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IPSec与NAT协同工作的研究
IPSec是一种广泛使用的网络安全协议，用于保护网络通信。然而，当网络中存在网络地址转换（NAT）设备时，IPSec与NAT的协同工作会变得复杂，因为IPSec本质上是一个端到端的协议，而NAT有可能会改变报文中的源和目的地址以及端口号。本文将探讨IPSec与NAT协同工作的问题，并提出解决方案。
1.问题
1.1IP地址和端口转换
当使用IPSec协议加密通信时，IPSec头部包含源地址和目标地址。然而，当一个报文通过NAT设备时，NAT会将源地址和端口号转换为NAT设备的公共IP地址和一个随机端口号。如果NAT设备后面还有其他NAT设备，则每一个NAT设备都会将源地址和端口号进行转换，这会使IPSec头部中的源地址和目标地址错误，并且加密时也会发生错误。
1.2数据完整性和机密性问题
IPSec协议用于加密和认证网络通信，以保护数据的完整性和机密性。然而，NAT设备将改变报文中的源和目的地址，这会影响IPSec协议的机制，也就是说，数据的完整性和机密性无法得到保证。
2.解决方案
2.1NAT遍历协议
NAT遍历协议是一种用于协调IPSec和NAT之间协同工作的技术。NAT遍历协议可以通过包含NAT设备公共地址和端口号的IPSec头部，以及一个随机nonce（包括时间戳），使得IPSec和NAT设备都能处理通信。Nonce是一个一次性数字，它可以被用作加密和认证数据中的一个随机要素，以保证数据的完整性和机密性。NAT遍历协议可以通过让IPSec更容易地与NAT设备通信，从而解决IPSec和NAT协同工作的问题。
2.2IKEv2协议
Internet密钥交换（IKE）是IPSec的一部分，用于协商安全参数和密钥。为了解决IPSec与NAT协同工作的问题，IKEv2协议被发明出来。“v2”代表版本2。IKEv2协议支持一些新的功能，例如NAT探测、NAT遍历以及NAT翻译。NAT探测可以帮助确定远程设备是否存在于NAT后面。NAT遍历可以使IKEv2和NAT设备进行通信。NAT翻译是一种新的IKEv2特性，用于判断NAT设备在远程设备的数据包中进行了哪些地址转换。
2.3搭建基于IPv6的VPN
IPv6是IPSec和NAT之间的解决方案之一。IPv6地址位数的增加，允许每个设备都有一个全球唯一的地址。这种全球唯一的地址可以帮助避免NAT所造成的问题。因此，IPv6的使用可以有效解决IPSec与NAT协同工作的问题。
3.总结
IPSec和NAT协同工作的问题主要涉及IP地址和端口转换以及数据完整性和机密性的问题。为了解决IPSec和NAT协同工作的问题，可以使用NAT遍历协议、IKEv2协议以及基于IPv6的VPN等方法。其中，NAT遍历协议和IKEv2协议是最常见的解决方案。搭建基于IPv6的VPN可以有效地消除IPSec与NAT之间的问题，但是它需要设备的支持，而在现实中并不是所有设备都支持IPv6。因此，我们需要根据具体情况选择一个适合我们的解决方案。