Window系统中IPSec协议配置及数据包分析
网络安全协议课程设计——对IPsec协议的分析与优化
网络安全协议课程设计——对IPsec协议的分析与优化一、背景介绍网络安全是当前互联网发展中的重要问题之一，保护网络通信的安全性对于个人、企业和国家来说都至关重要。
IPsec协议是一种常用的网络安全协议，用于保护IP层的通信安全。
本课程设计旨在对IPsec协议进行深入分析，并提出优化方案，以提高网络通信的安全性和性能。
二、IPsec协议分析1. IPsec协议概述IPsec协议是一种网络层的安全协议，用于保护IP数据包的完整性、机密性和认证性。
它通过加密和认证机制，确保数据在传输过程中不被篡改、窃听或伪造。
2. IPsec协议的工作原理IPsec协议工作在IP层，通过在IP数据包中添加安全扩展头部（Security Extension Header）来实现安全性。
它包括两个主要组件：认证头部（Authentication Header，AH）和封装安全载荷（Encapsulating Security Payload，ESP）。
AH提供了数据完整性和认证性，ESP提供了数据的加密性。
3. IPsec协议的优点和局限性优点：- 提供了端到端的安全性，可以保护整个通信链路中的数据。
- 支持多种加密和认证算法，灵活性较高。
- 可以与其他网络层协议兼容，如IPv4和IPv6。
局限性：- IPsec协议在处理大量数据时可能会影响网络性能。
- 配置和管理复杂，需要专业的知识和经验。
- 对于移动设备和移动网络的支持还不够完善。
三、IPsec协议优化方案1. 提高IPsec协议的性能- 使用硬件加速器：利用专用硬件加速器来加速IPsec协议的处理，提高数据传输速度。
- 优化加密算法：选择更高效的加密算法，如AES（Advanced Encryption Standard），以减少加密和解密的开销。
- 压缩数据包：采用数据压缩算法，减少传输数据量，提高网络性能。
2. 简化IPsec协议的配置和管理- 自动配置：开发自动配置工具，简化IPsec协议的配置过程，减少人工操作。
Windows下IPSecVPN实验
图 3.3.2-12
(2) 在运行 ping 的同时，右键点击新建的 状态，如图 3.3.2-13 所示。
IP 安全策略，选择指派，查看
ping 程序运行
(3) 对两台机器同时指派，查看 可以 ping 通。
RFC2409 IKE(Internet Key Exchange)互连网密钥交换、 RFC2401 IPSec 协议、 RFC2402
AH(Authentication Header) 验证包头、 RFC2406 ESP (Encapsulating Security Payload) 加密数据 等协议。 IPSec 独立于密码学算法，这使得不同的用户群可以选择不同一套安全算法。
(4) 主机 B 实验台新建 IPSec策略“ ServerB”，步骤略。
(三 ) 主机 A 安全规则
(1) 添加“ a-b”的 IPSec筛选器列表
图 3.3.2-26 添加规则 1) 如图 3.3.2-26 所示，在“ a-b”属性框中，清除“使用添加向导”复选框，单击
“添加”按钮，添加 IPSec 筛选器； 2) 在“ IP 筛选器列表”窗口，输入名称“ a-b”，清除“使用添加向导”复选框，
IPSec 主要由 AH( 认证头 )协议， ESP(封装安全载荷 )协议以及负责密钥管理的 IKE( 因特 网密钥交换 )协议组成。 AH 为 IP 数据包提供无连接的数据完整性和数据源身份认证。数据
完整性通过消息认证码 (如 MD5 、 SHA1) 产生的校验值来保证，数据源身份认证通过在待认
证的数据中加入一个共享密钥来实现。 ESP 为 IP 数据包提供数据的保密性 (通过加密机制 )、
IP及IPSEC协议数据包的捕获与分析
IP及IPSEC协议数据包的捕获与分析为了掌握掌握IP和IPSEC协议的工作原理及数据传输格式，熟悉网络层的协议。
我进行了以下实验：首先用两台PC互ping并查看其IP报文，之后在两台PC上设置IPSEC互ping并查看其报文。
最终分析两者的报文了解协议及工作原理。
一、用两台PC组建对等网：将PC1与PC2连接并分别配置10.176.5.119和10.176.5.120的地址。
如图1-1所示。
图1-1二、两PC互ping：IP数据报结构如图1-2所示。
图1-2我所抓获的报文如图1-3，图1-4所示：图1-3 请求包图1-4 回应包分析抓获的IP报文：(1)版本：IPV4(2)首部长度：20字节(3)服务：当前无不同服务代码，传输忽略CE位，当前网络不拥塞(4)报文总长度：60字节(5)标识该字段标记当前分片为第1367分片(6)三段标志分别指明该报文无保留、可以分段，当前报文为最后一段(7)片偏移：指当前分片在原数据报（分片前的数据报）中相对于用户数据字段的偏移量，即在原数据报中的相对位置。
(8)生存时间：表明当前报文还能生存64(9)上层协议：1代表ICMP(10)首部校验和：用于检验IP报文头部在传播的过程中是否出错(11)报文发送方IP：10.176.5.120(12)报文接收方IP：10.176.5.119(13)之后为所携带的ICMP协议的信息：类型0指本报文为回复应答，数据部分则指出该报文携带了32字节的数据信息，通过抓获可看到内容为：abcdefghijklmnopqrstuvwabcdefghi三、IPSec协议配置：1、新建一个本地安全策略。
如图1-5。
图1-52、添加IP安全规则。
如图1-6.图1-6 3、添加IP筛选器。
如图1-7，图1-8，图1-9图1-7图1-8 图1-9 4、设置筛选器操作，如图1-10，图1-11所示图1-10图1-115、设置身份验证方法，预共享密钥：123456789，如图1-12所示图1-12 6、将设置好的本地安全策略分配，如图1-13所示图1-13 四、两PC配置IPSEC互ping，并抓获报文分析：所抓取报文如下图1-14所示图1-14下图1-15为协议协商部分报文：图1-15分析：(1)发起方的SPI为：1cfe1a3b68487806(2)响应方的SPI为：未知(3)本报文作用为协商IKE策略(4)交换模式为主模式(5)有效载荷类型：策略协商(6)载荷长度：56(7)解释域为IPSEC协议(8)第二段有效载荷类型为建议部分(9)第二段有效载荷类型为传输，内容是IKE策略下图1-16为KEY交换部分报文：图1-16分析：作用为通过协商DH产生第一阶段的密码。
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解(六)
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解IPSec（Internet协议安全性）是一种用于保护网络通信的协议，可以提供数据的加密和认证。
本文将详细介绍IPSec的使用方法，包括配置和启用IPSec的步骤。
一、IPSec简介IPSec是一种网络层协议，用于提供端到端的安全性。
它可以在网络层对数据进行加密和认证，确保数据在传输过程中的安全性和完整性。
通过使用IPSec，用户可以安全地在互联网等不安全的环境下进行数据传输。
二、配置IPSec的步骤1. 确定安全策略在配置IPSec之前，需要确定安全策略，包括需要保护的数据、通信双方的身份验证方式、加密算法、认证算法等。
安全策略可以根据具体的需求进行调整。
2. 配置IPSec隧道IPSec隧道是安全通信的通道，需要配置隧道以实现加密和认证。
配置IPSec隧道时，需要配置以下内容：a. 选择加密算法：可以选择AES、3DES等加密算法。
b. 选择认证算法：可以选择HMAC-SHA1、HMAC-MD5等认证算法。
c. 配置密钥：需要配置加密和认证所需的密钥。
3. 配置IPSec策略IPSec策略用于控制哪些通信需要进行加密和认证。
配置IPSec策略时，需要指定以下内容：a. 源地址和目标地址：指定通信双方的IP地址。
b. 安全协议：指定使用的安全协议，可以选择AH或ESP。
c. 安全关联（SA）：指定使用的加密算法、认证算法和密钥。
4. 配置密钥管理密钥管理是IPSec中非常重要的一部分，用于生成和管理加密和认证所需的密钥。
密钥可以手动配置，也可以通过密钥管理协议（如IKE）自动配置。
5. 启用IPSec完成上述配置后，可以启用IPSec。
启用IPSec时，需要将配置应用到网络设备上，以确保IPSec正常工作。
具体操作可以参考相关网络设备的文档。
三、启用IPSec的注意事项在启用IPSec之前，需要注意以下事项：1. 配置的一致性：配置IPSec时，需要确保各个网络设备的配置是一致的，以确保IPSec能够正常工作。
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解(九)
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解IPSec（Internet Protocol Security）是一种网络层协议，用于确保通信数据的安全性和完整性。
通过加密和身份验证机制，IPSec可以保护网络通信免受恶意攻击和数据泄露的影响。
在本文中，我们将详细介绍如何配置和启用IPSec。
第一步：了解IPSec的概念在我们开始配置和启用IPSec之前，有必要了解一些IPSec的基本概念。
IPSec使用两个核心协议：AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload）。
AH负责对数据进行身份验证和完整性检查，而ESP则负责将数据进行加密和解密。
此外，IPSec还需要配置密钥管理机制，以确保安全的密钥分发和更新。
第二步：选择IPSec的实现方式IPSec可以在操作系统级别或网络设备级别进行配置和启用。
如果您正在使用Windows操作系统，您可以通过在操作系统设置中启用IPSec功能来配置IPSec。
另外，许多网络设备也提供了IPSec功能的支持，您可以通过设置设备的安全策略和规则来启用IPSec。
第三步：配置IPSec策略配置IPSec策略是启用IPSec的关键步骤之一。
在Windows操作系统中，您可以通过打开“本地安全策略”管理器来配置IPSec策略。
在“本地安全策略”管理器中，您可以定义多个安全规则，并指定何时和如何应用这些规则。
例如，您可以定义一个规则，要求所有从Internet到内部网络的数据包都必须经过IPSec保护。
在网络设备中，配置IPSec策略的方式可能会有所不同。
您可以通过登录设备的管理界面，并导航到相应的安全设置中来配置IPSec策略。
在这些设置中，您可以定义源地址、目标地址、安全协议和密钥等信息，以确保通信数据的安全性。
第四步：配置和管理密钥为了实现安全的通信，IPSec需要使用密钥对数据进行加密和解密。
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解(十)
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解在网络通信中，保护数据的安全性是至关重要的。
为了确保数据在传输过程中不被窃取或篡改，使用IPSec（Internet Protocol Security）是一种常见的选择。
IPSec是一个网络协议套件，用于对网络传输进行加密和身份验证。
本文将详细介绍配置和启用IPSec的步骤。
IPSec是在互联网工作组（Internet Engineering Task Force，简称IETF）的指导下开发的，它提供了一种安全的通信方式，可以在IPv4和IPv6网络上使用。
在配置和启用IPSec之前，您需要了解几个基本概念。
首先是密钥管理，它涉及到生成和分发密钥的过程。
密钥是用于加密和解密数据的关键。
通常，有两种主要的密钥管理方式，一种是手动密钥管理，另一种是自动密钥管理。
在本文中，我们将重点介绍自动密钥管理。
自动密钥管理使用一种称为IKE（Internet Key Exchange）的协议来建立和管理密钥。
IKE协议确保通信双方能够协商出一个共享密钥，用于加密和解密数据。
在配置和启用IPSec时，我们需要设置IKE参数。
另一个重要的概念是安全策略（Security Policy），它规定了哪些数据需要进行加密和认证。
安全策略通常基于源IP地址、目的IP地址和通信的协议类型来定义。
在配置和启用IPSec时，我们需要定义安全策略。
现在，让我们来详细讨论配置和启用IPSec的具体步骤。
步骤一：安装IPSec软件包首先，我们需要在我们的设备上安装IPSec软件包。
这些软件包通常是开源的，并且在大多数操作系统上都有提供。
您可以通过操作系统的软件包管理器或从官方网站下载所需的软件包。
步骤二：配置IKE参数接下来，我们通过编辑配置文件来配置IKE参数。
根据您使用的操作系统和IPSec软件包的不同，配置文件的位置和格式可能会有所不同。
您可以通过查阅相关文档来了解如何编辑配置文件。
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解(四)
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解IPSec（Internet Protocol Security）是一种常用的网络安全协议，用于对网络通信进行加密和身份验证。
通过使用IPSec，我们可以保护数据的机密性和完整性，防止黑客和未经授权的访问者获得敏感信息。
本文将详细介绍配置和启用IPSec的步骤。
一、了解IPSec在开始配置和启用IPSec之前，我们首先要对IPSec有所了解。
IPSec是一套协议和算法的组合，用于在网络层提供数据的安全性。
它通过在IP层加密数据包来保护数据传输的机密性和完整性。
IPSec协议具有两种模式：传输模式和隧道模式。
传输模式只对数据部分进行加密，而隧道模式将整个IP数据包都加密。
二、确定IPSec使用场景在配置和启用IPSec之前，我们需要确定IPSec的使用场景。
我们可以使用IPSec来保护两个网络之间的通信，也可以用于保护远程访问VPN连接。
了解使用场景有助于我们选择正确的配置选项和参数。
三、配置IPSec1. 确保网络设备支持IPSec协议。
大多数现代网络设备都支持IPSec协议，如路由器、防火墙和虚拟专用网关。
2. 找到并打开网络设备的管理界面。
可以通过在Web浏览器中输入网络设备的IP地址来访问管理界面。
3. 导航到IPSec配置页面。
不同的设备管理界面可能有所不同，但通常可以在安全或VPN设置下找到IPSec配置选项。
4. 配置加密算法。
IPSec支持多种加密算法，如AES、3DES和DES。
根据安全需求选择合适的算法。
5. 配置身份验证算法。
IPSec使用身份验证算法来确认通信双方的身份。
常见的身份验证算法有预共享密钥和证书。
选择适合的身份验证算法，并创建所需的密钥或证书。
6. 配置密钥管理。
密钥管理是IPSec中关键的一部分，用于协商和管理加密密钥。
可以选择手动密钥管理或自动密钥管理协议（如IKE）。
7. 配置IPSec策略。
IPSec策略定义了如何应用IPSec加密和身份验证规则。
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解(三)
IPSec使用方法：配置和启用IPSec的步骤详解IPSec（Internet Protocol Security）是一种常用的网络安全协议，用于保护网络通信的安全性和完整性。
通过对数据进行加密和认证，IPSec确保了数据在网络传输过程中的保密性和防篡改能力。
本文将详细介绍IPSec的配置和启用步骤，帮助读者了解如何使用IPSec 来保护网络通信的安全。
一、IPSec的概述IPSec协议是在网络层实现的安全协议，它通过对IP数据包进行加密和认证，确保数据在传输过程中的安全性。
IPSec使用了多种加密和认证算法，如DES、3DES、AES等，同时还支持两种模式：传输模式和隧道模式。
传输模式适用于通信双方在同一网络中，而隧道模式则适用于需要跨越不同网络的通信。
二、IPSec的配置步骤以下是IPSec的配置步骤：1. 确定加密和认证算法：首先，需要确定使用哪种加密和认证算法来保护通信。
常用的算法有DES、3DES和AES，认证算法可以选择MD5或SHA。
2. 配置密钥管理：IPSec需要使用密钥来进行加密和认证，因此需要配置密钥管理。
可以选择手动配置密钥，也可以使用自动密钥交换协议（IKE）来自动分发密钥。
3. 配置安全策略：安全策略定义了哪些流量需要被保护，以及如何进行保护。
可以根据需要定义多个安全策略，每个策略可以有不同的加密和认证算法。
4. 配置IPSec隧道：如果需要跨越不同网络的通信，需要配置IPSec隧道。
隧道配置包括隧道模式、本地和远程网关地址，以及相应的加密和认证算法。
5. 启用IPSec：完成配置后，需要启用IPSec来保护通信。
启用IPSec的方式可以是在路由器或网络防火墙上配置相应的规则，也可以在主机上使用IPSec客户端软件。
三、IPSec的启用步骤以下是IPSec的启用步骤：1. 检查设备支持：首先，需要检查网络设备是否支持IPSec。
大多数现代路由器、防火墙和操作系统都已经支持IPSec，但仍需确保设备支持。
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一、传输模式的实现
1.启动vmware，建立两个windows server 2003虚拟机
2.
IP1:192.168.72.128 IP2:192.168.72.13
2. 新建本地安全策略 IP安全策略-1（用作IPSec传输模式）
1
3编辑安全策略-1的属性,新建IP安全规则
4.设置安全规则的模式（传输模式）
5.设置对所有网络连接都是用这个安全策略新建并设置IP筛选器列表7.设置源地址为我的IP地址，目标地址为192.168.72.131
8添加筛选器操作，选用不同的加密模式
9.设置共享密钥的密码。
10.完成，设置刚刚创建的规则为当前IP策略的规则查看当前规则的基本信息
11.完成后，指派当前的安全策略。
12.在另一台机器上新建安全策略，将源地址和目标地址分别设为本机和192.168.72.128，设置筛选器操作以及共享密钥必须跟第一台机器上的设置完全相通
不指派查看结果
.
13.
14.指派一方IP策略查看结果
15.双方指派IP策略查看结果
二、隧道模式的实现
1.添加两个筛选器列表
2.采用同样的方式设置筛选器列表in和筛选器列表out的操作
3.不同的地方是，指定IP为192.168.72.128，out策略的隧道终点的IP地址为192.168.72.131
4. In策略的隧道终点为本身IP，指定IP为192.168.72.131，out策略的隧道终点的IP地址为192.168.72.128 In策略的隧道终点为本身IP
5.
6.同时设置筛选器目标地址和源地址的IP
规则：
IP：192.168.72.128 筛选器out 源地址：本身目标地址：192.168.72.131
筛选器in 源地址：192.168.72.131 目标地址：本身IP：192.168.72.131 筛选器out 源地址：本身目标地址：192.168.72.128
筛选器in 源地址：192.168.72.128 目标地址：本身
指派双方的安全策略，查看结
二. 抓包分析isakmp协议过程
A. 第一阶段主模式原理分析
MM 模式下：6个包1-2包：双方互相提供可以实现的isakmp参数，包括
以下内容1-2 包：双方互相提供可以实现的Isakmp参数包括下面的内容
1 对端ip
2 authentication 方式：presharekey CA 等
3 加密类型des 3des aes
4 hash md
5 sha-1
5 DH 1,2.7
3-4 包通过DH算法产生可以密钥
1 给isakmp phase 1 阶段使用
2 给ISakmap phase2 阶段使用
5-6 包验证对等体的身份,建立isakmp sa
1 共享密钥
2 CA
3 NO-nonce
MM模式下要配置参数在
1 cryipsec isakmp key cisco address X.x.X.X-----配置共享密钥
2 authentication 方式：presharekey CA 等
3 加密类型des 3des aes
4 hash md
5 sha-1
5 DH 1,2.7
第1-2个数据包
1.作用
（1）通过数据包源地址确认对端体的和合法性。
（2）协商IKE策略
2.第一个包的格式
通过比较收到的数据包的源地址和本端配置的CRYPTO ISAKMP KEY 密码 address IP 中的IP 是否相等验证合法性。
相等就接收设个包，不相等就丢弃。
•
通过上图可以看出，模式是主模式，载荷类型是SA，数目是一个，内容是IKE策略。
3.第二个包
通过上面的图可以看出是协商后的策略。
第3-4个数据包
1.作用
（1）通过协商DH产生第一阶段的密码。
2 第三个包格式
从上图可看出模式主模式，载荷类型是密钥交换和厂商载荷。
说明：
DH是一种非对称密钥算法，基于一个知名的单项函数，A=Ga mode p 这个函数的特点是在G 和p 很多的情况下已知a求A很容易，反之基本不可能。
关于这个算法详情可以参考网络上的相关文章。
IPSEC就是通过这种方式，协商密钥的。
有了这个秘密就可以通过衍生算法得到密钥和HMAC吃了IKE的密钥，感兴趣的密钥也从这个密钥衍生出来的，所以说这个密钥是IPSEC的始祖。
3.第四个包基本这第三个相同
第5-6个数据包
1.作用
这个过程主要任务是认证。
（通过1-2和3-4的协商已经具备策略和密钥所以这个阶段已经在安全环境中进行了）
2.第五个包的格式
从上图可以看出，模式只主模式，载荷联系身份认证，FLAGS这个开源参考IETF IP 安全标识数据的特定细节。
（这些已经比较难了）
3.第六个包格式
说明此文档只是验证了共享密钥的验证方法，证书验证在以后的文章中给出。
第二阶段快速模式3个包
●1 对MM模式的IKE参数做加密验证
●2 交换IPSEC 转换集—transformer-set
●3 接受者确认发起者提出的参数，并建立ipsec sa
1.作用
●在安全的环境中协商处理感兴趣流的策略。
●主要包括：
●（1）感兴趣流
●（2）加密策略
●（3）散列函数
●（4）封装协议
●（5）封装模式
●（6）密钥的有效期
2.第一个包
发送方会把感兴趣流和相关的IPSEC策略发给对方，有对方选择合适的策略。
●从上图可以看出模式是快速模式，类型是HASH载荷，已经是安全环境
了。
●由于是加密的数据，所以在这里看不出具体的内容。
3.第二三个包
●由于是加密数据包在此看不出什么。
其实在第二三包中已经有了个SPI,
●说明：SPI简单的说就是一个字段，用于唯一标识一个IPSEC SA。
●另外第一阶段的SA是双向的，这个阶段（快速模式）的SA是单向的。
●也就是说进入和出去使用不同SA。
●还有一点就SPI是由目的设备决定，以为发送方接收的SPI是接收方产
生的。
●
2个阶段有什么联系和区别：
●1 MM模式成功建立一个可以信赖的isakmp sa 并利用DH算法产生用于
1.2 需要使用的密钥，实际上位2阶段做准备
●2 实际在加密中使用的SA是2阶段的ipsec sa 而不是1阶段的sa
●3 MM 模式的sa lifetime 24h 在Qm模式下是1h
●4 在MM阶段并未使用AH ESP 只有在QM模式才使用AH ESP 因此
ＩＰＳＥＣ的实际应有在２阶段
●5 主模式MM_SA，为建立信道而进行的安全关联快速模式QM_SA，
为数据传输而建立的安全关联
●
●安全关联SA（Security Association）是单向的，在两个使用IPSec的实
体（主机或路由器）间建立的逻辑连接，定义了实体间如何使用安全
服务（如加密）进行通信。
它由下列元素组成：
●安全参数索引SPI；
●IP目的地址；
●安全协议
三．实验遇到的问题及其解决方法
●在传输模式的配置中指派策略后ping不通。
●解决方法：查看策略中筛选器列表所有加密算法及其顺序，发现不是完
全相同，修改后问题解决。
●在隧道模式配置中指派策略ping不通。
●解决方法：查看筛选器列表in，out的目标地址和源地址是否设置正确，
因为有四种筛选器，所以配置起来容易出错。