【IPSec】strongSwan：从 swanctl 到内核 SA

xfrm 篇 假定 policy/state 已经在内核里。生产里这些对象几乎总由 IKE 守护进程写入。本系列用户态主线是 strongSwan（与 VPN 工程对比 的 swanctl 方言一致）；Libreswan 同属 IKEv2→xfrm 阵营，仅作对照，不双主线。

一、进程与接口

flowchart LR
  conf["swanctl conf"] --> vici["VICI"]
  vici --> charon["charon"]
  charon -->|"IKE UDP/500 or 4500"| peer["peer IKE"]
  charon --> nl["kernel-netlink"]
  nl --> xfrm["xfrm policy/state"]

排障第一原则：swanctl 视图与 ip xfrm 视图必须同时看。只信一侧会漏「用户态 ESTABLISHED、内核无 state」或「内核有残留 SA、用户态已 teardown」。

二、配置模型：connection 与 child

swanctl 把一座隧道拆成：

• connection：IKE SA 参数——版本、地址、本地/远端认证、IKE proposals、rekey 时间。
• children：Child SA——local_ts / remote_ts、ESP proposals、start_action（trap/start）、DPD 动作等。

站点互联示例结构（与第 75 篇同构，字段语义对齐 RFC）：

connections {
    site-a-to-site-b {
        version = 2
        local_addrs = 203.0.113.1
        remote_addrs = 198.51.100.1
        proposals = aes256gcm16-x25519-sha256
        local {
            auth = pubkey
            certs = server-cert.pem
            id = vpn-site-a.example.com
        }
        remote {
            auth = pubkey
            id = vpn-site-b.example.com
        }
        children {
            site-to-site {
                esp_proposals = aes256gcm16-x25519
                local_ts = 10.1.0.0/16
                remote_ts = 10.2.0.0/16
                start_action = trap
                dpd_action = restart
            }
        }
    }
}

映射到本系列概念：

PSK 部署把 auth = psk 与 secrets { ike-... } 配齐即可；证书部署还要 CA、实体证书与私钥路径正确——故障常在 ID 与证书 SAN 不一致，而不是 ESP 算法。

三、安装到内核的时刻

典型时序：

1. swanctl --load-all（或单元启动）把连接装入 charon。
2. 触发（trap 流量 / swanctl --initiate）后走 IKE_SA_INIT + IKE_AUTH。
3. 派生密钥（第 3 篇）后，kernel-netlink add policy + add state。
4. swanctl --list-sas 显示 ESTABLISHED / Child INSTALLED；同时 ip xfrm state 出现对应 SPI。

Rekey：charon 按 rekey_time 发 CREATE_CHILD_SA，再替换 state；硬超时删除旧 SPI。若只看到 swanctl 更新而 ip xfrm 仍是旧 SPI，查插件错误日志与 netns 是否装错。

四、常用控制命令

swanctl --load-all
swanctl --list-conns
swanctl --list-sas
swanctl --list-pols
swanctl --initiate --child site-to-site
swanctl --terminate --ike site-a-to-site-b

与内核对照：

ip xfrm state
ip xfrm policy
ip -s xfrm state    # 计数是否随业务增长

日志：charon 的 auth/IKE 失败原因（NO_PROPOSAL_CHOSEN、AUTHENTICATION_FAILED、TS 收窄失败）优先于盲目改 ESP 算法。

五、与 Libreswan 的一句话对照

两者都实现 IKEv2 并向 Linux xfrm 装 SA。配置语言与守护进程名不同（pluto / ipsec.conf 等）。本系列命令与示例统一 swanctl；迁移时只翻译「连接 / 子 SA / 提议 / TS」，不要假设文件名兼容。

六、本文边界

• 不展开每个 charon 插件（eap-*, bypass-lan, farp…）的百科。
• 不在本机未安装 strongSwan 时伪造 swanctl --list-sas 输出；完整 PSK netns + charon 流程以发行版包可用为前提，数据面对象形态已由 第 5/7 篇 的手工 xfrm 实验覆盖。
• 证书生命周期（ACME、自动化轮换）只点到故障面，不写 PKI 全书。

下一篇把 排障与故障模式 收成可复现步骤。

参考资料

工程

• strongSwan 文档：swanctl、vici、kernel-netlink。
• VPN 工程对比 · strongSwan 配置

站内

• Linux xfrm
• IKEv2 握手