基于IPSec的VPN的研究与实现

论文摘要

随着政府上网、电子商务、金融电子化等不断推进,网络应用越来越广泛,企业和组织机构不断发展壮大,过去的那种大投入、高消费、低利用的网络建设方式已经不能适应企业和组织的发展需要。在这种情况下,虚拟专用网(Virtual Private Network, VPN)技术应运而生,它综合了传统数据网络的性能优点和Internet网络结构的优点,彻底改变了传统网络的建设方式,符合企业和组织发展的需求,代表了当今网络发展的最新趋势。但需要指出的是:如果在未采取安全措施的虚拟专用网上传输数据时,数据容易被监听、篡改和伪造,将会给企业和组织造成难以估量的损失。针对Internet的安全需求,因特网工程任务组(IETF)于1998年11月颁布了IP层安全标准IPSec(IP Security)。其目标是为IPv4和IPv6提供具有较强的互操作能力、高质量和基于密码的安全。IPSec在网络层发挥作用,对传输的IP包进行保护和认证,它提供了在Internet这样无保护的网络中传送敏感信息的安全保证。IPSec实现多种安全服务,包括访问控制、无连接完整性、数据源验证、抗重播、机密性(加密)和有限的业务流机密性。本文首先介绍了VPN所涉及的各项安全技术,包括隧道协议、加密技术、认证技术等,然后分析了基于IPSec协议的VPN网络安全体系结构以及各组件的功能、工作方式,并在此基础上给出了一种IPSec VPN的具体实现,提出了使用协议开关表和Linux的NetFilter机制将IPSec处理嵌入IP处理中;使用哈希表实现安全关联库;使用Radix结构实现安全策略库的设计思想,并着重讨论了框架结构、关键技术。最后通过一个应用实例进行验证和测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 虚拟专用网概述
• 2.1 VPN 概述
• 2.1.1 VPN 的产生
• 2.1.2 实施VPN 的优点
• 2.1.3 VPN 的分类
• 2.2 VPN 的关键技术
• 2.2.1 隧道技术
• 2.2.2 用户认证技术
• 2.2.3 数据加密技术
• 2.3 VPN 的实施方案
• 2.3.1 PPTP
• 2.3.2 L2TP
• 2.3.3 IPSec
• 2.3.4 PPTP/L2TPlIPSec 的比较
• 第三章 IPSEC 技术概述
• 3.1 IPSEC安全体系结构和功能
• 3.2 IPSEC的工作原理
• 3.2.1 外出处理过程
• 3.2.2 进入处理过程
• 3.3 安全联盟（SA）
• 3.4 认证头（AH）
• 3.4.1 AH 格式
• 3.4.2 AH 操作模式
• 3.5 ESP
• 3.5.1 ESP 数据包格式
• 3.5.2 ESP 操作模式
• 3.6 INTERNET 密钥交换
• 3.7 本章小结
• 第四章 IPSEC VPN 的设计与实现
• 4.1 操作系统的选择
• 4.2 系统的总体框架
• 4.3 IPSEC处理模块的实现
• 4.3.1 IPSec 处理模块的实施方案
• 4.3.2 IPSec 处理模块方总体设计
• 4.3.3 对Linux 堆栈的修改
• 4.4 IPSEC接收处理的实现
• 4.5 IPSEC发送处理的实现
• 4.6 安全策略模块的实现
• 4.6.1 SAD 模块处理
• 4.7 SPD 模块处理
• 4.7.1 SPD 模块的总体设计
• 4.7.2 基于Radix 树的策略表设计思想
• 4.7.3 SPD 模块中的关键数据结构
• 4.7.4 SPD 模块的实现
• 第五章 利用IPSEC 构造VPN 网关和测试
• 5.1 结构设计
• 5.2 构造过程
• 5.2.1 系统配置
• 5.2.2 Frees/WAN 的安装
• 5.2.3 Frees/WAN 的配置
• 5.2.4 具体构造VPN 网关
• 5.3 VPN 网关测试
• 5.4 应用模式测试
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献