如前所述，不论是AH还是ESP，其对一个IP包执行操作之前，首先必须建立一个IPSec SA。RFC 2409描述的IKE就是用于这种动态协商的协议。
IKE为IPSec提供了自动协商交换密钥，建立SA的服务，能够简化IPSec的使用和管理，大大简化IPSec的配置和维护工作。IKE不是在网络上直接传送密钥，而是通过一系列数据的交换，最终计算出双方共享的密钥。并且即使第三方截获了双方用于计算密钥的所有交换数据，也不足以计算出真正的密钥。IKE具有一套自保护机制，可以在不安全的网络上安全地分发密钥，验证身份，建立IPSec SA。
图5.69 IKE与IPSec的关系
IKE采用了ISAKMP（internet security association and key management protocol，RFC2408）所定义的密钥交换框架体系，并结合两个早期协议而成的，其中一个是Oakley，另一个是SKEME。Oakley是一个自由的协议，它定义了密钥交换机的顺序，提供了多种密钥交换机模式。SKEME则定义了密钥交换的方法。可以提供完善的前向安全性。图5.69展示了IKE与IPSec的关系。
1.协商的两个阶段
IKE使用Diffie－Hellman算法进行密钥交换，工作于IANA为ISAKMP指定的UDP端口500上。
IKE协商分为两个阶段，分别称为阶段一和阶段二。
（1）阶段一 在网络上建立一个IKE SA，为阶段二协商提供保护。IKE SA是IKE通过协商创建的一个安全通信通道，IKE SA本身也经过验证。IKE SA负责为双方进一步的IKE通信提供机密性、消息完整性以及消息源认证服务。
（2）阶段二 在阶段一建立的IKE SA的保护下完成IPSec SA的协商。
IKE定义了两个阶段的交换模式：主模式和野蛮模式；还定义了一个阶段二的交换模式：快速模式（quick mode）。另外还定义了两个其他交换用于SA的维护：新组模式（newGroup mode）和信息交换。前者用于协商新的AH交换组，后者用于通告SA状态和消息。
2.Cookie
在IKE交换开始的时候，双方的初始消息都会包含一个Cookie。Cookie通过散列算法计算出的一个结果。为了避免伪造，散列算法以一个本地秘密、对方标识以及当前时间作为输入。通常对方标识就是对方的IP地址和端口号。
使用Cookie的目的是保护处理资源受到DoS攻击，但又不消耗过多的CPU资源判断其真实性。因此在高强度运算的交换操作之前，需要有一个预先交换，以便能阻止一些拒绝服务攻击企图。
在主模式中，响应方为对方生成一个Cookice，只有在收到包含这个Cookie的下一条消息时，才开始真正的DH交换过程。
然而在野蛮模式中，通信双方在3条消息包交换中完成协商，没有机会在DH交换之前检查Cookie，因此也就无法防止DoS攻击。
绝对保护系统不受DoS攻击是不可能的，但Cookie的作用提供了一种容易操作的有限保护。
发起的Cookie和响应者的Cookice可以用来标识一个IKE SA。
3.IKE主模式
图5.70展示了IKE主模式。主模式是IKE强制实现的阶段一交换模式，它可以提供完整性保护（野蛮模式不能）。(www.xing528.com)
图5.70 IKE主模式
主模式总共有3个步骤，6条消息。
第一个步骤是策略协商。在这个步骤里，IKE对双方用主模式的前两条消息协商SA所使用的策略。下列属性被作为IKE SA的一部分来协商，并用于创建IKE SA：
（1）加密算法 IKE使用诸如DES这样的对称加密算法保证机密性。
（2）散列算法 IKE使用MD5，SHA等散列算法。
（3）验证方法 IKE允许多种不同的验证方法，包括预共享密钥（pre－shared key）、数字签名标准（digital signature standard）以及另外两种从RSA公共密钥加密得到签名和验证的方法，进行Diffie－Hellman操作的组（group）信息。
IKE使用了5个Oakley的DH交换组是：MODP 768位、MODP 1 024位、EC2N155字节、EC2N185字节、MODP 1 680位。其中必须实现的是第一种。
另外，IKE生存时间也会被加入协商消息，这个时间值可以以秒或者数值计算。如果这个时间超时了，便明确IKE SA的存活时间。就需要重新进行阶段一交。生存时间越长，被破解的可能性就越大。
第二个步骤是Diffie－Hellman交换。在这个步骤里，IKE对双方用主模式的第三和第四条消息交换Diffie－Hellman公共位及一些辅助数据（Nonce）。
在第三个步骤里，IKE对等体双方用主模式的最后两条消息报交换ID信息和验证数据，对Diffie－Hellman交换进行验证。
通过这6条消息报，IKE对双方建立起一个IKE SA。在使用预共享密钥的主模式IKE交换机，必须首先确定对方的IP地址。对于站点到站点的应用研究，这不是个大问题。但是在远程拨号访问时，由于移动用户的IP地址无法预先确定，就不能使用这种方法。
为了解决这个问题，需要使用IKE的野蛮模式交换。
4.IKE野蛮模式
IKE野蛮模式的目的与主模式相同——建立一个IKE SA，以便为后续协商服务。如图5.71所示。但IKE野蛮模式交换只使用了3条消息。前两条消息负责协商策略、交换。iffie－Hellman公共值以及辅助数值（nonce）和身份信息，同时第二条信息还用于验证响应者，第三条信息用于验证发起者。
图5.71 IKE野蛮模式
首先，IKE协商发起者发送一个消息，其中包括加密算法、散列算法、验证方法、进行Diffie－Hellman操作的组信息、Diffie－Hellman公共值、Nonce和身份信息。然后，响应者回应一条消息，不但需包含上述协商内容，还需要包含一个验证载荷；最后，发起者回应一个验证载荷。
IKE野蛮模式的功能比较有限，但是在不能预先得知发起者的IP地址，并且需要使用预共享密钥的情况下，就必须使用野蛮模式。另外，野蛮模式的过程比较简单快捷，在充分了解对方安全策略的情况下，也可以使用野蛮模式。
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