VPN

(Virtual Private Network, 虛擬專用網(wǎng)絡(luò))是一個建立在公用網(wǎng)（通常是因特網(wǎng)）上的專用網(wǎng)絡(luò)，但因為這個專用網(wǎng)絡(luò)只是邏輯存在并沒有實(shí)際物理線路，故稱為虛擬專用網(wǎng)。

隨著因特網(wǎng)的發(fā)展壯大，越來越多的數(shù)據(jù)需要在因特網(wǎng)上進(jìn)行傳輸共享，當(dāng)企業(yè)將自身網(wǎng)絡(luò)接入因特網(wǎng)時，各地的辦事處等外部站點(diǎn)可以很方便地訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，但同時也把企業(yè)內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)暴露給因特網(wǎng)上的其他用戶。于是在這種開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上搭建專用線路的需求日益強(qiáng)烈，VPN應(yīng)運(yùn)而生。

VPN通過隧道技術(shù)在兩個站點(diǎn)間建立一條虛擬的專用線路，使用端到端的認(rèn)證和加密保證數(shù)據(jù)的安全性。典型拓?fù)淙缦聢D所示：

封裝與隧道：

封裝是指將一種協(xié)議承載在另一種協(xié)議中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)，如PPTP就是將PPP報文封裝在GRE協(xié)議中。協(xié)議B為被承載協(xié)議，GRE為承載協(xié)議。

隧道指被承載協(xié)議的傳輸通道。

PPTP

點(diǎn)對點(diǎn)隧道協(xié)議，是在PPP協(xié)議的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新的增強(qiáng)型安全協(xié)議，可以使遠(yuǎn)程用戶安全方便的訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。PPTP屬于二層隧道協(xié)議。

L2TP

二層隧道協(xié)議（L2TP(Layer 2 Tunneling Protocol），是由IETF起草，微軟、Cisco等公司參予制定的二層隧道協(xié)議。

PPTP與L2TP區(qū)別：

PPTP與L2TP適用于經(jīng)常有流動人員遠(yuǎn)程辦公的環(huán)境，出差員工利用Internet可以很方便的和公司的VPN網(wǎng)關(guān)建立私有的隧道連接。PPTP、L2TP提供認(rèn)證加密功能，可提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。如下圖所示，出差員工通過PPTP VPN連接至總部網(wǎng)絡(luò)。

IPsec VPN

IPsec（IP安全）是一系列服務(wù)和協(xié)議的集合，是由IETF制定的三層隧道加密協(xié)議，它為Internet上數(shù)據(jù)的傳輸提供了高質(zhì)量的、可互操作的、基于密碼學(xué)的安全保證。特定的通信方之間在IP層通過加密與數(shù)據(jù)源認(rèn)證等方式，可以保證雙方數(shù)據(jù)的完整性與機(jī)密性。

數(shù)據(jù)完整性：IPSec接收方對發(fā)送方發(fā)送來的包進(jìn)行認(rèn)證，以確保數(shù)據(jù)的完整性。

數(shù)據(jù)機(jī)密性：IPSec發(fā)送方在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸包前對數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密，可以保證數(shù)據(jù)的安全性。

數(shù)據(jù)來源認(rèn)證：IPSec接收方可以認(rèn)證IPSec報文的發(fā)送方是否合法。

為了實(shí)現(xiàn)安全的通信，通信雙方的IPsec協(xié)議必須協(xié)商用于編碼數(shù)據(jù)的具體算法，數(shù)據(jù)格式的安全提議，并通過IKE交換解密編碼數(shù)據(jù)所需的密鑰。

IPsec中有兩個重要的安全協(xié)議，AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload）。

AH

AH是認(rèn)證頭協(xié)議，主要提供的功能有數(shù)據(jù)源認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性校驗和防報文重放功能，可選擇的認(rèn)證算法有MD5、SHA-1等。AH報文頭插在標(biāo)準(zhǔn)IP包頭后面，保證數(shù)據(jù)包的完整性和真實(shí)性，防止黑客截獲數(shù)據(jù)包或向網(wǎng)絡(luò)中插入偽造的數(shù)據(jù)包。

ESP

ESP是報文安全封裝協(xié)議，與AH協(xié)議不同的是，ESP將需要保護(hù)的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后封裝到IP包中，可以保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性。

常見的加密算法有DES、3DES、AES等。

可以選擇MD5、SHA-1算法保證報文的完整性和真實(shí)性。

AH和ESP可以單獨(dú)使用，也可以配合使用。設(shè)備支持的AH和ESP聯(lián)合使用的方式為：先對報文進(jìn)行ESP封裝，再對報文進(jìn)行AH封裝，封裝之后的報文從內(nèi)到外依次是原始IP報文、ESP頭、AH頭和外部IP頭。

目前TL-ER6120支持AH或者ESP，不支持“AH+ESP”。

驗證算法

AH和 ESP都能夠?qū)?IP報文的完整性進(jìn)行驗證， 以判別報文在傳輸過程中是否被篡改。驗證算法是通過 Hash函數(shù)。Hash函數(shù)是一種能夠接受任意長的消息輸入，并產(chǎn)生固定長度輸出的算法，該輸出稱為消息摘要。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(jīng)篡改的。IPsec 使用兩種驗證算法：

MD5：MD5通過輸入任意長度的消息，產(chǎn)生 128bit的消息摘要。

SHA-1：SHA-1通過輸入長度小于 2的 64次方比特的消息，產(chǎn)生 160bit的消息摘要。

加密算法

ESP能夠?qū)?IP報文內(nèi)容進(jìn)行加密保護(hù)，防止報文內(nèi)容在傳輸過程中被窺探。加密算法實(shí)現(xiàn)主要通過對稱密鑰系統(tǒng)，它使用相同的密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。

IPsec常用的三種加密算法：

DES：使用 56bit的密鑰對每個 64bit的明文塊進(jìn)行加密。

3DES：使用三個 56bit的 DES密鑰（共 168bit密鑰）對明文進(jìn)行加密。3DES具有更高的安全性，但其加密數(shù)據(jù)的速度要比 DES慢。

AES（Advanced Encryption Standard）：可以實(shí)現(xiàn) 128bit、192bit和 256bit密鑰長度的 AES算法。

IKE

在 IPsec VPN中，為了保證信息的私密性，通信雙方需要使用彼此都知道的信息來對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，所以在通信建立之初雙方需要協(xié)商安全性密鑰，這一過程便由 IKE (Internet Key Exchange, 互聯(lián)網(wǎng)密鑰交換)協(xié)議完成。

IKE 其實(shí)并非一個單獨(dú)的協(xié)議，而是三個協(xié)議的混合體。這三個協(xié)議分別是 ISAKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol, 互聯(lián)網(wǎng)安全性關(guān)聯(lián)和密鑰管理協(xié)議)，該協(xié)議為交換密鑰和 SA (Security Association, 安全聯(lián)盟)協(xié)商提供了一個框架；Oakley 密鑰確定協(xié)議，該協(xié)議描述了密鑰交換的具體機(jī)制；SKEME安全密鑰交換機(jī)制，該協(xié)議描述了與 Oakley 不同的另一種密鑰交換機(jī)制。

整個 IKE 協(xié)商過程被分為兩個階段。第一階段，通信雙方將協(xié)商交換驗證算法、加密算法等安全提議，并建立一個 ISAKMP SA，用于在第二階段中安全交換更多信息。第二階段，使用第一階段中建立的 ISAKMP SA 為 IPsec的安全性協(xié)議協(xié)商參數(shù)，創(chuàng)建 IPsec SA，用于對雙方的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

IKE為IPSec提供自動協(xié)商交換密鑰、建立和維護(hù)SA的服務(wù)，以簡化IPSec的使用和管理。IPSec所使用的策略和算法等可以手工協(xié)商，IKE并不是必須的。

DH（Diffie-Hellman）交換及密鑰分發(fā) ：Diffie-Hellman 算法是以蒂夫-海曼的名字命名的一種公共密鑰算法。通信雙方在不傳送密鑰的情況下通過交換一些數(shù)據(jù)，計算出共享的密鑰。加密的前提是交換加密數(shù)據(jù)的雙方必須要有共享的密鑰。

PFS（Perfect Forward Secrecy）完善的前向安全性： PFS特性是一種安全特性，由于密鑰間沒有派生關(guān)系，即使一個密鑰被破解，并不影響其他密鑰的安全性。

IPSec主要用在站點(diǎn)到站點(diǎn)（分支結(jié)構(gòu)到分支機(jī)構(gòu)）的方案中。如下圖，總部與分支機(jī)構(gòu)各部署一臺VPN網(wǎng)關(guān)，做好相應(yīng)配置后，分支機(jī)構(gòu)與總部的內(nèi)網(wǎng)間可實(shí)現(xiàn)透明互訪，又可保證通信的安全性。