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安全网管技术 张焕杰 中国科学技术大学网络信息中心 james@ustc.edu.cn
Tel: (O)
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第7章 VPN技术及应用 本章主要内容 VPN介绍 Access VPN LAN-LAN VPN MPLS VPN L2VPN
计算机网络安全基础 2018年11月10日 第7章 VPN技术及应用 本章主要内容 VPN介绍 Access VPN LAN-LAN VPN MPLS VPN L2VPN 计算机网络安全基础
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参考资料： 参考资料： 安全体系结构的设计、部署与操作，常晓波等译，清华大学出版社 Cisco Networkers 2003
SEC-2011: Deploying Site-to-Site IPSec VPNs
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VPN介绍 Virtual Private Network 虚拟专用网
虚拟专用网不是真的专用网络，但却能够实现专用网络的功能。虚拟专用网指的是依靠ISP（Internet服务提供商）和其它NSP（网络服务提供商），在公用网络中建立专用的数据通信网络的技术。 利用像Internet这样的公共的或不安全的媒体，通过应用多种技术提供用户认证、数据完整性和访问控制，从而提供网络应用程序之间的安全通信。 在虚拟专用网中，任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是利用某种公众网的资源动态组成的。 VPN不是一种单一的技术，而是具有若干特性的系统
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VPN介绍 IETF草案理解基于IP的VPN为：“使用IP机制仿真出一个私有的广域网”。通过私有的隧道技术在公共数据网络上仿真一条点到点的专线技术。 所谓虚拟，是指用户不再需要拥有实际的长途数据线路，而是使用Internet公众数据网络的长途数据线路。 所谓专用网络，是指用户可以为自己制定一个最符合自己需求的网络。 本章讨论的虚拟专用网一般指的是建筑在Internet上能够自我管理的专用网络，而不是Frame Relay或ATM等提供虚拟固定线路（PVC）服务的网络。以IP为主要通讯协议的VPN，也可称之为IP-VPN。
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VPN的安全性 VPN的主要目的是保护传输数据 必须具备4个关键功能 VPN的目的是保护从信道的一个端点到另一端点传输的信息流
认证：数据传输的来源确如其声明所言，目的地确实是数据期望到达的位置 访问控制：限制对网络未经授权的访问 机密性：防止数据在通过网络时被察看 数据完整性：防止传输中对数据的任何篡改 VPN的目的是保护从信道的一个端点到另一端点传输的信息流 信道的端点之前和之后，VPN不提供任何的数据包保护
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为什么选择VPN 成本低是最大的优势 传统方式是租用专线建设自己的网络系统 Internet能以很低的代价提供高带宽的链路，缺点是安全性不高
由于VPN是在Internet上临时建立的安全专用虚拟网络，用户就节省了租用专线的费用，在运行的资金支出上，除了购买VPN设备，企业所付出的仅仅是向企业所在地的ISP支付一定的上网费用，也节省了长途电话费。这就是VPN价格低廉的原因。 如2M的专线，国内长途6000/月，对应的10M Internet链路一般2000/月
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为什么选择VPN 灵活性高 只要有Internet链路，随时可以建立VPN链路 对于单个用户，使用VPN可以在任何地方安全访问内部网
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VPN的类型 每种VPN都具有特定的要求和优先权，实现的目的、解决的问题也不同 用于移动工作者的远程访问 用于局域网间连接的PN
Client-LAN VPN，也叫 Access VPN 替代早期的拨号远程访问网络 用于局域网间连接的PN LAN-LAN型 IntranetVPN和ExtranetVPN
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VPN的特性考虑 安全性 可靠性 可管理性 可扩展性 隧道、加密、密钥管理、数据包认证、用户认证、访问控制 硬件、软件、基础网络的可靠性
记帐、审核、日志的管理 是否支持集中的安全控制策略 可扩展性 成本的可扩展性，如使用令牌卡成本高 性能，是否考虑采用硬件加速加解密速度
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VPN的特性考虑 可用性 互操作性 服务质量 QoS 多协议支持 系统对应用尽量透明 对终端用户来说使用方便
尽量采用标准协议，与其他供应商的设备能互通 服务质量 QoS 通过Internet连接的VPN服务质量很大程度取决于Internet的状况 多协议支持 IPX?
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VPN涉及的技术 隧道技术 Tunnel
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IP Tunnel NSRC、NDST是隧道端点设备的IP地址 公网上路由时仅仅考虑NSRC、NDST 原始数据包的DST、SRC对公网透明
DATA NDST NSRC DST SRC DATA
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隧道技术 第二层隧道 第三层隧道 利用隧道技术，理论上任何协议的数据都可以透过IP网络传输
把网络数据包封装在PPP协议中，PPP协议的数据包放到隧道中传输 L2TP、PPTP（集成在windows中，所以最常用） 第三层隧道 把网络数据包指直接在隧道中传输 IPsec 利用隧道技术，理论上任何协议的数据都可以透过IP网络传输
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加密/解密技术 对称加密技术 公钥加密技术 哈希函数 速度快，常用的DES、3DES、IDEA等 缺点是密钥传递不方便
经常被用来对数据进行加/解密处理，提高保密性 公钥加密技术 速度慢，常用的RSA、Diffie-Hellman 用于签名和会话的密钥交换 哈希函数 速度快 产生的消息摘要用于信息的完整性检查
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认证系统 VPN设备间的认证 对于Access VPN，对个人进行认证 通过密码、密钥、证书等认证
如果使用证书，可以考虑使用自己的CA或第三方的CA 对于Access VPN，对个人进行认证 简单密码、一次性密码S/KEY、 基于硬件的令牌（令牌卡、智能卡、PC卡、USB卡） 生理ID(指纹、声音、视网膜扫描)
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安全协议 IPSec 3层协议，直接传输网络协议数据包 基于TCP/IP的标准协议，集成到IPv6中，仅仅传输IP协议数据包
提供了强大的安全、加密、认证和密钥管理功能 适合大规模VPN使用
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安全协议 PPTP Point-to-Point Tunnel Protocol, 2层协议，需要把网络协议包封装到PPP包，PPP数据依靠PPTP协议传输 PPTP通信时，客户机和服务器间有2个通道，一个通道是tcp 1723端口的控制连接，另一个通道是传输GRE PPP数据包的IP隧道 PPTP没有加密、认证等安全措施，安全的加强通过PPP协议的MPPE(Microsoft Point-to-Point Encryption)实现 windows中集成了PPTP Server和Client，适合中小企业支持少量移动工作者 如果有防火墙的存在或使用了地址转换，PPTP可能无法工作
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安全协议 L2TP RFC2661定义 在Cisco公司的L2F和PPTP的基础上开发 使用并不普遍 统计数字
80%用PPTP，13%用Ipsec
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VPN解决方案 一个VPN解决方案不仅仅是一个经过加密的隧道，它包含 VPN系统大体分为4类
访问控制、认证、加密、隧道传输、路由选择、过滤、高可用性、服务质量以及管理 VPN系统大体分为4类 专用的VPN硬件 支持VPN的硬件或软件防火墙 VPN软件 VPN服务提供商 前面提到的VPN是独立于网络服务提供商的，但是服务器提供商也会提供某种“VPN”接入
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Access VPN 这种类型的VPN与传统的远程访问网络相对应。 如果企业的内部人员移动或有远程办公需要，可以考虑使用AccessVPN。
AccessVPN通过一个拥有与专用网络相同策略的共享基础设施，提供对企业内部网或外部网的远程访问。AccessVPN能使用户随时、随地以其所需的方式访问企业资源。AccessVPN包括模拟、拨号、ISDN、数字用户线路(xDSL)、移动IP和电缆技术，能够安全地连接移动用户、远程工作者或分支机构。
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Access VPN
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Access VPN Access VPN工作时，远程客户通过拨号线路连接到ISP的NAS服务器上，经过身份认证后，通过公网跟公司内部的VPN网关之间建立一个隧道，利用这个隧道对数据进行加密传输。 Access VPN最适用于公司内部经常有流动人员远程办公的情况。出差员工利用当地ISP提供的VPN服务，就可以和公司的VPN网关建立私有的隧道连接。RADIUS服务器可对员工进行验证和授权，保证连接的安全，同时负担的电话费用大大降低。 一般使用PPTP或L2TP技术
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Access VPN Access VPN对用户的吸引力在于： 减少用于相关的调制解调器和终端服务设备的资金及费用，简化网络；
实现本地拨号接入的功能来取代远距离接入，显著降低远距离通信的费用； 极大的可扩展性，简便地对加入网络的新用户进行调度； 远端验证拨入用户服务（RADIUS）基于标准，基于策略功能的安全服务； 宽带网环境下提供高速的远程接入。
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Access VPN的实现方式 客户驱动方式
客户端首先建立与本地ISP的PPP连接，这时客户端可访问Internet，也可访问企业网设置的VPN网关。 下一步就是建立到VPN网关的PPTP连接，连接建立后，远程用户就好像在企业网内部一样。 隧道起始于远程用户的计算机，终结于企业网内的VPN网关。 远程用户经由Internet访问企业的网络和应用，而不再需要直接拨号至企业的网络。 利用这种体系结构，用户并不需要 ISP提供与VPN相关的附加服务。ISP也感知不到用户在使用VPN服务。 这种方式一般使用PPTP协议。
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Access VPN的实现方式 网络接入服务器（NAS）驱动的连接
远端用户首先拨号到ISP的拨号服务器NAS。NAS在对用户进行身份验证时得知用户是一个VPN用户，然后NAS建立一条安全的、加密的隧道连接到企业网络的VPN网关。这条隧道起始于NAS，终结于企业网内的VPN网关。 利用由NAS驱动的体系结构，服务供应商对用户的身份进行验证；企业仍保留有控制他们自己的安全策略、对用户进行身份验证、授与用户访问权限并在网络上跟踪用户活动的权力。 使用这种体系结构需要服务供应商支持，而且存在一个问题——远端用户接入服务供应商的营业点之前的数据是未经加密的。 这种方式一般使用L2TP协议。
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Access VPN的实现方式 网络接入服务器（NAS）驱动的连接
L2TP协议通过“虚拟拨号”业务将初始拨号服务器的地点和拨号协议所连接的终点分离开来。 当“虚拟拨号”客户开始接入时，远程用户和它们的ISP的NAS之间就建立了一个PPP链路。 ISP接着对端系统或用户进行部分鉴别以判断此用户是否需要“虚拟拨号”业务，一旦确定需要，那么此用户名就会和VPN网络中心服务器联系起来。并在NAS和VPN中心服务器之间就建立了一条L2TP隧道。 目前中国电信推出的VPDN服务就是采用这种方式。 需要NAS、认证系统、计费系统、企业网VPN接入设备的支持就可以工作了。
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Access VPN
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Access VPN在无线网下的应用 由于无线网提供的加密/解密手段不多，很容易被窃听
无线网用户通过在无线网上使用PPTP VPN来增强安全性 无线网用户通过普通的网络连接到VPN Server，然后在无线网节点和VPN server间建立VPN VPN可以保证从无线网节点到VPN Server之间的通信都是安全的
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案例 需求： 中国科学技术大学为外部移动用户提供VPN接入服务，接入VPN后的用户拥有校内用户完全相同的访问权限，以便访问各种校内外电子资源 设计： 建设一个Access VPN系统 校内设置一台VPN服务器，运行Windows 2000 Server作为PPTP 接入服务器 使用PPTP 接入服务器使用radius协议对用户的接入请求进行身份验证
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科大的VPN解决方案 Remote User Internet Radius Server PPTP Server Internet出口
其中还要考虑策略路由
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LAN-LAN型VPN 企业内部各分支机构的互连或者企业的合作者互连，使用LAN-LAN VPN是很好的方式。
越来越多的企业需要在全国乃至世界范围内建立各种办事机构、分公司、研究所等，各个分公司之间传统的网络连接方式一般是租用专线。 显然，在分公司增多、业务开展越来越广泛时，网络结构趋于复杂，费用昂贵。 利用VPN特性可以在Internet上组建世界范围内的LAN-LAN VPN。 利用Internet的线路保证网络的互联性，而利用隧道、加密等VPN特性可以保证信息在整个LAN-LAN VPN上安全传输。
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LAN-LAN型VPN LAN-LAN VPN通过一个使用专用连接的共享基础设施，连接企业总部、远程办事处和分支机构。企业拥有与专用网络的相同政策，包括安全、服务质量(QoS)、可管理性和可靠性。
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LAN-LAN 型VPN
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LAN-LAN 型VPN的优势 减少WAN带宽的费用，Internet线路的租用费用远低于专线费用 能使用更灵活的拓扑结构，包括全网络连接
新的站点能更快、更容易地被连接 通过设备供应商WAN的连接冗余，可以延长网络的可用时间。
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LAN-LAN 型VPN 主要使用IPsec技术
在ISP提供的不安全IP传输通道上，用户通过设置VPN网关，将多个地方的LAN连接起来，并保证相关的安全性。 使用这种方式，跟ISP相关的主要是价格和服务质量问题。 价格上要解决如何保证这种方式能提供比租用专线更优的价格。 服务质量要保证带宽、延迟、丢包率等参数，尤其是丢包率。
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IPsec VPN优势 用户只要在具有Internet链路的基础上，增加IPsec VPN的网关设备即可利用IPsec VPN把局域网安全的互连 带宽高 VPN连接提供的带宽取决于加密/解密的的速度和2点间Internet带宽 在安徽省电信公司宽带网络连接的2个100M站点间，建立的VPN带宽可达60Mbps以上 灵活性高 随时可以建立和取消VPN
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IPsec VPN缺点 安全性 稳定性 由于跟Internet有“物理”连接，普遍认为保密的信息不宜在IPsec VPN 上传输
带宽、延迟、丢包跟外部的ISP主干网运行状况密切相关，用户不可控
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