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一、实验设备

1.cisco路由器三台

2.vpc两台

二、实验拓扑

三、实验配置

1、Router1配置

R1(config)#interface fa0/0

R1(config-if)#ip address 192.168.1.2 255.255.255.0

R1(config-if)#no shutdown

R1(config)#interface fa1/0 

R1(config-if)#ip address 10.1.20.1 255.255.255.0

R1(config-if)#no shutdown

R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1 

2、Router3配置

R3(config)#interface fa0/0

R3(config-if)#ip address 192.168.2.2 255.255.255.0

R3(config-if)#no shutdown

R3(config)#interface fa1/0 

R3(config-if)#ip address 10.1.36.1 255.255.255.0

R3(config-if)#no shutdown

R3(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.1

3、Router2配置

R2(config)#interface fa0/0

R2(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

R2(config-if)#no shutdown

R2(config)#interface fa1/0 

R2(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0

R2(config-if)#no shutdown

4、Router1配置IPSec

（1）R1路由器IpSec配置 

R1(config)#crypto isakmp enable (optional)默认启用 

（2）R1路由器IpSec isakmp 配置（阶段一的策略） 

R1(config)#crypto isakmp policy 10

R1(config-isakmp)#hash md5

R1(config-isakmp)#authentication pre-share

R1(config-isakmp)#encryption 3des

R1(config-isakmp)#group 2

（3）R1路由器Pre-Share认证配置 

R1(config)#crypto isakmp key cisco address 192.168.2.2

（4）R1路由器IpSec变换集配置（阶段二的策略） 

R1(config)#crypto ipsec transform-set c1 esp-3des esp-md5-hmac

R1 (cfg-crypto-trans)#mode tunnel

（5）R1路由器加密图的配置

R1(config)#crypto map  c2  10  ipsec-isakmp

R1(config-crypto-map)#set peer 192.168.2.2

R1(config-crypto-map)#set transform-set c1

R1(config-crypto-map)#match address 101

（6）R1路由器定义感兴趣流量 

R1(config)#access-list 101 permit ip 10.1.20.0  0.0.0.255  10.1.36.0  0.0.0.255

（7）R1路由器加密图绑定到接口

R1(config)#interface e0/0 

R1(config-if)#crypto map c2 

5、Router3配置IPSec

（1）R3路由器IpSec配置 

R3(config)#crypto isakmp enable (optional)默认启用 

（2）R3路由器IpSec isakmp 配置（阶段一的策略） 

R3(config)#crypto isakmp policy 10

R3(config-isakmp)#hash md5

R3(config-isakmp)#authentication pre-share

R3(config-isakmp)#encryption 3des

R3(config-isakmp)#group 2

（3）R3路由器Pre-Share认证配置 

R3(config)#crypto isakmp key cisco address 192.168.1.2 

（4）R3路由器IpSec变换集配置（阶段二的策略） 

R3(config)#crypto ipsec transform-set c1 esp-3des esp-md5-hmac

R3(cfg-crypto-trans)#mode tunnel

（5）R3路由器加密图的配置 

R3(config)#crypto map c2 10 ipsec-isakmp

R3(config-crypto-map)#set peer 192.168.1.2

 R3(config-crypto-map)#set transform-set c1

 R3(config-crypto-map)#match address 101

（6）R3路由器定义感兴趣流量 

R3(config)#access-list 101 permit ip 10.1.36.0  0.0.0.255  10.1.20.0  0.0.0.255

（7）R3路由器加密图绑定到接口 

R3(config)#interface e0/0

 R3(config-if)#crypto map  c2 

四、实验验证

1、ping 10.1.36.88

2、show crypto ipsec sa     // 查看 IPSec 安全关联（Security Association）的状态信息。

• 隧道对端 IP（Peer Address）

• 加密/验证算法（ESP/AH transform sets）

• SPI（安全参数索引）：唯一标识 SA 的 32 位值

• 入站/出站数据包计数（#pkts encaps/decaps）

• 生存时间（current/lifetime kB）

• 隧道模式（Tunnel vs Transport）

• 关联的 ACL（匹配加密流量的访问控制列表）

3、show crypto engine connections active //显示当前活跃的加密引擎连接（硬件/软件加速）。

4、debug crypto isakmp

5、debug crypto ipsec

6. clear cryto  sa  删除SA

7.抓包

可以看到总共有9条ISAKMP消息交互，其中第一阶段的主模式有6条，第二阶段的快速模式有3条。

由于wireshark软件自身的问题，导致将原本的Initiator Cookie、Responder Cookie写成了Initiator SPI、Responder SPI。

1.发起方Cookie（Initiator Cookie）：64 bit

– Cookie可以帮助通信双方确认一个ISAKMP报文是否真的来自对方。

– 在发起方，如果收到的某报文的应答方Cookie字段和以前收到的该字段不同，则丢弃该报文，同样，在应答方，如果收到的某报文的发起方Cookie和以前收到的该字段不同，则丢弃该报文。这种机制可以防止DOS攻击。

– 尽管Cookie的生成方法在实现不同的ISAKMP时可能不同，但无论发起方还是响应方，Cookie必须满足两个条件：

• Cookie必须是用各自的机密信息生成的，该机密信息不能从Cookie中推导出来；

• 对于一个SA，其Cookie是惟一的，也就是说对于一次SA协商过程，Cookie不能改变。

– 常用的一个生成Cookie的方法是对下述信息进行HASH（MD5、SHA1或其他HASH算法）之后，取结果的前64位：

• 源IP地址＋目的IP地址＋UDP源端口＋UDP目的端口＋随机数＋当前日期＋当前时间

2.应答方Cookie（Responder Cookie）：64 bit

– 应答方的Cookie，紧跟在发起方Cookie之后

3.下一个载荷（Next Payload）：4 bit

– 表示紧跟在ISAKMP头部之后的第一个载荷的类型值。

4.版本号：8 bit

– 主版本（Major Version）：4 bit

• 表示ISAKMP协议的主版本号

– 次版本（Minor Version）：4 bit

• 表示ISAKMP协议的次版本号

5.交换类型（Exchange Type）：4 bit

– 表示该报文所属的交换类型。通常标识为主模式（main mode）或积极模式（aggressive mode）

6.标志（Flags）：4 bit

– 目前只有后3位有用，其余保留，用0填充。后3位的含义从最后一位往前依次为

• 加密位（encryption），0x01。加密位如果是1，表示ISAKMP头部后面的所有载荷都被加密了；如果是0，表示载荷是明文，没有加密。

• 提交位（commit），0x02。用于确保在发送被保护的数据之前完成SA协商。

• 纯验证位（Authentication Only），0x04。主要由哪些希望为ISAKMP引入密钥恢复机制的人使用。

7.报文ID（Message ID）：32 bit

– 在IKE第一阶段该值为全0

– 在IKE第二阶段是由发起方生成的随机值，这个惟一的报文标识可以唯一确定第二阶段的协议状态。

8.报文长度（length）：32位

– 以字节为单位表示了ISAKMP整个报文（头部 +若干载荷）的总长度。

五、IPSec协议工作原理

IKE协商第一阶段总结（main mode）

– 第一阶段无论是使用main mode还是aggressive mode，目的都是产生ISAKMP/IKE SA，用ISAKMP/IKE SA为产生第二阶段IPSec SA的ISAKMP消息交互过程进行保护。

• 第1、2个ISAKMP报文

– IPSec实体双方交互SA载荷，选择相同ISAKMP消息的保护策略及认证方式，双方必须达成一致，否则第一阶段协商失败。

• 第3、4个ISAKMP报文

– IPSec实体双方交互DH算法的公共值及密钥计算材料，从而双方计算出一系列相同的密钥

• 第5、6个ISAKMP报文。

– 第5、6个报文使用第3、4个报文交互后产生的相关密钥进行验证及加密处理。IPSec实体双方分别对对方进行验证，若使用pre-share key的验证方式，即判断对方是否拥有与本地相同的pre-share key。双方的Key配置必须一致，否则第一阶段协商失败。

IKE协商第二阶段总结（quick mode）

– 第二阶段交互的ISAKMP消息均被第一阶段产生的ISAKMP/IKE SA保护。

– 确定IPSec SA的保护策略，使用AH还是ESP、传输模式还是隧道模式、被保护的数据是什么等等，IPSec通信实体双方对于这些安全策略必须达成一致，否则IKE第二阶段协商将无法通过。

– 为降低密钥之间的关联性，第二阶段采用PFS重新进行DH交换，并计算出新的共享密钥，从而计算出IPSec SA中用于加密和验证的密钥。

– 第二阶段协商的目标就是产生真正用于保护IP数据的IPSec SA