【技术讨论】ipsec连接建立过程解析

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感谢分享，学习一下~

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前言

前几天由于某种其他原因，联系400小哥哥协助排查了一个ipsec的故障，后来，400小哥哥把ipsec从tcp切换到udp，然后就发现，ipsec连不上了，然而，分支还没人，，，最后费了九牛二虎之力，才把ipsec连接回复（具体细节我就不说了，总之就是，ipsec断网2小时）

后来，思前想后，还是没搞明白情况，400小哥哥也是不知道。刚好有个时间，手头也有设备，做个实验。

实验环境

设备A为我的电脑，用于登陆每个设备。也用于ipsec连通性测试，测试方式：向192.168.2.200发起65000字节的ping探测。

设备B为一台ac，单进单出网关部署，做ipsec分支，ipsec配置为：向200.200.65.62的88号端口发起ipsec连接。

设备C为一台af，单进单出网关部署，做总部的网关，通过DNAT映射192.168.2.200的部分端口（具体端口映射情况见下文）。

设备D为一台vpn，单臂部署，做ipsec总部，关闭压缩，监听端口见下文。

实验一

C设备映射192.168.2.200的tcp和udp，内部端口4009，外部端口88

B设备在配置ipsec连接时使用tcp-88

D设备监听4009端口

此时 ipsec连接正常，通信正常。

上图是抓取的D设备lan口的数据包，经过筛选

可以看到，设备B与设备D 握手以后，先快速进行了小包交互，交互内容初步判断是加密的，查看全部的报文，发现业务数据是由此会话进行。

全程交互内容无法破译。

实验二

C设备映射192.168.2.200的tcp和udp，内部端口4009，外部端口88

B设备在配置ipsec连接时使用udp-88

D设备监听4009端口

此时 ipsec能建立连接，但是看不到对端地址，ipsec使用异常

抓取设备D的lan口，可以看到，首先 分支向总部发起了一次tcp连接，交换完成后，由总部向分支发起4次挥手断开连接（ps：4次挥手的第二步和第三步在第二个数据包中传输，所以挥手只看到了3个数据包）

然后，最重要的，tcp连接端口以后，等待了20秒，总部通过源端口4009，目的端口4009的方式尝试连接分支。失败重传6次后结束。（ps：由于是只抓了总部的lan口，发现总部有连接分支的倾向，但是由于此次数据包是后期分析的，具体是分支主动连接总部还是总部主动连接分支，由于udp的特殊性需要抓分支的数据包才能判断，因为在udp数据流中 总部的数据包可以根据连接跟踪反向转换。目前能确认的是，总部向分支发起了连接，而且在这种环境下，肯定匹配不到相应的连接跟踪，这条连接会被网关设备认为是首包执行相应策略）其实这不是问题，因为有实验三

实验三

C设备映射192.168.2.200的tcp和udp，内部端口88，外部端口88

B设备在配置ipsec连接时使用udp-88

D设备监听88端口

此时 ipsec连接正常，通信正常。

抓取设备D的lan口，首先，对比实验二，可以看到，1：相对比实验二，可以确认，某公司使用了Kerberos认证机制。

然后 最重要的，tcp结束以后大约10秒，由分支发过来了第一个udp数据包，然后快速交换以后，停了一小会开始了业务数据的传输，查看包头，可以看到业务数据传输中使用的udp的会话，并无新建会话。

这么基本就可以确认，tcp连接完成后，需要由分支再次向总部建立udp会话，如果总部长时间未收到udp会话的时候，会尝试主动连接分支。

附加实验四

C设备只映射192.168.2.200的udp，内部端口88，外部端口88

B设备在配置ipsec连接时使用udp-88

D设备监听88端口

此时 ipsec直接无法建立连接

抓取分支的wan口数据包，发现分支尝试与总部建立tcp连接，由于没有映射tcp，所以直接被总部网关reset。

附加分析五

我在网络连通性的时候使用的ping大包（65000字节）

这个时候分析抓包的时候 发现了一个很有意思的情况

我们先看tcp

中间已经专门框出来了，发现了很开心的现象

一个有效的数据（PSH置1）始终是2个数据包构成。

然后再看udp

可以很明显的看到 一个数据包在网络层被分成了两片。

要想知道原因 首先要理解ipsec传输的原理，，，首先 业务数据包到达设备以后，尤其是对于大包，数据包一般是卡着mtu（1500）的大小，然后钩子函数会把数据包抓取，进行加密，并将加密过的数据包作为高层应用数据重新进行tcp封装，而在对1500的数据包添加包头的时候势必会导致新数据包的长度大于1500，所以，需要做到的是 将加密过的数据进行拆解，tcp与udp的不同在于，tcp中数据包的拆解高层应用完成(依靠tcp的mss值)（常规情况下由传输层完成，但是抓包发现，没有TCP segment of a reassembled PDU的提示，数据包的分片似乎不是由传输层进行，），而udp相对简单，数据包分片由网络层完成

大体就是如下图

总结

对于以上的几个实验，或许看起来很吃力？ 其实，你也可以直接看总结（手动滑稽）

与实施时最有关系的两条总结

1.ipsec连接分为2个过程，其中 ipsec连接建立的时候一定是使用的tcp连接，数据传输时根据在设备上配置的情况选择实现（小伙伴们映射对了吗？）

2.在使用udp连接，而且总部需要配置映射的情况下，需要对外发布的端口与监听端口保持一致。

其他不太重要的总结

3.在大包传输的情况下，ipsec用2个数据包完成了一个对业务数据包的传输。

4.使用tcp时，整个数据流只使用了一个tcp会话，使用udp时，先建立一个tcp会话，然后释放tcp会话，随后只建立一个udp会话。

5.ipsec认证的时候使用的Kerberos

6.正常情况下，任何连接过程都是分支去主动连接总部，但也存在总部等不及要主动连分支的情况。