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1 IPsec

1.1 IPsec简介

1.1.1 IPsec基本概念

1.1.2 协议规范

1.2 建立IPsec隧道的配置方式

1.3 基于ACL建立IPsec安全隧道

1.3.1 IPsec隧道限制说明

1.3.2 IPsec配置任务简介

1.3.3 配置访问控制列表

1.3.4 配置安全提议

1.3.5 配置安全策略

1.3.6 在接口上应用安全策略组

1.3.7 配置会话空闲超时时间

1.3.8 使能解封装后IPsec报文的ACL检查功能

1.3.9 配置IPsec抗重放功能

1.3.10 配置报文信息预提取功能

1.4 IPsec显示和维护

1.5 IPsec典型配置举例

1.5.1 采用IKE方式建立保护IPv4报文的IPsec安全隧道

2 IKE

2.1 IKE简介

2.1.1 IKE的安全机制

2.1.2 IKE的交换过程

2.1.3 IKE在IPsec中的作用

2.1.4 IPsec与IKE的关系

2.1.5 协议规范

2.2 IKE配置任务简介

2.3 配置本端安全网关的名字

2.4 配置IKE安全提议

2.5 配置IKE对等体

2.6 配置Keepalive定时器

2.7 配置对等体存活检测

2.8 配置取消对next payload域的检查

2.9 IKE显示和维护

2.10 IKE典型配置举例

2.11 常见错误配置举例

2.11.1 非法用户身份信息

2.11.2 提议不匹配

2.11.3 无法建立安全隧道

2.11.4 ACL配置错误

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：

·     支持IKE（Internet Key Exchange，互联网密钥交换），可实现密钥的自动协商功能，减少了密钥协商的开销。可以通过IKE建立和维护SA（Security Association，安全联盟）的服务，简化了IPsec的使用和管理。

·     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）、IKE（Internet Key Exchange，互联网密钥交换）和用于网络认证及加密的一些算法等。其中，AH协议和ESP协议用于提供安全服务，IKE协议用于密钥交换。

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。

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。使用IKE协商产生SA时，SPI将随机生成。

通过IKE协商建立的SA具有生存周期，手工方式建立的SA永不老化。IKE协商建立的SA的生存周期有两种定义方式：

·     基于时间的生存周期，定义了一个SA从建立到失效的时间；

·     基于流量的生存周期，定义了一个SA允许处理的最大流量。

生存周期到达指定的时间或指定的流量，SA就会失效。SA失效前，IKE将为IPsec协商建立新的SA，这样，在旧的SA失效前新的SA就已经准备好。在新的SA开始协商而没有协商好之前，继续使用旧的SA保护通信。在新的SA协商好之后，则立即采用新的SA保护通信。

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。

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

有如下两种协商方式建立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。

·     IKE自动协商（isakmp）方式相对比较简单，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SA。

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SA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SA。

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  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

1.2  建立IPsec隧道的配置方式

目前，设备仅支持基于ACL建立IPsec隧道的配置方式：即，由ACL来指定要保护的数据流范围，通过配置安全策略并将安全策略绑定在实际的物理接口上来完成IPsec的配置。这种方式可以利用ACL的丰富配置功能，结合实际的组网环境灵活制定IPsec安全策略。

1.3  基于ACL建立IPsec安全隧道

1.3.1  IPsec隧道限制说明

目前，设备通过ACL来识别由IPsec隧道保护的流量时，受保护的流量只能是源地址或目的地址为本机的报文。例如：可配置IPsec隧道对设备发送给日志服务器的日志信息进行保护。ACL中定义的匹配转发流量的规则不生效，IPsec不会对设备转发的任何数据流和语音流进行保护。关于IPsec中ACL规则的定义请参见“1.3.3  配置访问控制列表”。

1.3.2  IPsec配置任务简介

基于ACL建立IPsec安全隧道的基本配置思路如下：

(1)     通过配置访问控制列表，用于匹配需要保护的数据流；

(2)     通过配置安全提议，指定安全协议、认证算法和加密算法、封装模式等；

(3)     通过配置安全策略，将要保护的数据流和安全提议进行关联（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；

(4)     最后在设备接口上应用安全策略即可完成IPsec隧道的配置。

表1-1 IPsec配置任务简介

1.3.3  配置访问控制列表

ACL（Access Control List，访问控制列表）是用来实现流识别功能的。网络设备为了过滤报文，需要配置一系列的匹配条件对报文进行分类，当设备的端口接收到报文后，即根据当前端口上应用的ACL规则对报文进行分析、识别之后，根据预先设定的策略对报文进行不同的处理。

1. ACL规则中关键字的使用

IPsec通过配置ACL来定义需要过滤的数据流。在IPsec的应用中，ACL规则中的permit关键字表示与之匹配的流量需要被IPsec保护，而规则中的deny关键字则表示与之匹配的那些流量不需要保护。一个ACL中可以配置多条规则，首个与数据流匹配上的规则决定了对该数据流的处理方式，如果该规则为permit，则该规则就定义了需要建立SA来保护的数据流量的范围。

在IPsec策略中定义的ACL既可用于过滤接口入方向数据流，也可用于过滤接口出方向数据流。

·     设备出入方向的数据流都使用IPsec策略中定义的ACL规则来做匹配依据。具体是，出方向的数据流正向匹配ACL规则，入方向的数据流反向匹配ACL规则。

·     在出方向上，与ACL的permit规则匹配的报文将被IPsec保护，未匹配上任何规则或与deny规则匹配上的报文将不被IPsec保护。

·     在入方向上，与ACL的permit规则匹配上的未被IPsec保护的报文将被丢弃，目的地址为本机的IPsec报文将被进行解封装处理，解封装后的IP报文若能与ACL的permit规则匹配上则采取后续处理，否则丢弃。

需要注意的是：

·     仅对确实需要IPsec保护的数据流配置permit规则，避免盲目地使用关键字any。这是因为，在一个permit规则中使用any关键字就代表所有指定范围上出方向的流量都需要被IPsec保护，所有对应入方向上被保护的IPsec报文将被接收并处理，入方向上未被保护的IPsec报文将被丢弃。这种情况下，一旦入方向收到的某流量是未被IPsec保护的，那么该流量就会被丢弃，这会造成一些本不需要IPsec处理的流量丢失，影响正常的业务流传输。

·     合理使用deny规则，尤其是在一个安全策略下有多条优先级不同的子安全策略时，避免本应该与优先级较低的子安全策略的ACL permit规则匹配而被IPsec保护的出方向报文，因为先与优先级较高的子安全策略的ACL deny规则匹配上，而在接收端被当作未被IPsec保护的报文丢弃。

·     在交换机上给IPsec使用的ACL不能与其它业务共享，并且ACL中的规则要对称，否则某些情况下IPsec只能保护单一方向的数据流。

2. ACL规则的配置

为保证SA的成功建立，建议将IPsec对等体上的访问控制列表镜像配置，即保证两端要保护的数据流范围是镜像的。

若IPsec对等体上的访问控制列表配置非镜像，那么只有一种情况下，SA的协商是可以建立的。这种情况就是，一端的访问控制列表规则定义的范围是另外一端的子集。但需要注意的是，在这种ACL配置下，并不是任何一端发起的SA协商都可以成功，仅当保护范围小（细粒度）的一端向保护范围大（粗粒度）的一端发起的协商才能成功，反之则协商失败。这是因为，协商响应方要求协商发起方发送过来的数据必须在响应方可以接受的范围之内。其结果就是，从细粒度一端向粗粒度一端发起的协商是可以成功的；从粗粒度一方向细粒度一方发起的协商是不能成功的。

3. 数据流的保护方式

目前，设备支持的数据流的保护方式为标准方式：即一条隧道保护一条数据流。ACL中的每一个规则对应的数据流都会由一条单独创建的隧道来保护。

1.3.4  配置安全提议

安全提议是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 配置安全提议

1.3.5  配置安全策略

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：

·     手工配置方式：需要用户手工配置密钥、SPI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；

·     IKE协商方式：由IKE自动协商生成各参数。

1. 手工配置安全策略

(1)     配置准备

手工配置安全策略时，除完成该安全策略需要引用的访问控制列表及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：

·     安全策略引用的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。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。

(2)     手工配置安全策略

表1-3 手工配置安全策略

2. 配置使用IKE协商方式的安全策略

在采用IKE方式配置安全策略时，目前仅支持直接配置安全策略，即：在安全策略视图中定义需要协商的各参数。

(1)     配置准备

在配置IKE协商安全策略之前，需要完成以下配置：

·     配置所引用的访问控制列表和安全提议。

·     配置IKE对等体。具体配置请参见“2.5  配置IKE对等体”。

为保证IKE协商成功，安全策略中所有配置的参数必须在本端和对端相匹配。

(2)     直接配置使用IKE协商方式的安全策略

表1-4 直接配置使用IKE协商方式的安全策略

1.3.6  在接口上应用安全策略组

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。

为使定义的SA生效，应在每个要加密的数据流和要解密的数据流所在接口（逻辑的或物理的）上应用一个安全策略组，以对数据进行保护。当取消安全策略组在接口上的应用后，此接口便不再具有IPsec的安全保护功能。

当从一个接口发送数据时，将按照从小到大的顺序号查找安全策略组中每一条安全策略。如果数据匹配了一条安全策略引用的访问控制列表，则使用这条安全策略对数据进行处理；如果数据没有匹配安全策略引用的访问控制列表，则继续查找下一条安全策略；如果数据与所有安全策略引用的访问控制列表都不匹配，则直接被发送（IPsec不对数据加以保护）。

表1-5 在接口上应用安全策略组

1.3.7  配置会话空闲超时时间

数据包首次匹配IPsec策略后创建IPsec会话，并根据匹配结果创建IPsec会话表项，会话表项中记录了报文的五元组（源IP地址、目的IP地址、协议号、源端口、目的端口）和匹配的IPsec隧道。

IPsec会话的删除由IPsec会话的空闲超时时间决定。IPsec会话在超过它的空闲超时时间之后，被自动删除。

属于该会话的后续数据流根据报文的五元组，来查找会话表项。如果找到匹配的会话表项，则根据会话表项中的隧道信息来处理；如果没有找到匹配的会话表项，则按照IPsec原来的处理流程来处理，即从接口下查找策略组、策略，最后查找匹配的隧道来处理。

IPsec流程中增加的会话处理机制，节省了大量的中间匹配过程，提高了IPsec的转发效率。

表1-6 配置会话空闲超时时间

1.3.8  使能解封装后IPsec报文的ACL检查功能

在隧道模式下，对于解封装之后的入方向IPsec报文，有可能出现报文的内部IP头不在当前安全策略配置的ACL保护范围内的情况，如网络中恶意构造的攻击报文头可能不在此范围，所以需要重新检查报文内部IP头是否在ACL保护范围内。使能该功能后可以保证ACL检查不通过的报文被丢弃，从而提高网络安全性。

表1-7 使能解封装后IPsec报文的ACL检查功能

1.3.9  配置IPsec抗重放功能

通常，重放报文是指已经处理过的报文。IPsec通过滑动窗口（抗重放窗口）机制检测重放报文。AH和ESP协议报文中带有序列号，如果收到报文的序列号与已经解封装过的报文序列号相同，或报文的序列号出现得较早，即已经超过了抗重放窗口的范围，则认为该报文为重放报文。

由于对重放报文的解封装无实际作用，并且解封装过程涉及密码学运算，会消耗设备大量的资源，导致业务可用性下降，实际上构成了拒绝服务攻击。通过使能IPsec抗重放检测功能，将检测到的重放报文在解封装处理之前丢弃，可以降低设备资源的消耗。

另外，在某些特定环境下，业务数据报文的序列号顺序可能与正常的顺序差别较大，虽然并非有意的重放攻击，但会被抗重放检测认为是重放报文，导致业务数据报文被丢弃，影响业务的正常运行。因此，这种情况下就可以通过关闭IPsec抗重放检测功能来避免业务数据报文的错误丢弃，也可以通过适当地增大抗重放窗口的宽度，来适应业务正常运行的需要。

表1-8 配置IPsec抗重放功能

1.3.10  配置报文信息预提取功能

当在接口上同时应用了IPsec策略与QoS策略时，缺省情况下，QoS使用被封装报文的外层IP头信息来对报文进行分类。但如果希望QoS基于被封装报文的原始IP头信息对报文进行分类，则需要配置报文信息预提取功能来实现。

关于QoS策略及QoS分类的相关介绍请参见“ACL和QoS配置指导”中的“QoS配置方式”。

表1-9 配置报文信息预提取功能

1.4  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1-10 IPsec显示和维护

1.5  IPsec典型配置举例

1.5.1  采用IKE方式建立保护IPv4报文的IPsec安全隧道

1. 组网需求

·     如图1-2所示，在Switch A和Switch B之间建立一个安全隧道，对Switch A与Switch B之间的数据流进行安全保护。

·     安全协议采用ESP协议，加密算法采用AES-CBC-128，认证算法采用HMAC-SHA1-96。

2. 组网图

图1-2 IPsec配置组网图

3. 配置步骤

(1)     配置Switch A

# 配置Vlan-interface1接口的IP地址。

<SwitchA> system-view

[SwitchA] interface vlan-interface 1

[SwitchA-Vlan-interface1] ip address 2.2.2.1 255.255.255.0

[SwitchA-Vlan-interface1] quit

# 配置一个访问控制列表，定义由Switch A去Switch B的数据流。

[SwitchA] acl number 3101

[SwitchA-acl-adv-3101] rule 0 permit ip source 2.2.2.1 0 destination 2.2.3.1 0

[SwitchA-acl-adv-3101] rule 5 permit ip source 2.2.3.1 0 destination 2.2.2.1 0

[SwitchA-acl-adv-3101] quit

# 创建名为tran1的安全提议。

[SwitchA] ipsec proposal tran1

# 报文封装形式采用隧道模式。

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] encapsulation-mode tunnel

# 安全协议采用ESP协议。

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] transform esp

# 选择算法。

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] esp encryption-algorithm aes 128

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] esp authentication-algorithm sha1

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] quit

# 配置IKE对等体。

[SwitchA] ike peer peer

[SwitchA-ike-peer-peer] pre-shared-key Ab12<><>

[SwitchA-ike-peer-peer] remote-address 2.2.3.1

[SwitchA-ike-peer-peer] quit

# 创建一条安全策略，协商方式为isakmp。

[SwitchA] ipsec policy map1 10 isakmp

# 引用安全提议。

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] proposal tran1

# 引用访问控制列表。

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] security acl 3101

# 引用IKE对等体。

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] ike-peer peer

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] quit

# 在Vlan-interface1接口上应用安全策略组。

[SwitchA] interface vlan-interface 1

[SwitchA-Vlan-interface1] ipsec policy map1

(2)     配置Switch B

# 配置Vlan-interface1接口的IP地址。

<SwitchB> system-view

[SwitchB] interface vlan-interface 1

[SwitchB-Vlan-interface1] ip address 2.2.3.1 255.255.255.0

[SwitchB-Vlan-interface1] quit

# 配置一个访问控制列表，定义由Switch B去Switch A的数据流。

[SwitchB] acl number 3101

[SwitchB-acl-adv-3101] rule 0 permit ip source 2.2.3.1 0 destination 2.2.2.1 0

[SwitchB-acl-adv-3101] rule 5 permit ip source 2.2.2.1 0 destination 2.2.3.1 0

[SwitchB-acl-adv-3101] quit

# 创建名为tran1的安全提议。

[SwitchB] ipsec proposal tran1

# 报文封装形式采用隧道模式。

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] encapsulation-mode tunnel

# 安全协议采用ESP协议。

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] transform esp

# 选择算法。

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] esp encryption-algorithm aes 128

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] esp authentication-algorithm sha1

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] quit

# 配置IKE对等体。

[SwitchB] ike peer peer

[SwitchB-ike-peer-peer] pre-shared-key Ab12<><>

[SwitchB-ike-peer-peer] remote-address 2.2.2.1

[SwitchB-ike-peer-peer] quit

# 创建一条安全策略，协商方式为isakmp。

[SwitchB] ipsec policy use1 10 isakmp

# 引用访问控制列表。

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] security acl 3101

# 引用安全提议。

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] proposal tran1

# 引用IKE对等体。

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] ike-peer peer

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] quit

# 在Vlan-interface1接口上应用安全策略组。

[SwitchB] interface vlan-interface 1

[SwitchB-Vlan-interface1] ipsec policy use1

4. 验证配置结果

以上配置完成后，Switch A和Switch B之间如果有报文发送，将触发IKE进行协商建立SA。IKE协商成功并创建了SA后，Switch A和Switch B之间的数据流将被加密传输。

2 IKE

2.1  IKE简介

在实施IPsec的过程中，可以使用IKE（Internet Key Exchange，因特网密钥交换）协议来建立SA，该协议建立在由ISAKMP（Internet Security Association and Key Management Protocol，互联网安全联盟和密钥管理协议）定义的框架上。IKE为IPsec提供了自动协商交换密钥、建立SA的服务，能够简化IPsec的使用和管理，大大简化IPsec的配置和维护工作。

IKE不是在网络上直接传输密钥，而是通过一系列数据的交换，最终计算出双方共享的密钥，并且即使第三方截获了双方用于计算密钥的所有交换数据，也不足以计算出真正的密钥。

2.1.1  IKE的安全机制

IKE具有一套自保护机制，可以在不安全的网络上安全地认证身份、分发密钥、建立IPsec SA。

1. 数据认证

数据认证有如下两方面的概念：

·     身份认证：身份认证确认通信双方的身份。支持两种认证方法：预共享密钥（pre-shared-key）认证和基于PKI的数字签名（rsa-signature）认证。

·     身份保护：身份数据在密钥产生之后加密传送，实现了对身份数据的保护。

2. DH

DH（Diffie-Hellman，交换及密钥分发）算法是一种公共密钥算法。通信双方在不传输密钥的情况下通过交换一些数据，计算出共享的密钥。即使第三方（如黑客）截获了双方用于计算密钥的所有交换数据，由于其复杂度很高，也不足以计算出真正的密钥。所以，DH交换技术可以保证双方能够安全地获得公有信息。

3. PFS

PFS（Perfect Forward Secrecy，完善的前向安全性）特性是一种安全特性，指一个密钥被破解，并不影响其他密钥的安全性，因为这些密钥间没有派生关系。对于IPsec，是通过在IKE阶段2协商中增加一次密钥交换来实现的。PFS特性是由DH算法保障的。

2.1.2  IKE的交换过程

IKE使用了两个阶段为IPsec进行密钥协商并建立SA：

(1)     第一阶段，通信各方彼此间建立了一个已通过身份认证和安全保护的通道，即建立一个ISAKMP SA。

(2)     第二阶段，用在第一阶段建立的安全隧道为IPsec协商安全服务，即为IPsec协商具体的SA，建立用于最终的IP数据安全传输的IPsec SA。

图2-1 主模式交换过程

如图2-1所示，第一阶段主模式的IKE协商过程中包含三对消息：

·     第一对叫SA交换，是协商确认有关安全策略的过程；

·     第二对消息叫密钥交换，交换Diffie-Hellman公共值和辅助数据（如：随机数），密钥材料在这个阶段产生；

·     最后一对消息是ID信息和认证数据交换，进行身份认证和对整个第一阶段交换内容的认证。

2.1.3  IKE在IPsec中的作用

·     因为有了IKE，IPsec很多参数（如：密钥）都可以自动建立，降低了手工配置的复杂度。

·     IKE协议中的DH交换过程，每次的计算和产生的结果都是不相关的。每次SA的建立都运行DH交换过程，保证了每个SA所使用的密钥互不相关。

·     IPsec使用AH或ESP报文头中的序列号实现防重放。此序列号是一个32比特的值，此数溢出后，为实现防重放，SA需要重新建立，这个过程需要IKE协议的配合。

·     对安全通信的各方身份的认证和管理，将影响到IPsec的部署。IPsec的大规模使用，必须有CA（Certificate Authority，证书颁发机构）或其他集中管理身份数据的机构的参与。

·     IKE提供端与端之间动态认证。

2.1.4  IPsec与IKE的关系

图2-2 IPsec与IKE的关系图

从图2-2中我们可以看出IKE和IPsec的关系：

·     IKE是UDP之上的一个应用层协议，是IPsec的信令协议；

·     IKE为IPsec协商建立SA，并把建立的参数及生成的密钥交给IPsec；

·     IPsec使用IKE建立的SA对IP报文加密或认证处理。

2.1.5  协议规范

与IKE相关的协议规范有：

·     RFC2408：Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP)

·     RFC2409：The Internet Key Exchange (IKE)

·     RFC2412：The OAKLEY Key Determination Protocol

2.2  IKE配置任务简介

进行IKE配置之前，用户需要确定以下几个因素，以便配置过程的顺利进行。

·     确定IKE交换过程中算法的强度，即确定安全保护的强度（包括身份认证方法、加密算法、认证算法、DH组）：不同的算法的强度不同，算法强度越高，受保护数据越难被破解，但消耗的计算资源越多。一般来说，密钥越长的算法强度越高。

·     确定通信双方预先约定的预共享密钥或所属的PKI域。关于PKI的配置，请参见“安全配置指导”中的“PKI”。

表2-1 IKE配置任务简介

2.3  配置本端安全网关的名字

当IKE协商的发起端使用安全网关名字进行协商时（即配置了id-type name或id-type user-fqdn），本端需要配置本端安全网关的名字，该名字既可以在系统视图下进行配置，也可以在IKE对等体视图下配置，若IKE对等体视图下未配置本端安全网关的名字，则采用系统视图下的配置。

表2-2 配置本端安全网关名字

2.4  配置IKE安全提议

IKE安全提议定义了一套属性数据来描述IKE协商怎样进行安全通信。用户可以创建多条不同优先级的IKE提议，优先级由IKE提议的序号表示，数值越小，优先级越高。

协商双方必须至少有一条匹配的IKE提议才能协商成功。在进行IKE协商时，协商发起方会将自己的安全提议发送给对端，由对端进行匹配，协商响应方则从自己优先级最高（序号最小）的IKE提议开始，按照优先级顺序与对端发送的安全提议进行匹配，直到找到一个匹配的安全提议来使用。匹配的IKE提议将被用来建立安全隧道。

以上IKE安全提议的匹配原则是：协商双方具有相同的加密算法、认证方法、认证算法和DH组标识。匹配的IKE提议的ISAKMP SA存活时间则取两端的最小值。

缺省情况下，系统提供一条缺省的IKE提议。此缺省的IKE提议具有最低的优先级，具有缺省的加密算法、认证方法、认证算法、DH组标识和ISAKMP SA存活时间。

表2-3 配置IKE安全提议

2.5  配置IKE对等体

在采用IKE方式配置安全策略时，需要指定IKE对等体。IKE对等体中主要包括以下配置：

·     本端作为发起方时所使用的协商模式（主模式）。本端作为响应方时，将自动适配发起方的协商模式。

·     本端作为发起方时可以使用的IKE安全提议（可指定多个）。本端作为响应方时，将使用系统视图下已经配置的安全提议与对端发送的安全提议进行协商。

·     根据IKE提议使用的认证方法不同，选择所使用的预共享密钥或者PKI域。

·     本端在IKE第一阶段协商时，所使用的ID类型（IP地址、FQDN名、User FQDN名）。在预共享密钥认证的主模式下，只能使用IP地址类型的ID。

·     本端安全网关的名字或IP地址。一般情况下本端安全网关的IP地址不需要配置，只有要指定特殊的本端安全网关地址时（如指定loopback接口地址）才需要配置。

·     对端安全网关的名字或IP地址。若本端作为发起方，则需要配置对端安全网关名字或对端安全网关IP地址，它们用于发起方在协商过程中寻找对端。

·     NAT穿越功能。当IPsec/IKE隧道中存在NAT设备时，导致隧道一端为公网地址，另一端为私网地址，则必须在隧道两端均配置NAT穿越功能，保证隧道能够正常协商建立。

·     用于IKE对等体存活状态检测的DPD名称。

表2-4 配置IKE对等体

2.6  配置Keepalive定时器

IKE通过Keepalive报文维护ISAKMP SA的链路状态。一般在对端配置了等待Keepalive报文的超时时间后，必须在本端配置此Keepalive报文发送时间间隔。当对端在配置的超时时间内未收到此Keepalive报文时，如果该ISAKMP SA带有TIMEOUT标记，则删除该ISAKMP SA以及由其协商的IPsec SA；否则，将其标记为TIMEOUT。

表2-5 配置Keepalive定时器

2.7  配置对等体存活检测

DPD（Dead Peer Detection，对等体存活检测）用于IKE对等体存活状态检测。启动DPD功能后，当本端需要向对端发送IPsec报文时，若判断当前距离最后一次收到对端IPsec报文已经超过触发DPD的时间间隔（interval-time interval-time），则触发DPD查询，本端主动向对端发送DPD请求报文，对IKE对等体是否存活进行检测。如果本端在DPD报文的重传时间间隔（time-out time-out）内未收到对端发送的DPD回应报文，则重传DPD请求，缺省重传两次之后，若仍然没有收到对端的DPD回应报文，则删除该IKE SA和对应的IPsec SA。

DPD和Keepalive的区别：

·     Keepalive定期发送查询；

·     DPD只在要发送加密报文前并且长时间（触发DPD的时间间隔）未收到对端IPsec报文时发送查询。

表2-6 配置对等体存活检测

2.8  配置取消对next payload域的检查

next payload域是在IKE协商报文（由几个payload组装而成）的最后一个payload的通用头中的一个域。按协议规定如果当前载荷处于消息的最后，该域必须为0，但某些公司的设备会将该域赋其它值，为增强设备的互通性，可以通过下面的配置取消IKE协商过程对该域的检查。

表2-7 配置取消对next payload域的检查

2.9  IKE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IKE的运行情况，通过查看显示信息验证配置的效果。

在用户视图下执行reset命令可以删除IKE建立的安全隧道。

表2-8 IKE显示和维护

2.10  IKE典型配置举例

1. 组网需求

·     在Switch A和Switch B之间建立一个安全隧道，对Switch A与Switch B之间的数据流进行安全保护。

·     在Switch A上配置一条IKE提议，其提议号为10，使用的认证算法为SHA1。Switch B使用缺省的IKE提议。

·     使用预共享密钥的认证方法。

2. 组网图

图2-3 IKE主模式及预共享密钥认证典型组网图

3. 配置步骤

(1)     配置安全网关Switch A

# 配置Vlan-interface1的IP地址。

<SwitchA> system-view

[SwitchA] interface vlan-interface 1

[SwitchA-vlan-interface1] ip address 1.1.1.1 255.255.255.0

[SwitchA-vlan-interface1] quit

# 配置ACL 3101，定义由Switch A去Switch B的数据流。

[SwitchA] acl number 3101

[SwitchA-acl-adv-3101] rule 0 permit ip source 1.1.1.1 0 destination 2.2.2.2 0

[SwitchA-acl-adv-3101] rule 1 permit ip source 2.2.2.2 0 destination 1.1.1.1 0

[SwitchA-acl-adv-3101] quit

# 配置安全提议tran1。

[SwitchA] ipsec proposal tran1

# 报文封装形式采用隧道模式。

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] encapsulation-mode tunnel

# 安全协议采用ESP协议。

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] transform esp

# 选择ESP协议采用的加密算法和认证算法。

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] esp encryption-algorithm aes 128

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] esp authentication-algorithm sha1

[SwitchA-ipsec-proposal-tran1] quit

# 创建一条IKE提议10。

[SwitchA] ike proposal 10

# 指定IKE提议使用的认证算法为SHA1。

[SwitchA-ike-proposal-10] authentication-algorithm sha

# 使用预共享密钥认证方法。

[SwitchA-ike-proposal-10] authentication-method pre-share

# 配置ISAKMP SA的存活时间为5000秒。

[SwitchA-ike-proposal-10] sa duration 5000

[SwitchA-ike-proposal-10] quit

# 创建IKE对等体。

[SwitchA] ike peer peer

# 配置IKE对等体引用IKE安全提议10。

[SwitchA-ike-peer-peer] proposal 10

# 配置预共享密钥。

[SwitchA-ike-peer-peer] pre-shared-key Ab12<><>

# 配置对端安全网关的IP地址。

[SwitchA-ike-peer-peer] remote-address 2.2.2.2

[SwitchA-ike-peer-peer] quit

# 创建一条安全策略，协商方式为isakmp。

[SwitchA] ipsec policy map1 10 isakmp

# 引用安全提议。

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] proposal tran1

# 引用访问控制列表。

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] security acl 3101

# 引用IKE对等体。

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] ike-peer peer

[SwitchA-ipsec-policy-isakmp-map1-10] quit

# 在Vlan-interface1上应用安全策略组。

[SwitchA] interface vlan-interface 1

[SwitchA-Vlan-interface1] ipsec policy map1

(2)     配置安全网关Switch B

# 配置Vlan-interface1的IP地址。

<SwitchB> system-view

[SwitchB] interface Vlan-interface1

[SwitchB-Vlan-interface1] ip address 2.2.2.2 255.255.255.0

[SwitchB-Vlan-interface1] quit

# 配置ACL 3101，定义由Switch B去Switch A的数据流。

[SwitchB] acl number 3101

[SwitchB-acl-adv-3101] rule 0 permit ip source 2.2.2.2 0 destination 1.1.1.0 0

[SwitchB-acl-adv-3101] rule 1 permit ip source 1.1.1.1 0 destination 2.2.2.2 0

[SwitchB-acl-adv-3101] quit

 # 创建安全提议tran1。

[SwitchB] ipsec proposal tran1

# 报文封装形式采用隧道模式。

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] encapsulation-mode tunnel

# 安全协议采用ESP协议。

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] transform esp

# 选择ESP协议采用的加密算法和认证算法。

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] esp encryption-algorithm aes 128

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] esp authentication-algorithm sha1

[SwitchB-ipsec-proposal-tran1] quit

# 创建一条IKE提议10。

[SwitchB] ike proposal 10

# 指定IKE提议使用的认证算法为SHA1。

[SwitchB-ike-proposal-10] authentication-algorithm sha

# 使用预共享密钥认证方法。

[SwitchB-ike-proposal-10] authentication-method pre-share

# 配置ISAKMP SA的存活时间为5000秒。

[SwitchB-ike-proposal-10] sa duration 5000

[SwitchB-ike-proposal-10] quit

# 创建IKE对等体。

[SwitchB] ike peer peer

# 配置IKE对等体引用IKE安全提议10。

[SwitchB-ike-peer-peer] proposal 10

# 配置预共享密钥。

[SwitchB-ike-peer-peer] pre-shared-key Ab12<><>

# 配置对端安全网关的IP地址。

[SwitchB-ike-peer-peer] remote-address 1.1.1.1

[SwitchB-ike-peer-peer] quit

# 创建一条安全策略，协商方式为isakmp。

[SwitchB] ipsec policy use1 10 isakmp

# 引用安全提议。

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] proposal tran1

# 引用访问控制列表。

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] security acl 3101

# 引用IKE对等体。

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] ike-peer peer

[SwitchB-ipsec-policy-isakmp-use1-10] quit

# 在Vlan-interface1上应用安全策略组。

[SwitchB] interface Vlan-interface1

[SwitchB-Vlan-interface1] ipsec policy use1

4. 验证配置结果

以上配置完成后，Switch A和Switch B之间如果有报文发送，将触发IKE协商。在进行IKE提议匹配的时候，从优先级最高的提议开始匹配，在进行提议匹配的时候，存活时间是不用进行匹配的，它由IKE协商双方决定。

2.11  常见错误配置举例

配置参数建立IPsec安全隧道时，可以打开IKE的Error调试开关，帮助我们查找配置问题。其命令是：

<Switch> debugging ike error

2.11.1  非法用户身份信息

1. 故障现象

非法用户身份信息

2. 故障分析

用户身份信息是发起IPsec通信的用户用来标识自己的数据。在实际应用中我们可以通过用户身份标识实现对不同的数据流建立不同的安全隧道进行保护。目前我们是通过用户的IP地址和名字来标识用户。

可以看到调试信息：

got NOTIFY of type INVALID_ID_INFORMATION

或者

drop message from A.B.C.D due to notification type INVALID_ID_INFORMATION

3. 处理过程

检查协商两端接口上配置的安全策略中的ACL内容是否相容。建议用户将两端的ACL配置成互为镜像的。ACL镜像的含义请参考IPsec配置中“配置访问控制列表”内容。

2.11.2  提议不匹配

1. 故障现象

提议不匹配

2. 故障分析

可以看到调试信息：

got NOTIFY of type NO_PROPOSAL_CHOSEN

或者：

drop message from A.B.C.D due to notification type NO_PROPOSAL_CHOSEN

协商双方没有可以匹配的提议。

3. 处理过程

对于阶段1，检查IKE proposal是否有与对方匹配的。对于阶段2协商，检查双方接口上应用的IPsec安全策略的参数是否匹配，引用的IPsec安全提议的协议、加密算法和认证算法是否有匹配的。

2.11.3  无法建立安全隧道

1. 故障现象

无法建立安全隧道

2. 故障分析

实际应用中有时会发现在不稳定的网络状态下，安全隧道无法建立或者存在安全隧道却无法通信，而且检查双方的ACL的配置正确，也有匹配的提议。

这种情况一般是安全隧道建立好以后，有一方的设备重启造成的。

3. 处理过程

·     使用display ike sa命令检查双方是否都已建立阶段1的SA。

·     使用display ipsec sa policy命令查看接口上的安全策略是否已建立了IPsec SA。

·     根据以上两步的结果查看，如果有一方存在的SA在另一方上不存在，请先使用reset ipsec sa命令清除双方不对称存在的IPsec SA，再使用reset ike sa命令清除双方不对称存在的IKE SA，并重新发起协商。

2.11.4  ACL配置错误

1. 故障现象

ACL配置错误，导致协商成功之后数据流不通

2. 故障分析

多台设备之间先后建立不同的安全隧道，出现同一设备有不同对端的情况。若此设备不配置ACL规则，则分别由对端发起报文来与之建立保护粒度不同的安全隧道。由于安全隧道的优先级由它们创建的顺序决定，当这一设备的出方向报文首先匹配到较粗粒度的安全隧道时，将导致此设备无法与其它较细粒度对端互通。

3. 处理过程

为避免这种情况发生，当同一设备有不同对端时，建议用户在此设备上配置ACL来区别数据流，且与不同对端尽量避免配置有重复范围的ACL子规则。若需要有重复范围的子规则，应该将细粒度的子规则配置为较高的优先级。