strongswan SA分析（一）

1 概念

下面主要介紹兩個本文將要闡述的核心概念。他們是SA和SP。注意，這不是一篇不需要背景知識的文章。作者認為你適合閱讀接下來內容的的前提是，你已經具備了一下三方面的知識：

• a. 什么是VPN。
• b. 什么是IPsec，包括IKE，ESP，strongswan都是什么等。
• c. 一般的linux使用方法和常見概念。

1.1 什么是SAD，SPD

SAD是Security Association Database的縮寫。
SPD是Security Policy Database的縮寫。
SAD是用來存儲SA的數據庫。SPD是用來存儲SP的數據庫。

1.2 什么是SPI

SPI是Security Parameter Index的縮寫。是有一組數字（長度？）。被使用在SAD和SPD里作為索引的一部分。是由IKE協商的兩側客戶端隨機選擇的UUID？。0-255是被保留的值，禁止在SPI中使用。

1.3 什么是SA

SA是Security Association的縮寫。SA是一組算法和算法參數（包括key）的集合，用來完成單個方向的數據流加密和驗證任務。通過SPI加數據包的目的地址可以唯一查找到一個SA。

包含的屬性：

• 加密算法
  • 屬性
  • key
• 驗證算法
  • 屬性
  • key
• SPI
• 目的地址

1.4 什么是SP

SP是Security Policy的縮寫。SP是一條規則，決定一條流（flow）是否需要被IPsec處理。SP的處理有三種方式：

• 丟棄
• 不處理
• 處理

需要被IPsec處理的流，會被指向到一個template。一個template可以理解為指向一個SA，template包含以下屬性：

• 協議
  • AH或ESP。
• 模式
  • transport或tunnel模式。
• pattern
  • 源IP加目的IP對。
  • NAT的PORT對。

SP有一個方向屬性，取值分別為：

• out
• in
• fwd

1.5 總結

在整個IPsec的數據流轉邏輯中，SP用來表達What todo。SA用來表達How todo。

---

2 數據流

簡單的說。明文報在通過IPsec VPN設備變成ESP發出去的過程是：

1. 查找路由。
2. 查找policy決定是否需要被ESP
3. 查找SA并加密封裝。
4. 加密封裝后的包再查路由。

IPsec報在通過IPsec VPN設備變成非加密包發出去的過程：

1. 查找路由。
2. 查找policy決定是否需要要解ESP
3. 查找SA并解密解封裝。
4. 解密解封裝后的包再查路由。

2.1 舉個栗子

路由

[root@T9 sbin]# ip route
default via 192.168.7.1 dev eth0  proto static  metric 100 
10.129.0.0/24 dev eth1  proto kernel  scope link  src 10.129.0.1  metric 100 
192.168.7.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.7.129  metric 100 

policy

[root@T9 sbin]# ip xfrm policy
src 10.9.0.0/16 dst 10.129.0.0/16 
	dir fwd priority 383616 ptype main 
	tmpl src 192.168.7.9 dst 192.168.7.129
		proto esp reqid 1 mode tunnel
src 10.9.0.0/16 dst 10.129.0.0/16 
	dir in priority 383616 ptype main 
	tmpl src 192.168.7.9 dst 192.168.7.129
		proto esp reqid 1 mode tunnel
src 10.129.0.0/16 dst 10.9.0.0/16 
	dir out priority 383616 ptype main 
	tmpl src 192.168.7.129 dst 192.168.7.9
		proto esp reqid 1 mode tunnel

sa

[root@T9 sbin]# ip xfrm state
src 192.168.7.129 dst 192.168.7.9
	proto esp spi 0xc42ac7f3 reqid 1 mode tunnel
	replay-window 0 flag af-unspec
	auth-trunc hmac(sha256) 0x5f7b99e.....eb20948fb2f8fc713caf2d43b4 128
	enc cbc(aes) 0x48144872d5f4f9a6a762b68785e6f265
src 192.168.7.9 dst 192.168.7.129
	proto esp spi 0xc1c8ad99 reqid 1 mode tunnel
	replay-window 32 flag af-unspec
	auth-trunc hmac(sha256) 0x7efc5d2172.....0c0dedf053b0b6ae5aa2f012 128
	enc cbc(aes) 0x808efcfaa45a543b69efe08158accaa3

---

3 理解linux kernel中的sa概念和管理

3.1 提供給用戶的sa接口

理解kernel sa對用戶展示的形態，可以幫助我們理解linux kernel對于ipsec sa的建模和抽象。對我們在VPN產品的sa模塊設計中將提供幫助。

3.1.1 使用racoon配置sa

setkey add 192.168.0.1 192.168.1.2 esp 0x10001
        -m tunnel
        -E des-cbc 0x3ffe05014819ffff
        -A hmac-md5 "authentication!!"

從以上信息可以很容易開始各個參數表達的含義，其中-E代表加密算法和它的key，-A代表驗證算法和它的key。0x10001為spi。

3.1.2 使用racoon配置policy

setkey spdadd 10.0.11.41/32[21] 10.0.11.33/32[any] any
        -P out ipsec esp/tunnel/192.168.0.1-192.168.1.2/require

第一行代表五元組，any代表協議。第二行代表policy的具體描述：方向，action，template。

3.1.3 總結

通過以上兩個小節的描述，讀者應該已經很容易的總結出了配置一個SA和一個policy所需要提供的最基本的信息了。作者將在本章的最后，對sa和poliyc所包含的所有必須信息進行一個統一的總結。
另外，通過上文的語法，我們應該能夠發現，policy與sa之間的match操作，是需要一個稍負責的匹配邏輯來實現的，而不僅僅是一個簡單的匹配關系。

3.2 netlink的SA接口

strongswan是目前使用兩種方式與內核進行ipsec的配置交互，分別為netlink和pfkey。如官方文檔所述，netlink是strongswan默認啟用的，變成stable的接口方式。整個調研工作也是以netlink方式為出發點展開的，現簡單介紹如下。

3.2.1 什么是netlink

netlink是復用了socket方式的內核與用戶態IPC方法。
這里有一篇寫的非常好的文章，講netlink為什么會產生。由于人家寫的實在是太好了，我已經沒有什么可寫的了，只能做個概要，如下：

因為作者圖畫是業余的，所以看懂的這個概要圖的前提是，你必須懂得BSD socket的api如何使用。

3.2.2 接口方式

用netlink方式配置ipsec的方法。

netlink的一般用法

初始化socket

與常規的socket用法相同，只是傳入參數是netlink定義的特有參數。

int socket(int domain, int type, int protocol)
bind(fd, (struct sockaddr*)&nladdr, sizeof(nladdr));

下發配置信息到kernel

使用socket的標準send，write接口將特定格式的參數下發給kernel。
參數格式如下：

struct nlmsghdr
{
  __u32 nlmsg_len;   /* Length of message */
  __u16 nlmsg_type;  /* Message type*/
  __u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */
  __u32 nlmsg_seq;   /* Sequence number */
  __u32 nlmsg_pid;   /* Sending process PID */
};

這個參數結構體是傳入參數的頭部，緊接著這個頭部之后的內存是真正的參數的值。它的解析方法由nlmsg_type的值來確定。它的結尾由nlmsg_len的數值來決定。

添加sa

添加sa的時候，nlmsghdr后面的參數為結構體

struct xfrm_usersa_info

nlmsg_type的值為：XFRM_MSG_NEWSA
這部分內容定義在系統文件下：

/usr/include/linux/xfrm.h

這個結構體后邊，還需要追加算法部分的信息，如下：

struct xfrm_algo
struct xfrm_algo_auth

添加policy

添加policy的時候，nlmsghdr后面的參數為結構體

struct xfrm_userpolicy_info

nlmsg_type的值為：XFRM_MSG_NEWPOLICY
這部分內容定義在系統文件下：

/usr/include/linux/xfrm.h

3.3 xfrm的SA接口

3.3.1 什么是xfrm

xfrm(transform)是一個IP包轉發框架。主要實現以下三部分功能：

• IPsec protocol suite
• IP Payload Compression Protocol
• Mobile IPv6

3.3.2 內核代碼

linux/net/xfrm/

主要函數

Xfrm_lookup()            xfrm lookup(SPD and SAD) method
Xfrm_input()             xfrm processing for an ingress packet
Xfrm_output()            xfrm processing for an egress packet
Xfrm4_rcv()              IPv4 specific Rx method
Xfrm6_rcv()              IPv6 specific Rx method
Esp_input()              ESP processing for an ingress packet
Esp_output()             ESP processing for an egress packet
Ah_output()              AH processing for an ingress packet
Ah_input()               ESP processing for an egress packet
xfrm_policy_alloc()      allocates an SPD object
Xfrm_policy_destroy()    frees an SPD object
xfrm_ policy_lookup      SPD lookup
xfrm_policy_byid()       SPD lookup based on id
Xfrm_policy_insert()     Add an entry to SPD
Xfrm_Policy_delete()     remove an entry from SPD
Xfrm_bundle_create()     creates a xfrm bundle
Xfrm_policy_delete()     releases the resources of a policy object
Xfrm_state_add()         add an entry to SAD
Xfrm_state_delete()      free and SAD object
Xfrm_state_alloc()       allocate an SAD object
xfrm_state_lookup_byaddr()     src address based SAD lookup
xfrm_state_find()        SAD look up based on dst
xfrm_state_lookup()      SAD lookup based on spi

3.3.3 API

api文件

include/uapi/linux/xfrm.h

主要的API

XFRM_MSG_NEWSA         To add a new SA to SAD
XFRM_MSG_DELSA         To delete a new SA to SAD
XFRM_MSG_GETSA         To get a new SA to SAD
XFRM_MSG_FLUSHSA       To flush SAD
XFRM_MSG_NEWPOLICY     To add a new policy to SPD
XFRM_MSG_DELPOLICY     To delete a new policy to SPD
XFRM_MSG_GETPOLICY     To get a new policy to SPD
XFRM_MSG_FLUSHPOLICY   To flush SPD

3.3.4 sa的傳入參數

struct xfrm_usersa_info {
        struct xfrm_selector            sel; // 被加密網段？為啥要有這個？
        struct xfrm_id                  id; // 目的ip，spi，協議ah/esp
        xfrm_address_t                  saddr; // 源ip
        struct xfrm_lifetime_cfg        lft;
        struct xfrm_lifetime_cur        curlft;
        struct xfrm_stats               stats;
        __u32                           seq;
        __u32                           reqid;
        __u16                           family;
        __u8                            mode; // transport / tunnel
        __u8                            replay_window;
        __u8                            flags;
};  

算法參數是追加在SA結構體之后的內存塊，根據不同的類型決定不同的結構。示例：

struct xfrm_algo {
        char            alg_name[64];
        unsigned int    alg_key_len;    /* in bits */
        char            alg_key[0];
};

struct xfrm_algo_auth {
        char            alg_name[64];
        unsigned int    alg_key_len;    /* in bits */
        unsigned int    alg_trunc_len;  /* in bits */
        char            alg_key[0];
};

3.3.5 policy的傳入參數

struct xfrm_userpolicy_info {
        struct xfrm_selector            sel; //網段：ip，port，協議
        struct xfrm_lifetime_cfg        lft;
        struct xfrm_lifetime_cur        curlft;
        __u32                           priority; //
        __u32                           index;
        __u8                            dir;  //方向：in out fwd
        __u8                            action; // allow, block
        __u8                            flags;
        __u8                            share;
};

---

4 xfrm的實現

4.1 用于存儲sa的內部數據結構

struct xfrm_state {
#ifdef CONFIG_NET_NS
        struct net              *xs_net;
#endif
        union {
                struct hlist_node       gclist;
                struct hlist_node       bydst;
        };
        struct hlist_node       bysrc;
        struct hlist_node       byspi; 
        atomic_t                refcnt;
        spinlock_t              lock;
        struct xfrm_id          id;
        struct xfrm_selector    sel;
        struct xfrm_mark        mark;
        u32                     tfcpad;
        u32                     genid;
        /* Key manager bits */
        struct xfrm_state_walk  km;
        /* Parameters of this state. */
        struct {
                u32             reqid;
                u8              mode;
                u8              replay_window;
                u8              aalgo, ealgo, calgo;
                u8              flags;
                u16             family;
                xfrm_address_t  saddr; 
                int             header_len;
                int             trailer_len;
                u32             extra_flags;
        } props;
        struct xfrm_lifetime_cfg lft;
        /* Data for transformer */
        struct xfrm_algo_auth   *aalg;
        struct xfrm_algo        *ealg;
        struct xfrm_algo        *calg;
        struct xfrm_algo_aead   *aead;
        /* Data for encapsulator */
        struct xfrm_encap_tmpl  *encap;
        /* Data for care-of address */
        xfrm_address_t  *coaddr; 
                /* IPComp needs an IPIP tunnel for handling uncompressed packets */
        struct xfrm_state       *tunnel;
        /* If a tunnel, number of users + 1 */
        atomic_t                tunnel_users;
        /* State for replay detection */
        struct xfrm_replay_state replay;
        struct xfrm_replay_state_esn *replay_esn;
        /* Replay detection state at the time we sent the last notification */  
        struct xfrm_replay_state preplay;
        struct xfrm_replay_state_esn *preplay_esn;
        /* The functions for replay detection. */
        struct xfrm_replay      *repl;
        /* internal flag that only holds state for delayed aevent at the
         * moment
        */
        u32                     xflags;
        /* Replay detection notification settings */
        u32                     replay_maxage;
        u32                     replay_maxdiff;
        /* Replay detection notification timer */
        struct timer_list       rtimer;
        /* Statistics */
        struct xfrm_stats       stats;
        struct xfrm_lifetime_cur curlft;
        struct tasklet_hrtimer  mtimer;
        /* used to fix curlft->add_time when changing date */
        long            saved_tmo;
        /* Last used time */
        unsigned long           lastused;
        /* Reference to data common to all the instances of this
         * transformer. */
        const struct xfrm_type  *type;
        struct xfrm_mode        *inner_mode;
        struct xfrm_mode        *inner_mode_iaf;
        struct xfrm_mode        *outer_mode;
        /* Security context */
        struct xfrm_sec_ctx     *security;
        /* Private data of this transformer, format is opaque,
         * interpreted by xfrm_type methods. */
        void                    *data;
};

會被插入兩個hash表

   1. Hash table by (spi,daddr,ah/esp) to find SA by SPI. (input,ctl)
   2. Hash table by (daddr,family,reqid) to find what SAs exist for given
      destination/tunnel endpoint. (output)

4.2 用于存儲sa的內部數據結構

struct xfrm_policy {
#ifdef CONFIG_NET_NS
        struct net              *xp_net;
#endif
        struct hlist_node       bydst; 
        struct hlist_node       byidx;
        /* This lock only affects elements except for entry. */
        rwlock_t                lock;
        atomic_t                refcnt; 
        struct timer_list       timer;
        struct flow_cache_object flo;
        atomic_t                genid;
        u32                     priority;
        u32                     index;
        struct xfrm_mark        mark;
        struct xfrm_selector    selector;
        struct xfrm_lifetime_cfg lft;
        struct xfrm_lifetime_cur curlft;
        struct xfrm_policy_walk_entry walk;
        struct xfrm_policy_queue polq;
        u8                      type;
        u8                      action;
        u8                      flags;
        u8                      xfrm_nr;
        u16                     family;
        struct xfrm_sec_ctx     *security;
        struct xfrm_tmpl        xfrm_vec[XFRM_MAX_DEPTH];
};        

4.3 數據結構之間的存儲結構

TODO

4.4 關鍵函數

xfrm_lookup()
xfrm_output()
xfrm4_policy_check() // 在ipv4中被調用。

---

5 strongswan中的sa

5.1 概述

從IKE協議的角度上，有兩個SA，一個叫IKE_SA，一個叫CHILD_SA。本章討論的sa，特指下圖中的CHILD_SA。
本篇文章，通篇討論的SA指的都是這里的CHILD_SA。

CHILD_SA在strongswan的框架里，主要存在與兩個部分。

1. IKE協商過程。
   CHILD_SA是IKE協商過程中的輸出。IKE協商過程結束后，IKE-SA Manager將CHILD_SA交個strongswan框架。
2. IPsec隧道建立過程。
   CHILD_SA是IKE協商過程中的輸入。strongswan框架將CHILD_SA交給libcharon plugin由特定的plugin與kernel通信，在kernel中完成IPsec tunnel的建立過程。
3. IPsec在轉發過程。
   這部分和strongswan的框架沒有了關系，由內核完成。

      +---------------------------------+       +----------------------------+
      |          Credentials            |       |          Backends          |
      +---------------------------------+       +----------------------------+

       +------------+    +-----------+        +------+            +----------+
       |  receiver  |    |           |        |      |  +------+  | CHILD_SA |
       +----+-------+    | Scheduler |        | IKE- |  | IKE- |--+----------+
            |            |           |        | SA   |--| SA   |  | CHILD_SA |
    +-------+--+         +-----------+        |      |  +------+  +----------+
 <->|  socket  |               |              | Man- |
    +-------+--+         +-----------+        | ager |  +------+  +----------+
            |            |           |        |      |  | IKE- |--| CHILD_SA |
       +----+-------+    | Processor |--------|      |--| SA   |  +----------+
       |   sender   |    |           |        |      |  +------+
       +------------+    +-----------+        +------+

      +---------------------------------+       +----------------------------+
      |               Bus               |       |      Kernel Interface      |
      +---------------------------------+       +----------------------------+
             |                    |                           |
      +-------------+     +-------------+                     V
      | File-Logger |     |  Sys-Logger |                  //////
      +-------------+     +-------------+

5.1.1 strongswan中的plugin

上一小節提到了plugin，接下來講解plugin。
有兩類plugins。一類是libstrongswan的plugin，一類是libcharon的plugin。
libstrongswan的plugin主要提供加密，認證，數據庫相關的功能。
libcharon的plugin主要提供“specific needs”。。。我們接下來要討論的與sa下發相關的plugin都在
libcharon這一類里。他們包括：

• kernel-libipsec
  用戶態的轉發平面，目前還處于高實驗性階段。轉發性能沒有kernel。主要用來滿足不能使用kernel轉發的場景。
• kernel-netlink
  使用netlink接口與linux kernel的xfrm模塊交互。目前輸出穩定使用階段，默認首選。
• kernel-iph
  windows操作系統的接口。
• kernel-pfkey
  使用pkkey接口與linux kernel的xfrm模塊進行交互，高實驗性階段。
• kernel-wfp
  windows操作系統的接口。

本文，只關心kernel-netlink的plugin。

5.2 啟動過程

5.2.1 概述

strongswan的啟動方式有多種。可以和各種不同的系統對接，包括systemd，networkmanager等。

• starter
  ipsec命令使用的守護進程。用ipsec start命令，就會啟動這個進程。
• charon-nm
  networkmanager的plugin。什么是nm的plugin？
• charon-systemd
  按照systemd的daemon style實現的一個進程。由systemd啟動。
• charon-svc
  windows的服務。

各種啟動方式的最終目的都是啟動最終目的都是啟動charon進程。所以，最簡的啟動方法就是：

• 直接運行charon進程

當然，這種方式沒有daemon守護，但是功能完整。

5.2.2 調試方法

如上一小節所述。charon進程可以直接運行。所以調試的時候直接使用gdb運行charon就可以了。

# gdb `which charon`

5.2.3 starter的啟動過程

starter的啟動方法是通過ipsec腳本執行start命令，這樣便啟動了strongswan服務。

# ipsec start

ipsec腳本

源碼位置

strongswan-5.7.1/src/ipsec/_ipsec

ipsec腳本解析start參數后，會執行如下命令，啟動daemon進程starter

${IPSEC_DIR}/starter --daemon charon

starter進程

源碼位置

strongswan-5.7.1/src/starter/starter.c

starter的主要功能是啟動charon進程，并進行守護。

• daemon的初始工作
  重定向輸出，signal響應等。
• 啟動charon
• 加載ipsec.conf中的配置。

流程圖

charon進程

charon進程運行啟動成功后，啟動16個子線程執行不同的job。
整個charon中的任務調度圍繞著task和job兩個核心概念進行。

流程圖

實線代表流程圖；虛線代表調用棧。

5.2.4 systemd的啟動過程

systemd的啟動過程首先使用systemd的service配置腳本。然后啟動systemd的charon守護進程。
最后通過守護進程啟動charon進程。

systemd腳本

源碼位置

strongswan-5.7.1/init/systemd-swanctl/strongswan-swanctl.service.in

service腳本在啟動過程執行兩個操作。

1. 啟動charon-systemd進程。
2. 執行swanctl --load-all --noprompt命令

charon-systemd進程

源碼位置

strongswan-5.7.1/src/charon-systemd/charon-systemd.c

charon-systemd進程是charon進程的另一個入口。charon-systemd進程不會在啟動新的進程，charon-systemed進程就是處理業務的主進程，有systemd進行守護。
所以，charon-systemd只有main函數中的少量內容與charon不同。其他邏輯與charon進程完全相同。

流程圖

5.3 調用過程

運行過程中，與SA相關的兩個部分主要就是add_sa與add_policy兩個地方。
當charon進程收到一個message的時候，會以job的形式分發給standby的業務線程進行處理。
最后通過kernel對象調用kernel_interface接口中的add_sa和add_policy兩個函數。接口會根據
具體注冊的plugin調用各plugin的相應，add_as, add_policy函數。

例如，netlink的plugin。
在該plugin的這兩個函數中，會通過netlink的接口最終調用內核的xfrm接口完成sa和policy的下發和更新等操作。
詳見3.2和3.3兩個章節。

5.4 數據結構

strongswan中的sa數據結構

定義在文件 kernel_ipsec.h 中，由id和data兩個結構共同組成。

struct kernel_ipsec_sa_id_t {
        /** Source address */
        host_t *src;
        /** Destination address */
        host_t *dst;
        /** SPI */
        uint32_t spi;
        /** Protocol (ESP/AH) */
        uint8_t proto;
        /** Optional mark */
        mark_t mark;
};

/** 
 * Data required to add an SA to the kernel
 */
struct kernel_ipsec_add_sa_t {
        /** Reqid */
        uint32_t reqid;
        /** Mode (tunnel, transport...) */
        ipsec_mode_t mode;
        /** List of source traffic selectors */
        linked_list_t *src_ts;
        /** List of destination traffic selectors */
        linked_list_t *dst_ts;
        /** Network interface restricting policy */
        char *interface;
        /** Lifetime configuration */
        lifetime_cfg_t *lifetime;
        /** Encryption algorithm */
        uint16_t enc_alg;
        /** Encryption key */
        chunk_t enc_key;
        /** Integrity protection algorithm */
        uint16_t int_alg;
        /** Integrity protection key */
        chunk_t int_key;
        /** Anti-replay window size */
        uint32_t replay_window;
        /** Traffic Flow Confidentiality padding */
        uint32_t tfc;
        /** IPComp transform */
        uint16_t ipcomp;
        /** CPI for IPComp */
        uint16_t cpi;
        /** TRUE to enable UDP encapsulation for NAT traversal */
        bool encap;
        /** no (disabled), yes (enabled), auto (enabled if supported) */
        hw_offload_t hw_offload;
        /** Mark the SA should apply to packets after processing */
        mark_t mark;
        /** TRUE to use Extended Sequence Numbers */
        bool esn;
        /** TRUE to copy the DF bit to the outer IPv4 header in tunnel mode */
        bool copy_df;
        /** TRUE to copy the ECN header field to/from the outer header */
        bool copy_ecn;
        /** Whether to copy the DSCP header field to/from the outer header */
        dscp_copy_t copy_dscp;
        /** TRUE if initiator of the exchange creating the SA */
        bool initiator;
        /** TRUE if this is an inbound SA */
        bool inbound;
        /** TRUE if an SPI has already been allocated for this SA */
        bool update;
}; 

strongswan中的policy數據結構

定義在文件 kernel_ipsec.h 和 ipsec_types.h 中。

struct kernel_ipsec_policy_id_t {
        /** Direction of traffic */
        policy_dir_t dir;
        /** Source traffic selector */
        traffic_selector_t *src_ts;
        /** Destination traffic selector */
        traffic_selector_t *dst_ts;
        /** Optional mark */
        mark_t mark; 
        /** Network interface restricting policy */
        char *interface;
};

/**
 * Data required to add/delete a policy to/from the kernel
 */
struct kernel_ipsec_manage_policy_t {
        /** Type of policy */
        policy_type_t type;
        /** Priority class */
        policy_priority_t prio;
        /** Manually-set priority (automatic if set to 0) */
        uint32_t manual_prio;
        /** Source address of the SA(s) tied to this policy */
        host_t *src;
        /** Destination address of the SA(s) tied to this policy */
        host_t *dst;
        /** Details about the SA(s) tied to this policy */
        ipsec_sa_cfg_t *sa;
};

struct ipsec_sa_cfg_t {
    /** mode of SA (tunnel, transport) */
    ipsec_mode_t mode;
    /** unique ID */
    uint32_t reqid;
    /** number of policies of the same kind (in/out/fwd) attached to SA */
    uint32_t policy_count;
    /** details about ESP/AH */
    struct {
        /** TRUE if this protocol is used */
        bool use;
        /** SPI for ESP/AH */
        uint32_t spi;
    } esp, ah;
    /** details about IPComp */
    struct {
        /** the IPComp transform used */
        uint16_t transform;
        /** CPI for IPComp */
        uint16_t cpi;
    } ipcomp;
};

6 sa的抽象模型

6.1 實現sa管理的思路

略。

6.2 sa

目的地址（dip）加 spi 唯一確定一個sa條目。

屬性	取值	說明
id
spi		協商過程帶過來的
mode	transport/tunnel
protocol	esp/ah/ipcom	加密協議的方式
sip		另一條隧道是sip和dip互換的，故兩個sa
dip
life		生存時間
enc_alg
enc_key
integrity_alg		完整性驗證
integrity_key
nat		是否做nat

6.3 policy

屬性	取值	說明
id
action	drop/pass/ipsec	命中此策略后的行為
priority		優先級
dir	in/out/fwd	方向
s_ts		source traffic selector
d_ts		destination traffic selector

6.4 traffic selector

ts就是五元組，ip使用掩碼掩起來的一個段。port也可以掩，具體跟kernel學一下。

屬性	說明
source ip
sip_prefixlen
dest ip
dip_prefixlen
sport
sport_mask
dport
dport_mask
protocol

7 問題

7.1 policy與路由的關系

在我的測試虛機環境里，刪掉了策略路由之后，功能正常。
目前還不清楚為什么。路由與policy之間的關系，以及路由和policy在內核包轉發過程中的邏輯關系，
都需要進一步的調研。

7.2 policy與sa之間的關聯邏輯

---

參考

http://man7.org/linux/man-pages/man8/ip-xfrm.8.html