图1-1 AH头格式
- ESP协议（IP协议号为50）定义了ESP头和ESP尾在IP报文中的封装格式，如图1-5所示。ESP可提供数据加密、数据来源认证、数据完整性校验和抗重放功能。与AH不同的是，ESP将需要保护的用户数据进行加密后再封装到IP包中，以保证数据的机密性。ESP使用的加密算法有DES、3DES、AES等。同时，作为可选项，ESP还可以提供认证服务。虽然AH和ESP都可以提供认证服务，但是AH提供的认证服务要强于ESP。
图1-2 ESP头和尾格式
在实际使用过程中，可以根据具体的安全需求同时使用这两种协议或仅使用其中的一种。设备支持的AH和ESP联合使用的方式为：先对报文进行ESP封装，再对报文进行AH封装。
封装模式
IPsec支持两种封装模式：传输模式和隧道模式。
该模式下的安全协议主要用于保护上层协议报文，仅传输层数据被用来计算安全协议头，生成的安全协议头以及加密的用户数据（仅针对ESP封装）被放置在原IP头后面。若要求端到端的安全保障，即数据包进行安全传输的起点和终点为数据包的实际起点和终点时，才能使用传输模式。如图1-3所示，通常传输模式用于保护两台主机之间的数据。
图1-3 传输模式下的IPsec保护
该模式下的安全协议用于保护整个IP数据包，用户的整个IP数据包都被用来计算安全协议头，生成的安全协议头以及加密的用户数据（仅针对ESP封装）被封装在一个新的IP数据包中。这种模式下，封装后的IP数据包有内外两个IP头，其中的内部IP头为原有的IP头，外部IP头由提供安全服务的设备添加。在安全保护由设备提供的情况下，数据包进行安全传输的起点或终点不为数据包的实际起点和终点时（例如安全网关后的主机），则必须使用隧道模式。如图1-4所示，通常隧道模式用于保护两个安全网关之间的数据。
图1-4 隧道模式下的IPsec保护
不同的安全协议及组合在隧道和传输模式下的数据封装形式如图1-5所示。
图1-5 安全协议数据封装格式
安全联盟
IPsec在两个端点之间提供安全通信，这类端点被称为IPsec对等体。SA（Security Association，安全联盟）是IPsec对等体间对某些要素的约定，例如，使用的安全协议（AH、ESP或两者结合使用）、协议报文的封装模式（传输模式或隧道模式）、认证算法、加密算法（DES、3DES或AES）、特定流中保护数据的共享密钥以及密钥的生存时间等。
