Реферат: Протоколы и методы реализации VPN сетей
Хотя компетенция протокола РРТР распространяется только на устройства, работающие под управлением Windows, он предоставляет компаниям возможность взаимодействовать с существующими сетевыми инфраструктурами и не наносить вред собственной системе безопасности. Таким образом, удаленный пользователь может подключиться к Интернету с помощью местного провайдера по аналоговой телефонной линии или каналу ISDN и установить соединение с сервером NT. При этом компании не приходится тратить большие суммы на организацию и обслуживание пула модемов, предоставляющего услуги удаленного доступа.
Далее рассматривается работа РРТР. PPTP инкапсулирует пакеты IP для передачи по IP-сети. Клиенты PPTP используют порт назначения для создания управляющего туннелем соединения. Этот процесс происходит на транспортном уровне модели OSI. После создания туннеля компьютер-клиент и сервер начинают обмен служебными пакетами. В дополнение к управляющему соединению PPTP, обеспечивающему работоспособность канала, создается соединение для пересылки по туннелю данных. Инкапсуляция данных перед пересылкой через туннель происходит несколько иначе, чем при обычной передаче. Инкапсуляция данных перед отправкой в туннель включает два этапа:
1. Сначала создается информационная часть PPP. Данные проходят сверху вниз, от прикладного уровня OSI до канального.
2. Затем полученные данные отправляются вверх по модели OSI и инкапсулируются протоколами верхних уровней.
Таким образом, во время второго прохода данные достигают транспортного уровня. Однако информация не может быть отправлена по назначению, так как за это отвечает канальный уровень OSI. Поэтому PPTP шифрует поле полезной нагрузки пакета и берет на себя функции второго уровня, обычно принадлежащие PPP, т.е. добавляет к PPTP-пакету PPP-заголовок и окончание. На этом создание кадра канального уровня заканчивается.
Далее, PPTP инкапсулирует PPP-кадр в пакет Generic Routing Encapsulation (GRE), который принадлежит сетевому уровню. GRE инкапсулирует протоколы сетевого уровня, например IPX, AppleTalk, DECnet, чтобы обеспечить возможность их передачи по IP-сетям. Однако GRE не имеет возможности устанавливать сессии и обеспечивать защиту данных от злоумышленников. Для этого используется способность PPTP создавать соединение для управления туннелем. Применение GRE в качестве метода инкапсуляции ограничивает поле действия PPTP только сетями IP.
После того как кадр PPP был инкапсулирован в кадр с заголовком GRE, выполняется инкапсуляция в кадр с IP-заголовком. IP-заголовок содержит адреса отправителя и получателя пакета. В заключение PPTP добавляет PPP заголовок и окончание. На приложении 3 показана структура данных для пересылки по туннелю PPTP. [Приложение 3]
Система-отправитель посылает данные через туннель. Система-получатель удаляет все служебные заголовки, оставляя только данные PPP.
· L2TP
В ближайшем будущем ожидается рост количества виртуальных частных сетей, развернутых на базе нового протокола туннелирования второго уровня Layer 2 Tunneling Protocol – L2TP.
L2TP появился в результате объединения протоколов PPTP и L2F (Layer 2 Forwarding). PPTP позволяет передавать через туннель пакеты PPP, а L2F-пакеты SLIP и PPP. Во избежание путаницы и проблем взаимодействия систем на рынке телекоммуникаций, комитет Internet Engineering Task Force (IETF) рекомендовал компании Cisco Systems объединить PPTP и L2F. По общему мнению, протокол L2TP вобрал в себя лучшие черты PPTP и L2F. Главное достоинство L2TP в том, что этот протокол позволяет создавать туннель не только в сетях IP, но и в таких, как ATM, X.25 и Frame Relay. К сожалению, реализация L2TP в Windows 2000 поддерживает только IP.
L2TP применяет в качестве транспорта протокол UDP и использует одинаковый формат сообщений как для управления туннелем, так и для пересылки данных. L2TP в реализации Microsoft использует в качестве контрольных сообщений пакеты UDP, содержащие шифрованные пакеты PPP. Надежность доставки гарантирует контроль последовательности пакетов.
Функциональные возможности PPTP и L2TP различны. L2TP может использоваться не только в IP-сетях, служебные сообщения для создания туннеля и пересылки по нему данных используют одинаковый формат и протоколы. PPTP может применяться только в IP-сетях, и ему необходимо отдельное соединение TCP для создания и использования туннеля. L2TP поверх IPSec предлагает больше уровней безопасности, чем PPTP, и может гарантировать почти 100-процентную безопасность важных для организации данных. Особенности L2TP делают его очень перспективным протоколом для построения виртуальных сетей.
Протоколы L2TP и PPTP отличаются от протоколов туннелирования третьего уровня рядом особенностей:
1. Предоставление корпорациям возможности самостоятельно выбирать способ аутентификации пользователей и проверки их полномочий – на собственной «территории» или у провайдера Интернет-услуг. Обрабатывая туннелированные пакеты PPP, серверы корпоративной сети получают всю информацию, необходимую для идентификации пользователей.
2. Поддержка коммутации туннелей – завершения одного туннеля и инициирования другого к одному из множества потенциальных терминаторов. Коммутация туннелей позволяет, как бы продлить PPP соединение до необходимой конечной точки.
3. Предоставление системным администраторам корпоративной сети возможности реализации стратегий назначения пользователям прав доступа непосредственно на брандмауэре и внутренних серверах. Поскольку терминаторы туннеля получают пакеты PPP со сведениями о пользователях, они в состоянии применять сформулированные администраторами стратегии безопасности к трафику отдельных пользователей. (Туннелирование третьего уровня не позволяет различать поступающие от провайдера пакеты, поэтому фильтры стратегии безопасности приходится применять на конечных рабочих станциях и сетевых устройствах.) Кроме того, в случае использования туннельного коммутатора появляется возможность организовать «продолжение» туннеля
второго уровня для непосредственной трансляции трафика отдельных
пользователей к соответствующим внутренним серверам. На такие серверы может быть возложена задача дополнительной фильтрации пакетов.
Также на канальном уровне для организации туннелей может использоваться технология MPLS.
· MPLS
От английского Multiprotocol Label Switching – мультипротокольная коммутация по меткам – механизм передачи данных, который эмулирует различные свойства сетей с коммутацией каналов поверх сетей с коммутацией пакетов. MPLS работает на уровне, который можно было бы расположить между канальным и третьим сетевым уровнями модели OSI, и поэтому его обычно называют протоколом канально-сетевого уровня. Он был разработан с целью обеспечения универсальной службы передачи данных как для клиентов сетей с коммутацией каналов, так и сетей с коммутацией пакетов. С помощью MPLS можно передавать трафик самой разной природы, такой как IP-пакеты, ATM, SONET и кадры Ethernet.
Решения по организации VPN на канальном уровне имеют достаточно ограниченную область действия, как правило, в рамках домена провайдера.
2.2 Сетевой уровень
Сетевой уровень (уровень IP). Используется протокол IPSec реализующий шифрование и конфедициальность данных, а также аутентификацию абонентов. Применение протокола IPSec позволяет реализовать полнофункциональный доступ эквивалентный физическому подключению к корпоративной сети. Для установления VPN каждый из участников должен сконфигурировать определенные параметры IPSec, т.е. каждый клиент должен иметь программное обеспечение реализующее IPSec.
· IPSec
Естественно, никакая компания не хотела бы открыто передавать в
Интернет финансовую или другую конфиденциальную информацию. Каналы VPN защищены мощными алгоритмами шифрования, заложенными в стандарты протокола безопасности IРsec. IPSec или Internet Protocol Security – стандарт, выбранный международным сообществом, группой IETF – Internet Engineering Task Force, создает основы безопасности для Интернет-протокола (IP/ Протокол IPSec обеспечивает защиту на сетевом уровне и требует поддержки стандарта IPSec только от общающихся между собой устройств по обе стороны соединения. Все остальные устройства, расположенные между ними, просто обеспечивают трафик IP-пакетов.
Способ взаимодействия лиц, использующих технологию IPSec, принято определять термином «защищенная ассоциация» – Security Association (SA). Защищенная ассоциация функционирует на основе соглашения, заключенного сторонами, которые пользуются средствами IPSec для защиты передаваемой друг другу информации. Это соглашение регулирует несколько параметров: IP-адреса отправителя и получателя, криптографический алгоритм, порядок обмена ключами, размеры ключей, срок службы ключей, алгоритм аутентификации.
IPSec – это согласованный набор открытых стандартов, имеющий ядро, которое может быть достаточно просто дополнено новыми функциями и протоколами. Ядро IPSec составляют три протокола:
· АН или Authentication Header – заголовок аутентификации – гарантирует целостность и аутентичность данных. Основное назначение протокола АН – он позволяет приемной стороне убедиться, что:
1. пакет был отправлен стороной, с которой установлена безопасная ассоциация;
2. содержимое пакета не было искажено в процессе его передачи по сети;
пакет не является дубликатом уже полученного пакета.
Две первые функции обязательны для протокола АН, а последняя выбирается при установлении ассоциации по желанию. Для выполнения этих функций протокол АН использует специальный заголовок. Его структура рассматривается по следующей схеме:
1. В поле следующего заголовка (next header) указывается код протокола более высокого уровня, то есть протокола, сообщение которого размещено в поле данных IP-пакета.
2. В поле длины полезной нагрузки (payload length) содержится длина заголовка АН.
3. Индекс параметров безопасности (Security Parameters Index, SPI) используется для связи пакета с предусмотренной для него безопасной ассоциацией.
4. Поле порядкового номера (Sequence Number, SN) указывает на порядковый номер пакета и применяется для защиты от его ложного воспроизведения (когда третья сторона пытается повторно использовать перехваченные защищенные пакеты, отправленные реально аутентифицированным отправителем).
5. Поле данных аутентификации (authentication data), которое содержит так называемое значение проверки целостности (Integrity Check Value, ICV), используется для аутентификации и проверки целостности пакета. Это значение, называемое также дайджестом, вычисляется с помощью одной из двух обязательно поддерживаемых протоколом АН вычислительно необратимых функций MD5 или SAH-1, но может использоваться и любая другая функция.
· ESP или Encapsulating Security Payload – инкапсуляция зашифрованных данных – шифрует передаваемые данные, обеспечивая конфиденциальность, может также поддерживать аутентификацию и целостность данных;
Протокол ESP решает две группы задач.
1. К первой относятся задачи, аналогичные задачам протокола АН, – это обеспечение аутентификации и целостности данных на основе дайджеста,
2. Ко второй – защита передаваемых данных путем их шифрования от несанкционированного просмотра.
Заголовок делится на две части, разделяемые полем данных.
1. Первая часть, называемая собственно заголовком ESP, образуется двумя полями (SPI и SN), назначение которых аналогично одноименным полям протокола АН, и размещается перед полем данных.
2. Остальные служебные поля протокола ESP, называемые концевиком ESP, расположены в конце пакета.
Два поля концевика – следующего заголовка и данных аутентификации – аналогичны полям заголовка АН. Поле данных аутентификации отсутствует, если при установлении безопасной ассоциации принято решение не использовать возможностей протокола ESP по обеспечению целостности. Помимо этих полей концевик содержит два дополнительных поля – заполнителя и длины заполнителя.
Протоколы AH и ESP могут защищать данные в двух режимах:
1. в транспортном передача ведется с оригинальными IP-заголовками;
2. в туннельном исходный пакет помещается в новый IP-пакет и передача ведется с новыми заголовками.
Применение того или иного режима зависит от требований, предъявляемых к защите данных, а также от роли, которую играет в сети узел, завершающий защищенный канал. Так, узел может быть хостом (конечным узлом) или шлюзом (промежуточным узлом). Соответственно, имеются три схемы применения протокола IPSec:
1. хост–хост;
2. шлюз–шлюз;
3. хост–шлюз.
Возможности протоколов АН и ESP частично перекрываются: протокол АН отвечает только за обеспечение целостности и аутентификации данных, протокол ESP может шифровать данные и, кроме того, выполнять функции протокола АН (в урезанном виде). ESP может поддерживать функции шифрования и аутентификации / целостности в любых комбинациях, то есть либо всю группу функций, либо только аутентификацию / целостность, либо только шифрование.
· IKE или Internet Key Exchange – обмен ключами Интернета – решает вспомогательную задачу автоматического предоставления конечным точкам защищенного канала секретных ключей, необходимых для работы протоколов аутентификации и шифрования данных.
2.3 Транспортный уровень
На транспортном уровне используется протокол SSL/TLS или Secure Socket Layer/Transport Layer Security, реализующий шифрование и аутентификацию между транспортными уровнями приемника и передатчика. SSL/TLS может применяться для защиты трафика TCP, не может применяться для защиты трафика UDP. Для функционирования VPN на основе SSL/TLS нет необходимости в реализации специального программного обеспечения так как каждый браузер и почтовый клиент оснащены этими протоколами. В силу того, что SSL/TLS реализуется на транспортном уровне, защищенное соединение устанавливается «из-конца-в-конец».
TLS-протокол основан на Netscape SSL-протоколе версии 3.0 и состоит из двух частей – TLS Record Protocol и TLS Handshake Protocol. Различие между SSL 3.0 и TLS 1.0 незначительные.
SSL/TLS включает в себя три основных фазы: 1) Диалог между сторонами, целью которого является выбор алгоритма шифрования; 2) Обмен ключами на основе криптосистем с открытым ключом или аутентификация на основе сертификатов; 3) Передача данных, шифруемых при помощи симметричных алгоритмов шифрования.
2.4 Реализация VPN: IPSec или SSL/TLS?
Зачастую перед руководителями IT подразделений стоит вопрос: какой из протоколов выбрать для построения корпоративной сети VPN? Ответ не очевиден так как каждый из подходов имеет как плюсы, так и минусы. Постараемся провести анализ и выявить когда необходимо применять IPSec, а когда SSL/TLS. Как видно из анализа характеристик этих протоколов они не являются взаимозаменяемыми и могут функционировать как отдельно, так и параллельно, определяя функциональные особенности каждой из реализованных VPN.
Выбор протокола для построения корпоративной сети VPN можно осуществлять по следующим критериям:
· Тип доступа необходимый для пользователей сети VPN.
1. Полнофункциональное постоянное подключение к корпоративной сети. Рекомендуемый выбор – протокол IPSec.
