IPSec VPN是目前应用最广泛、最安全的VPN，从个人手机到平板电脑再到路由器、企业的防火墙都能轻松的创建IPSec VPN，保护使用者的数据安全防止数据被劫持，嗅探，因此掌握IPSec VPN原理以及常见问题排查对于运维及开发人员来说都至关重要。本期华云数据“智汇华云”专栏将为您奉上IPSec VPN原理介绍与实现。

　　IKE协议有v1版本和v2版本，目前我们主要使用v1版本，v1版本是基于UDP500 和4500（NAT使用）端口号的应用层协议。IKE协议的主要作用是交换IPSec对等体两端的SA（Security Association），SA一般包括：

　　第一阶段叫做IKE(ISAKMP) SA，协商出来的SA给第二阶段使用，这一阶段又有两种协商模式，使用中一般使用主模式，比较安全

　　aggressive（野蛮模式），只需要4个数据包，由于不安全容易被暴力破解，一般不使用

　　1.AH(Authentication Header) 认证头协议，协议号为51。工作原理是在每一个数据包的标准IP报头后面添加一个AH报文头，基本不使用。

　　*与AH不同的是，ESP将数据中的有效载荷进行加密后再封装到数据包中，以保证数据的机密性，但ESP没有对IP头的内容进行保护。

　　IPSec的封装模式也有两种，实际使用的时候双方协商出封装协议和封装模式，一并使用：

　　1.传输模式(host-to-host transport mode)，在传输模式中，AH头或ESP头入到IP头与传输层协议头之间，保护TCP/UDP/ICMP负载。传输模式不改变报文头，基本不使用。

　　2.隧道模式(tunneling mode )，隧道模式下，AH协议的完整性验证范围为包括新增IP头在内的整个IP报文。ESP协议验证报文的完整性检查部分包括ESP头、原IP头、传输层协议头、数据和ESP报尾，但不包括新IP头，因此ESP协议无法保证新IP头的安全。ESP的加密部分包括原IP头、传输层协议头、数据和ESP报尾。

　　上面讲的都是IPSec协议上的定义和规范，具体到IPSec在linux系统的实现上主要有各种swan（openswan，strongswan，libreswan），这些应用程序负责协商双方的加密算法，加密方式，隧道模式，路由策略。并通过linux的xfrm内核接口调用下发到数据面中。

　　IPSec在Linux上有两种数据面，目前一般使用第二种Linux内核的XFRM框架，除非是很老的机器没有这个的时候会用第一种：

　　1.KLIPS ，很古老，2.6版本以前的Linux版本使用。通过创建出虚拟IPSec接口，路由IPSec数据包，可以很方便添加firewall规则。

　　ip xfrm命令可以手动创建两台之间使用ipsec隧道通信，跳过libreswan的控制面SA协商

　　抓包看两台机器之间的ping包，可以发现ping包已经被加密为ESP报文。