封装协议，用于实现任意一种网络层协议在另一种网络层协议上的封装。
l    IPSec（IP Security）协议：IPSec协议不是一个单独的协议，它给出了IP网络上数据安全的一整套体系结构，包括AH（Authentication Header）、ESP（Encapsulating Security Payload）、IKE（Internet Key Exchange）等协议。
GRE和IPSec主要用于实现专线VPN业务。
4、IPSec协议
IPSec（IP Security）协议族是IETF制定的一系列协议，它为IP数据报提供了高质量的、可互操作的、基于密码学的安全性。特定的通信方之间在IP层通过加密与数据源验证等方式，来保证数据报在网络上传输时的私有性、完整性、真实性和防重放。
IPSec通过AH（Authentication Header，认证头）和ESP（Encapsulating Security Payload，封装安全载荷）这两个安全协议来实现上述目标。并且还可以通过IKE（Internet Key Exchange，因特网密钥交换协议）来为IPSec提供自动协商交换密钥、建立和维护安全联盟的服务，以简化IPSec的使用和管理。
l AH（Authentication Header）是报文头验证协议，主要提供的功能有数据源验证、数据完整性校验和防报文重放功能；然而，AH并不加密所保护的数据报。
l ESP（Encapsulating Security Payload）是封装安全载荷协议，它除提供AH协议的所有功能之外（数据完整性校验不包括IP头），还可提供对IP报文的加密功能。
l IKE用于协商AH和ESP所使用的密码算法，并将算法所需的必备密钥放到恰当位置。
5、安全联盟
IPSec在两个端点之间提供安全通信，端点被称为IPSec对等体。
IPSec能够允许系统、网络的用户或管理员控制对等体间安全服务的粒度。通过SA（Security Association，安全联盟），IPSec能够对不同的数据流提供不同级别的安全保护。
安全联盟是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）、协议的操作模式（传输模式或隧道模式）、密码算法（DES或3DES）、特定流中保护数据的共享密钥以及密钥的生存周期等。
安全联盟是单向的，在两个对等体之间的双向通信，最少需要两个安全联盟来分别对两个方向的数据流进行安全保护。同时，如果希望同时使用AH和ESP来保护对等体间的数据流，则分别需要两个SA，一个用于AH，另一个用于ESP。
安全联盟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是为唯一标识SA而生成的一个32比特的数值，它在AH和ESP头中传输。
6、IPSec协议的操作模式
IPSec协议有两种操作模式：传输模式和隧道模式。SA中指定了协议的操作模式。
在传输模式下，AH或ESP被插入到IP头之后但在所有传输层协议之前，或所有其他IPSec协议之前。在隧道模式下，AH或ESP插在原始IP头之前，另外生成一个新头放到AH或ESP之前。不同安全协议在传输模式和隧道模式下的数据封装形式不同。
7、验证算法与加密算法
(1)   验证算法
AH和ESP都能够对IP报文的完整性进行验证，以判别报文在传输过程中是否被篡改。验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。一般来说IPSec使用两种验证算法：
l  MD5：MD5通过输入任意长度的消息，产生128bit的消息摘要。
l   SHA-1：SHA-1通过输入长度小于2的64次方比特的消息，产生160bit的消息摘要。
SHA-1的摘要长于MD5，因而是更安全的。
(2)   加密算法
ESP能够对IP报文内容进行加密保护，防止报文内容在传输过程中被窥探。加密算法的实现主要是通过对称密钥系统，它使用相同的密钥对数据进行加密和解密。VRP中IPSec实现的加密算法有三种：
l  DES（Data Encryption Standard）：使用56bit的密钥对一个64bit的明文块进行加密。
l  3DES（Triple DES）：使用三个56bit的DES密钥（共168bit密钥）对明文进行加密。
l   AES（Advanced Encryption Standard）：VRP实现了128bit密钥长度的AES算法，这也是IETF标准要求实现的。
8、协商方式
有两种协商方式建立安全联盟，一种是手工方式（manual），一种是IKE自动协商（isakmp）方式。前者配置比较复杂，创建安全联盟所需的全部信息都必须手工配置，而且IPSec的一些高级特性（例如定时更新密钥）不被支持，但优点是可以不依赖IKE而单独实现IPSec功能。而后者则相对比较简单，只需要配置好IKE协商安全策略的信息，由IKE自动协商来创建和维护安全联盟。
当与之进行通信的对等体设备数量较少时，或是在小型静态环境中，手工配置安全联盟是可行的。对于中、大型的动态网络环境中，推荐使用IKE协商建立安全联盟。
9、IPSec在VRP上的实现
(1)  定义被保护的数据流
数据流是一组流量（traffic）的集合，由源地址/掩码、目的地址/掩码、IP报文承载的协议号、源端口号、目的端口号等来规定。一个数据流用一个ACL来定义，所有匹配一个访问控制列表规则的流量，在逻辑上作为一个数据流。一个数据流可以小到是两台主机之间单一的TCP连接；也可以大到是两个子网之间所有的流量。IPSec能够对不同的数据流施加不同的安全保护，因此IPSec配置的第一步就是定义数据流。
(2) 定义安全提议
安全提议规定了对要保护的数据流所采用的安全协议、验证或加密算法、操作模式（即报文的封装方式）等。
VRP支持的AH和ESP安全协议，两者既可单独使用，也可联合使用。其中，AH支持MD5和SHA-1验证算法；ESP协议支持MD5、SHA-1验证算法和DES、3DES加密算法。VRP支持的操作模式包括传输模式和隧道模式。
对同一数据流，对等体两端必须设置相同的协议、算法和操作模式。另外，对于两个安全网关（例如VRP路由器间）实施IPSec，建议采用隧道模式，以隐藏实际通信的源和目的IP地址。
因此，请先根据需要配置好一个安全提议，以便下一步将数据流和安全提议相关联。
(3) 定义安全策略或安全策略组
安全策略规定了对什么样的数据流采用什么样的安全提议。一条安全策略由“名字”和“顺序号”共同唯一确定。安全策略分为手工安全策略和IKE协商安全策略，前者需要用户手工配置密钥、SPI、SA的生存周期等参数，在隧道模式下还需要手工配置安全隧道两个端点的IP地址；后者则由IKE自动协商生成这些参数。
安全策略组是所有具有相同名字、不同顺序号的安全策略的集合。在同一个安全策略组中，顺序号越小的安全策略，优先级越高。
(4)  接口实施安全策略
在接口上应用安全策略组，安全策略组中的所有安全策略同时应用在这个接口上，从而实现对流经这个接口的不同的数据流进行不同的安全保护。
10、IPSec主要配置
(1)  配置访问控制列表
(2)   定义安全提议
l  创建安全提议
l   选择安全协议
l   选择安全算法
l   选择报文封装形式
(3)   创建安全策略
包括手工创建安全策略和用IKE创建安全策略。
手工创建安全策略：
l    手工创建安全策略
l   在安全策略中引用安全提议
l   在安全策略中引用访问控制列表
l   配置隧道的起点和终点
l  配置安全联盟的SPI
l    配置安全联盟使用的密钥
用IKE创建安全策略：
l   用IKE创建安全策略
l   在安全策略中引用安全提议
l   在安全策略中引用访问控制列表
l   在安全策略中引用IKE对等体
l  配置安全联盟生存周期（可选）
l   配置协商时使用的PFS特性
(4) 配置安全策略模板（可选）
(5) 接口上应用安全策略。
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