Основы построения VPN

Виртуальные частные сети - VPN VPN – Virtual Private Network – имитируют возможности частной сети в рамках общедоступной, используя существующую инфраструктуру. Особенность VPN – формирование логических связей не зависимо от типа физической среды. Позволяют обойтись без использования выделенных каналов. Задача: обеспечение в общедоступной сети гарантированного качества обслуживания, а также их защита от возможного несанкционированного доступа или повреждения.

1998 год – разработка приложений VPN, позволяющих осуществлять централизованный контроль со стороны пользователей год – модель аутентификации, дополнительные средства для конфигурирования клиентов 2000 год – включение средств VPN в Windows2000 В настоящее время технология вошла в фазу расцвета. Используются различные технологии и архитектуры с учетом потребностей конкретной сети. Использование сети Интернет для предоставления удаленного доступа к информации может являться безопасным.

Классификация VPN По уровню модели OSI По архитектуре технического решения По способу технической реализации VPN канального уровня: PPTP, L2TP VPN сетевого уровня: IPSec, MPLS VPN транспортного уровня: SSL/TLC Межкорпоративные VPN Внутрикорпоративные VPN На основе удаленного доступа На основе сетевой операционной системы На основе межсетевого экрана На основе маршрутизаторов На основе программных решений На основе аппаратных решений

Базовые архитектуры VPN Шлюз-шлюз Шлюз-хост Хост-хост Комбинированная – через промежуточный шлюз (IPSG) IPSG VPN-шлюз LAN IP-сеть

VPN-шлюз – сетевое устройство, подключенное к нескольким сетям, выполняет функции шифрования, идентификации, аутентификации, авторизации и туннелирования. Может быть решен как программно, так и аппаратно. VPN-клиент (хост) решается программно. Выполняет функции шифрования и аутентификации. Сеть может быть построена без использования VPN-клиентов. Основные компоненты VPN

Туннель – логическая связь между клиентом и сервером. В процессе реализации туннеля используются методы защиты информации. Граничный сервер – это сервер, являющийся внешним для корпоративной сети. В качестве такого сервера может выступать, например, брендмауэр или система NAT. Обеспечение безопасности информации VPN – ряд мероприятий по защите трафика корпоративной сети при прохождении по туннелю от внешних и внутренних угроз.

Схемы взаимодействия провайдера и клиента Пользовательская схема – оборудование размещается на территории клиента, методы защиты информации и обеспечения QoS организуются самостоятельно. Провайдерская схема – средства VPN размещаются в сети провайдера, методы защиты информации и обеспечения QoS организуются провайдером. Смешанная схема – используется при взаимодействии клиента с несколькими провайдерами.

Схема соединения филиалов с центральным офисом

Связь удаленного пользователя с корпоративной сетью

Организация туннеля через провайдера Internet, поддерживающего службу VPN

VPN-соединение защищенных сетей внутри корпоративной сети

VPN-соединение корпоративного клиента с защищенной сетью внутри корпоративной сети

Защита данных в VPN Требования к защищенному каналу: Конфиденциальность Целостность Доступность легальным пользователям (аутентификация) Методы организации защищенного канала: Шифрование. Аутентификация – позволяет организовать доступ к сети только легальных пользователей. Авторизация – контролирует доступ легальных пользователей к ресурсам в объемах, соответствующих предоставленными им правами. Туннелирование – позволяет зашифровать пакет вместе со служебной информацией.

Поддержка VPN на различных уровнях модели OSI Канальный уровень: –L2TP, PPTP и др. (авторизация и аутентификация) –Технология MPLS (установление туннеля) Сетевой уровень: –IPSec (архитектура «хост-шлюз» и «шлюз-шлюз», поддержка шифрования, авторизации и аутентификации, проблемы с реализацией NAT) Транспортный уровень: –SSL/TLS (архитектура «хост-хост» соединение из конца в конец, поддержка шифрования и аутентификации, реализован только для поддержки TCP-трафика)

Протоколы канального уровня: PPTP (Point-to-Point-Tunneling Protocol). Шифрует кадры РРР и инкапсулирует их в IP пакеты (1996 год, разработка Microsoft, Ascend, 3Con и US Robotics) L2F (Layer to Forwarding). Прототип L2TP (1996 год, разработка Cisco) L2TP (Layer to Tunneling Protocol). Инкапсулирует кадры РРР в протокол сетевого уровня, предварительно проведя аутентификацию пользователя (1997 год, разработка Cisco и IETF)

Инкапсуляция кадров РРР в IP ДанныеЗаголовок IPPPP ДанныеЗаголовок IPPPP Новый заголовок IP ДанныеЗаголовок IPPPP Новый заголовок IP PPP Уровень 2 Уровень 3 Уровень 2

IPSec (IP Security) – набор протоколов. Организует аутентификацию, шифрование и автоматическое снабжение конечных точек канала секретными ключами (1997 год, разработка IETF). Определен для IPv4 и IPv6. Поддерживает два режима: –Транспортный (защита данных в пакете) –Туннельный (защита всего пакета, включая заголовок) Каждый из участников соединения должен иметь соответствующее программное обеспечение и сконфигурировать параметры туннеля. Протоколы сетевого уровня

Стек протоколов IPSec Прикладной Сетевой (IP) Канальный Физический Транспортный IPSec IKE Internet Key Management - Управление ключами пользователя на прикладном уровне Два протокола: АН: аутентификация, гарантия целостности данных ESP: аутентификация и шифрование В случае использования IPSec в заголовке IP в поле «протокол верхнего уровня» (IPv4) или «следующий заголовок» (IPv6) помечается «IPSec»

Архитектура IPSec IPSec ESP AH Алгоритмы аутентификации Алгоритмы шифрования IKE DOI Единый объект

Ассоциация IPSec – SA (Security Association) Параметры SA: –Индекс параметра безопасности SPI –Адрес приемника –Идентификатор протокола безопасности (АН или ESP) –Используемый алгоритм обеспечения безопасности –Метод обмена ключами –Метод аутентификации –Метод шифрования –Время активности SA –Режим протокола (транспортный или туннельный) –Время жизни туннеля –И.т.п.

Определение SA Internet шлюз SA1 SA2 От станции к файерволлу Из конца в конец

Режимы IPSec Туннельный режим: –Добавляется новый IP-заголовок –Исходный IP-заголовок инкапсулируется (предварительно шифруется). –Адрес приемника и передатчика может изменяться на адрес граничного шлюза –Инкапсуляция может производиться оконечной станцией или шлюзом VPN Транспортный режим: – Использует исходный IP-заголовок –Адреса оконечных устройств остаются без изменения –Инкапсуляция производится оконечными устройствами

Инкапсуляция IPSec для туннельного режима ДанныеТСРIP ДанныеТСРIPIPSec Зашифровано ДанныеТСРIPIPSec Зашифровано Новый IP ДанныеТСРIPIPSec Зашифровано Новый IP PPP Сетевой уровень Уровень IPSec Сетевой уровень Канальный уровень

Инкапсуляция IPSec для транспортного режима ДанныеТСР ДанныеТСРIPSec Зашифровано IP ДанныеТСРIP Зашифровано PPP ДанныеТСРIPSec Зашифровано IPSec Транспортный уровень Уровень IPSec Сетевой уровень Канальный уровень

Инкапсуляция с аутентификацией (ESP) ДанныеТСРIP ДанныеТСРIPESP Трейлер ESP Аутентиф. ESP Транспортный режим (АН аутентификация): Туннельный режим (АН аутентификация): Зашифровано Аутентифицировано ДанныеТСРIPESP Трейлер ESP Аутентиф. ESP Зашифровано Аутентифицировано Новый заг. IP

Управление ключом IKE Функции IKE: –Установление SA (Security Association) –Определение параметров безопасности –Обмен ключами (UDP, порт 500) Фазы работы IKE: –Фаза I: Аутентификация (из конца в конец, из конца к файерволлу) Определение параметров безопасности для Фазы II –Фаза II: Установление параметров безопасности для соединения Выбор аутентификации (HMAC-MD5, HMAC-SHA) Выбор алгоритма шифрования (DES, RC5, IDEA, Blowfish, CAST-128)

Общая процедура IPSec Фаза I для узла А, аутентификация Фаза II для узлов A и В, обмен ключами Установление туннеля Контроль состояния туннеля минимум каждые 10 с. Интернет туннель А В

Правила безопасности Правила безопасности определяют способы защиты, пропуска и сброса трафика. Основным условием работы правил безопасности является зеркальность трафика в соединении В случае ошибочного прописывания правил безопасности могут возникать конфликты, приводящие к потере трафика: –Скрывание –Конфликт в типе туннелей –Зацикливание –Асимметрия

Пример реализации правил безопасности ТСР 1.1.*.*: any 2.2.*.*: any protect ТСР : any : any AH transport ТСР 1.1.*.*: any 2.2.*.*: any protect ТСР *: any *: any ESP tunnel ТСР 2.2.*.*: any 1.1.*.*: any protect ТСР *: any *: any ESP tunnel ТСР 2.2.*.*: any 1.1.*.*: any protect ТСР : any : any AH transport

Протоколы транспортного уровня SSL – Secure Sockets Layer. SSLv3, 1996 год. TLS – Transport Layer Security. Стандарт IETF, RFC В настоящее время объединены в общий стек протоколов SSL/TLS Стек протоколов SSL/TLS IP TCP SSL Record Protocol SSL Handshake Protocol SSL Change Cipher Protocol SSL Alert Protocol HTTPFTP И др. протоколы прикладного уровня

Все браузеры поддерживают SSL/TLS. SSL/TLS реализован поверх TCP (надежность доставки, квитирование), между транспортным и прикладным уровнем. Не поддерживает приложения UDP (отсутствует квитирование) Стек протоколов SSL/TLS: –SSL Record Protocol: защита передаваемых данных –SSL Handshake Protocol: установление сессии (соглашение о используемых алгоритмах, параметры безопасности) –SSL Change Cipher Protocol (смена шифра) –SSL Alert Protocol (сообщения об ошибках)

Критерии выбора протокола VPN Тип подключения: –Постоянное: IPSec –Временное: SSL/TLS Тип доступа: –Пользователь (сотрудник компании): IPSec –Гость: SSL/TLS Уровень безопасности корпоративной сети: –Высокий: IPSec –Средний: SSL/TLS –В зависимости от предоставляемой услуги: IPSec +SSL/TLS Уровень безопасности данных: –Высокий: IPSec –Средний: SSL/TLS –В зависимости от предоставляемой услуги: IPSec +SSL/TLS Масштабируемость решения: –Масштабируемость: IPSec –Быстрое развертывание: SSL/TLS

Сравнительные характеристики протоколов VPN Критерии Протоколы L2FL2TPIPSecSSL/TLS Многопрото- кольное тунне- лирование Да Нет Поддержка аутентификации и шифрования НетСлабаяДаОчень надежная Управление потоком данных в туннеле Нет Да Управление правами пользователей Нет Да Сфера применения Удаленный доступ через провайдера Для реализации собственного решения Перспективы развития Слабые Существуют Радужные