IPSec所采用的封装协议是AH（Authentication Header，验证头）和ESP（Encapsulating Security Payload，封装安全性有效负载）。
ESP定义于RFC2406协议。它用于确保IP数据包的机密性（对第三方不可见）、数据的完整性以及对数据源地址的验证，同时还具有抗重播的特性。具体来说，是在IP头（以及任何IP选项）之后，在要保护的数据之前，插入一个新的报头，即ESP头。受保护的数据可以是一个上层协议数据，也可以是整个IP数据包，最后添加一个ESP尾。ESP本身是一个IP协议，它的协议号为50。这也就是说，ESP保护的IP数据包也可以是另外一个ESP数据包，形成了嵌套的安全保护，ESP的封装方式如下图：
如上图所示，ESP头没有加密保护，只采用了验证保护，但ESP尾的一部分则进行的加密处理，这是因为ESP头中包含了一些关于加/解密的信息。所以ESP头自然就采用明文形式了。
AH定义于RFC2402中。该协议用于为IP数据包提供数据完整性、数据包源地址验证和一些有限的抗重播服务，与ESP协议相比，AH不提供对通信数据的加密服务，同样提供对数据的验证服务，但能比ESP提供更加广的数据验证服务，如图所示：
它对整个IP数据包的内容都进行了数据完整性验证处理。在SA中定义了用来负责数据完整性验证的验证算法（即散列算法，如AH-MD5-HMAC、AH-SHA-HMAC）来进行这项服务。
AH和ESP都提供了一些抗重播服务选项，但是否提供抗重播服务，则是由数据包的接收者来决定的。
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