基礎知識

　　是什麼？

　　Virtual Private Network, 虛擬專用網路是一個建立在公用網通常是因特網上的專用網路，但因為這個專用網路只是邏輯存在並沒有實際物理線路，故稱為虛擬專用網。

　　隨著因特網的發展壯大，越來越多的資料需要在因特網上進行傳輸共享，當企業將自身網路接入因特網時，各地的辦事處等外部站點可以很方便地訪問企業網路，但同時也把企業內部的私有資料暴露給因特網上的其他使用者。於是在這種開放的網路環境上搭建專用線路的需求日益強烈，應運而生。

　　通過隧道技術在兩個站點間建立一條虛擬的專用線路，使用端到端的認證和加密保證資料的安全性。典型拓撲如下圖所示：

　　什麼是封裝與隧道？

　　封裝是指將一種協議承載在另一種協議中進行傳輸的技術，如PPTP就是將PPP報文封裝在GRE協議中。協議B為被承載協議，GRE為承載協議。

　　隧道指被承載協議的傳輸通道。

　　什麼是PPTP？

　　點對點隧道協議，是在PPP協議的基礎上開發的一種新的增強型安全協議，可以使遠端使用者安全方便的訪問企業網路。PPTP屬於二層隧道協議。

　　什麼是L2TP？

　　二層隧道協議L2TPLayer 2 Tunneling Protocol，是由IETF起草，微軟、Cisco等公司參予制定的二層隧道協議。

　　PPTP與L2TP區別是什麼？

　　PPTP與L2TP適用於經常有流動人員遠端辦公的環境，出差員工利用Internet可以很方便的和公司的閘道器建立私有的隧道連線。PPTP、L2TP提供認證加密功能，可提高網路的安全性。如下圖所示，出差員工通過PPTP 連線至總部網路。

　　什麼是IPsec ？

　　IPsecIP安全是一系列服務和協議的集合，是由IETF制定的三層隧道加密協議，它為Internet上資料的傳輸提供了高質量的、可互操作的、基於密碼學的安全保證。特定的通訊方之間在IP層通過加密與資料來源認證等方式，可以保證雙方資料的完整性與機密性。

　　資料完整性：IPSec接收方對傳送方傳送來的包進行認證，以確保資料的完整性。

　　資料機密性：IPSec傳送方在通過網路傳輸包前對資料包進行加密，可以保證資料的安全性。

　　資料來源認證：IPSec接收方可以認證IPSec報文的傳送方是否合法。

　　為了實現安全的通訊，通訊雙方的IPsec協議必須協商用於編碼資料的具體演算法，資料格式的安全提議，並通過IKE交換解密編碼資料所需的金鑰。

　　IPsec中有兩個重要的安全協議，AHAuthentication Header和ESPEncapsulating Security Payload。

　　什麼是AH？

　　AH是認證頭協議，主要提供的功能有資料來源認證、資料完整性校驗和防報文重放功能，可選擇的認證演算法有MD5、SHA-1等。AH報文頭插在標準IP包頭後面，保證資料包的完整性和真實性，防止黑客截獲資料包或向網路中插入偽造的資料包。

　　什麼是ESP？

　　ESP是報文安全封裝協議，與AH協議不同的是，ESP將需要保護的使用者資料進行加密後封裝到IP包中，可以保證資料的機密性。

　　常見的加密演算法有DES、3DES、AES等。

　　可以選擇MD5、SHA-1演算法保證報文的完整性和真實性。

　　AH和ESP可以單獨使用，也可以配合使用。裝置支援的AH和ESP聯合使用的方式為：先對報文進行ESP封裝，再對報文進行AH封裝，封裝之後的報文從內到外依次是原始IP報文、ESP頭、AH頭和外部IP頭。

　　目前TL-ER6120支援AH或者ESP，不支援“AH+ESP”。

　　驗證演算法

　　AH和 ESP都能夠對 IP報文的完整性進行驗證， 以判別報文在傳輸過程中是否被篡改。驗證演算法是通過 Hash函式。Hash函式是一種能夠接受任意長的訊息輸入，併產生固定長度輸出的演算法，該輸出稱為訊息摘要。IPsec 對等體計算摘要，如果兩個摘要是相同的，則表示報文是完整未經篡改的。IPsec 使用兩種驗證演算法：

　　MD5：MD5通過輸入任意長度的訊息，產生 128bit的訊息摘要。

　　SHA-1：SHA-1通過輸入長度小於 2的 64次方位元的訊息，產生 160bit的訊息摘要。

　　加密演算法

　　ESP能夠對 IP報文內容進行加密保護，防止報文內容在傳輸過程中被窺探。加密演算法實現主要通過對稱金鑰系統，它使用相同的金鑰對資料進行加密和解密。

　　IPsec常用的三種加密演算法：

　　DES：使用 56bit的金鑰對每個 64bit的明文塊進行加密。

　　3DES：使用三個 56bit的 DES金鑰共 168bit金鑰對明文進行加密。3DES具有更高的安全性，但其加密資料的速度要比 DES慢。

　　AESAdvanced Encryption Standard：可以實現 128bit、192bit和 256bit金鑰長度的 AES演算法。

　　什麼是IKE？

　　在 IPsec 中，為了保證資訊的私密性，通訊雙方需要使用彼此都知道的資訊來對資料進行加密和解密，所以在通訊建立之初雙方需要協商安全性金鑰，這一過程便由 IKE Internet Key Exchange, 網際網路金鑰交換協議完成。

　　IKE 其實並非一個單獨的協議，而是三個協議的混合體。這三個協議分別是 ISAKMP Internet Security Association and Key Management Protocol, 網際網路安全性關聯和金鑰管理協議，該協議為交換金鑰和 SA Security Association, 安全聯盟協商提供了一個框架;Oakley 金鑰確定協議，該協議描述了金鑰交換的具體機制;SKEME安全金鑰交換機制，該協議描述了與 Oakley 不同的另一種金鑰交換機制。

　　整個 IKE 協商過程被分為兩個階段。第一階段，通訊雙方將協商交換驗證演算法、加密演算法等安全提議，並建立一個 ISAKMP SA，用於在第二階段中安全交換更多資訊。第二階段，使用第一階段中建立的 ISAKMP SA 為 IPsec的安全性協議協商引數，建立 IPsec SA，用於對雙方的通訊資料進行保護。

　　IKE為IPSec提供自動協商交換金鑰、建立和維護SA的服務，以簡化IPSec的使用和管理。IPSec所使用的策略和演算法等可以手工協商，IKE並不是必須的。

　　DHDiffie-Hellman交換及金鑰分發 ：Diffie-Hellman 演算法是以蒂夫-海曼的名字命名的一種公共金鑰演算法。通訊雙方在不傳送金鑰的情況下通過交換一些資料，計算出共享的金鑰。加密的前提是交換加密資料的雙方必須要有共享的金鑰。

　　PFSPerfect Forward Secrecy完善的前向安全性： PFS特性是一種安全特性，由於金鑰間沒有派生關係，即使一個金鑰被破解，並不影響其他金鑰的安全性。

　　IPSec主要用在站點到站點分支結構到分支機構的方案中。如下圖，總部與分支機構各部署一臺閘道器，做好相應配置後，分支機構與總部的內網間可實現透明互訪，又可保證通訊的安全性。