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基于IPSec的VPN的研究与实现

作　者: 严鹏
导　师: 曾文方
学　校: 四川大学
专　业: 计算机软件及理论
关键词: 网络安全 VPN技术 IPSec安全协议数据源确认数据完整性检查数据包截获 Qos IKE
分类号: TP393.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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引　用: 5次
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内容摘要

网络安全问题是目前研究的热门话题。VPN技术就是一种正被逐渐推广的网络安全技术，它利用公共网络如Internet来实现移动用户与企业网，各分支机构与企业总部以及各供应商、合作伙伴的企业网之间的安全可靠连接，提供了数据加密、数据源确认、数据完整性校验等安全保护，能抵抗多种网络攻击，并且能在建设企业网时节省投资。 VPN技术能够被多个网络层次上的安全协议所支持，如数据链路层上的PPTP，网络层上的IPSec，会话层上的SOCKS等。由于基于TCP／IP的各个应用都要通过网络层将数据封装成一个IP包再进行传送，并且在网络层进行实现能够对上层应用提供安全透明服务，所以本文选择了基于IPSec来实现VPN技术。IPSec安全协议共包括AH协议、ESP协议以及进行自动密钥交换的IKE协议(可选)。本文的意义主要在于：比较深入地研究了企业实现VPN的意义，VPN发展的趋势以及在IPSec上实现VPN采用的主要技术问题，如实现了IP数据包的截获，安全策略数据库和安全联盟数据库的制定以及对于IP进出包的IPSec处理；另外，本文对于自动密钥交换(IKE)的原理，整个完整的交换过程进行了细致的研究，发现了协议中存在的问题，并对此提出了解决的办法；最后提出了本实现需要改进的地方并对VPN技术在Qos和MPLS方面的发展前景进行了简单的分析。

全文目录

1 前言  9-13
  1．1 网络的安全问题  9-10
    1．1．1 网络的安全现状  9
    1．1．2 TCP／IP协议存在的漏洞  9-10
  1．2 网络的安全要求  10
  1．3 网络安全的相关技术  10-13
    1．3．1 密码技术  11
    1．3．2 防火墙技术  11
    1．3．3 VPN技术  11-13
2 VPN网络  13-18
  2．1 VPN简介  13-14
    2．1．1 利用VPN组建企业的Intranet  13
    2．1．2 VPN的分类  13-14
    2．1．3 VPN的优点  14
  2．2 VPN技术的发展现状  14-15
  2．3 VPN的体系结构  15-16
  2．4 本文所做的具体工作  16-18
    2．4．1 本文实现的层次  16-17
    2．4．2 本文所做的工作  17-18
3 VPN网络的安全协议  18-22
  3．1 IPSec简介  18
  3．2 IPSec协议  18-22
    3．2．1 AH（验证头）  18-19
    3．2．2 ESP（封装安全载荷）  19
    3．2．3 密钥管理  19-20
    3．2．4 SA（安全联盟）  20-22
4 本文实现的VPN的总体结构  22-25
  4．1 系统结构  22-23
  4．2 各功能模块介绍  23-25
    4．2．1 策略查询模块  23
    4．2．2 加解密模块  23
    4．2．3 身份认证模块  23
    4．2．4 密钥交换模块  23-24
    4．2．5 数据包封装／拆封模块  24
    4．2．6 安全策略数据库SPD和安全联盟数据库SADB  24
    4．2．7 管理模块  24-25
5 数据包的截获  25-46
  5．1 实现方法  25
  5．2 虚拟设备驱动程序（Virtual Device Driver,VxD）  25-26
  5．3 网络设备接口规范（Network Device Interface Specification,Ndis）  26-27
  5．4 关于Windows网络部分的相关知识  27-33
    5．4．1 数据包的结构  27-28
    5．4．2 数据包管理  28-29
    5．4．3 驱动程序的注册以及初始化  29-30
    5．4．4 网卡的绑定  30-32
    5．4．5 网卡特性参数请求和设置  32
    5．4．6 发送数据包  32-33
    5．4．7 接收数据包  33
  5．5 实现中的几个重要问题  33-43
    5．5．1 初始化过程的设计  33-34
    5．5．2 关于MTU的问题  34-35
    5．5．3 数据包发送过程的设计  35-40
    5．5．4 数据包接收过程的设计  40-43
  5．6 框架生成工具以及调试工具  43-46
    5．6．1 VTOOLSD功能  43-44
    5．6．2 SoftICE介绍  44-46
6 安全封装载荷（Encapsulating Security Payload,ESP）  46-51
  6．1 IP包加密处理（DES算法及其原理的介绍）  46
  6．2 ESP的格式  46-47
  6．3 ESP的数据结构  47-48
  6．4 ESP采用的操作模式  48-49
  6．5 本文采用的操作模式  49-51
7 验证头（Authentication Header,AH）  51-56
  7．1 MAC的算法及其原理的介绍  51
  7．2 AH的格式  51-52
  7．3 AH的数据结构  52
  7．4 AH采用的操作模式  52-53
  7．5 本文采用的操作模式  53-56
8 安全策略数据库SPD和安全联盟数据库SADB  56-61
9 密钥管理  61-76
  9．1 密钥的安全产生和保存  61
  9．2 密钥的安全交换  61-76
    9．2．1 ISAKMP（Internet安全联盟和密钥管理协议）简介  61
    9．2．2 ISAKMP消息和载荷  61-63
    9．2．3 Diffie-Hellman算法  63-64
    9．2．4 IKE和它的两个独立的阶段  64-74
      9．2．4．1 第一阶段  64-73
      9．2．4．2 第二阶段  73-74
    9．2．5 IKE存在的安全缺陷及其改进  74-76
10 进出包的处理  76-80
  10．1 进入包的处理  76-78
  10．2 外出包的处理  78-80
11 结束语  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-85

基于IPSec的VPN的研究与实现

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