Internet的发展和宽带业务的增长，使企业、政府利用Internet这个公用平台不受区域限制地建立自己的私有网络成为可能。然而这种廉价便捷的组网方案同时也带来了安全性的问题。如何保证私密数据在公用网络上安全传输同时兼顾效率就是本文研究的重点。 本文研究了目前广泛使用的一种VPN方案——IPSec协议体系。根据IPSec协议的自身特点，结合当前对网络处理业务支持的硬件特征，初步设计了一种基于网络处理器的嵌入式高速VPN网关硬件体系结构和软件系统。并对已经实现的原型系统做了系统测试和数据分析。测试表明，本文设计的软件系统工作正常。测试数据分析得出运用IPSec协议的VPN网关系统的瓶颈所在。为我们的硬件平台的完善提供了参考。 NAT有效的解决了目前IPv4地址的短缺问题，而IPSec协议为网络数据传输提供了高质量的安全保护。NAT和IPSec协议在各自领域内都有着不可或缺的重要性，而且越来越多的应用模式要求将这两种技术结合使用。但是由于协议设计之初并没有充分考虑到这一结合趋势，NAT与IPSec的结合应用特别是当IPSec数据流传输路径中需要完成NAT转换时存在这严重的兼容性问题，二者无法良好地协同工作。针对IPSec和NAT协议的兼容性问题，本文也作了深入研究并提出一种全新的解决方案——隧道NAT。隧道NAT不需要对现有IPSec体系做任何改动，只需要在NAT网关扩充功能，就能与IPSec协议良好兼容。