基于Netfilter机制的IPSec VPN网关实现技术研究

论文摘要

随着网络技术的高速发展,网络已经普及到了社会的各个方面,但是它在提供开放和共享资源的同时,也不可避免地存在着安全隐患。在网络环境中,如何有效地保障机密信息的安全传输与访问,已经成为人们日益关注的焦点。 虚拟专用网(Virtual Private Network,VPN)是在开放网络环境下向用户提供类似专用网络的信息传输框架的安全体系。VPN解决全球化企业联网的能力正使其越来越受到关注。IPSec协议已经成为开发VPN的重要标准。 本文从网络安全出发,首先介绍了虚拟专用网的基本概念及其分类,并重点分析了虚拟专用网的关键技术。然后,从整体上介绍了IPSec协议集和相关机制。包括IPSec基本协议(AH和ESP)、AH和ESP的两种模式、安全关联数据库(SAD)和安全策略数据库(SPD)、AH协议和ESP协议的比较,并较为详细地分析了IPSec的接收和发送处理过程。 接着,讨论了建立在网络层基础上的基于IPSec的网络安全访问方案,包括端到端的网络安全访问、网关到网关的网络安全访问(即虚拟专用网VPN)和主机到网关的网络安全访问(Road Warrior),还讨论了IPSec在终端主机、网关/路由器实施的设计思想。 最后,分析了Linux的网络分层结构和Netfilter机制,在这个基础上详细分析了基于Netfilter机制的IPSec VPN安全网关(IVG)各个模块的具体实现,特别详细分析了IPSec处理模块的实现,并对基于Netfilter机制的IPSec VPN安全网关(IVG)进行了初步实验测试,验证了其安全性及性能。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文组织结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 虚拟专用网技术概述
• 2.1 虚拟专用网的概念
• 2.2 虚拟专用网的分类
• 2.2.1 远程访问虚拟网（Remote Access VPN）
• 2.2.2 企业内部虚拟网（Intranet VPN）
• 2.2.3 企业扩展虚拟网（Extranet VPN）
• 2.3 虚拟专用网中的关键技术
• 2.3.1 隧道技术
• 2.3.2 加解密、认证技术
• 2.3.3 密钥管理技术
• 2.3.4 访问控制技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 IPSEC体系结构
• 3.1 IPSEC协议概述
• 3.2 AH协议和ESP协议
• 3.2.1 两种模式
• 3.2.2 AH头格式和ESP头格式
• 3.2.3 IPSec协议处理
• 3.2.4 ESP和AH的比较
• 3.3 SAD和SPD
• 3.3.1 安全关联
• 3.3.2 安全策略
• 3.3.3 选择符
• 3.4 密钥交换协议
• 3.5 IPSEC的优点
• 3.6 本章小结
• 第4章 IPSEC VPN方案概述及设计思想
• 4.1 方案概述
• 4.1.1 端到端的网络安全访问
• 4.1.2 网关到网关的网络安全访问（VPN）
• 4.1.3 主机到网关的网络安全访问（Road Warrior）
• 4.2 设计思想
• 4.2.1 在主机实施
• 4.2.2 在路由器中实施
• 4.3 基于NETFILTER机制的IPSEC VPN网关（IVG）方案概述
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于NETFILTER机制的IPSEC VPN网关（IVG）的设计与实现
• 5.1 LINUX的网络分层
• 5.1.1 操作系统的选择
• 5.1.2 Linux的网络体系结构
• 5.1.3 Linux内核协议栈
• 5.2 NETFILTER／IPTABLES机制分析
• 5.2.1 Netfilter机制分析
• 5.2.2 Iptables原理分析
• 5.3 IPSEC处理模块设计与实现
• 5.3.1 报文接收处理模块的实现
• 5.3.2 报文发送处理模块的实现
• 5.3.3 本机报文发送处理模块的实现
• 5.4 安全策略库（SPD）的实现
• 5.5 安全关联库（SAD）的实现
• 5.6 加密认证算法模块
• 5.7 本章小结
• 第6章 实验测试
• 6.1 测试环境
• 6.1.1 测试环境搭建
• 6.1.2 测试环境配置
• 6.2 测试过程
• 6.2.1 连通性测试
• 6.2.2 安全性测试
• 6.2.3 性能测试
• 6.3 测试分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果