Đề tài Nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC GIAO THOÂNG VAÄN TAÛI - CÔ SÔÛ II KHOA ÑIEÄN- ÑIEÄN TÖÛ a ³³³ b ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC SINH VIEÂN “Nghieân cöùu ñaùnh giaù hieäu quaû söû duïng cuûa caùc loaïi maïng rieâng aûo” Giaùo vieân höôùng daãn : Th.s Voõ Tröôøng Sôn Nhoùm sinh vieân thöïc hieän : Nguyeãn Hoaøng Minh Thaéng Voõ Ngoïc Haân Vuõ Vaên Tröïc Buøi Thoï Tröôøng Lôùp : Kyõ Thuaät Vieãn thoâng-khoùa 44 DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang ii Thaønh phoá Hoà Chí Minh Thaùng 5/2008 DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang i MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................. i LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1 Khái quát về VPN .................................................................................... 2 1.1 Sự phát triển của các loại VPN ...........................................................................2 1.2 Khái niệm mạng riêng ảo. ...................................................................................3 1.3 Các thành phần cơ bản của VPN .........................................................................4 1.3.1 Máy chủ VPN. .............................................................................................4 1.3.2 Máy khách VPN. ..........................................................................................5 1.3.3 Bộ định tuyến VPN. .....................................................................................5 1.3.4 Bộ tập trung VPN. ........................................................................................7 1.3.5 Cổng nối VPN. .............................................................................................7 1.3.6 Tường lửa ....................................................................................................7 1.4 Các giao thức xây dựng IP-VPN ....................................................................... 10 1.4.1 IP Security ................................................................................................. 10 1.4.2 Giao thức đường hầm điểm-điểm PPTP ..................................................... 13 1.4.3 Giao thức đường hầm lớp 2 L2TP .............................................................. 16 Chương 2 .Đánh giá chung về hiệu quả sử dụng của mạng riêng ảo .................... 23 2.1 Các tiêu chí để đánh giá hiệu quả mạng sử dụng giải pháp VPN ........................... 23 2.2 Ưu điểm và khuyết điểm của VPN .................................................................... 24 2.2.1 Ưu điểm: .................................................................................................... 24 2.2.2 Khuyết điểm: ............................................................................................. 25 Chương 3 . Đánh giá hiệu quả sử dụng các loại VPN ............................................ 26 3.1 Đánh giá các loại VPN phân theo chức năng kết nối ......................................... 26 3.1.1 VPN truy cập từ xa:.................................................................................... 26 3.1.2 Intranet VPN: ............................................................................................. 28 3.1.3 Extraner VPN:............................................................................................ 30 3.2 Đánh giá các loại VPN phụ thuộc vào sự thực thi ............................................. 32 3.2.1 VPN phụ thuộc........................................................................................... 32 3.2.2 VPN độc lập ............................................................................................... 33 3.2.3 VPN hỗn hợp ............................................................................................. 33 3.3 Đánh giá các loại VPN dựa trên độ an toàn ....................................................... 35 3.3.1 VPN router tới router ................................................................................. 35 3.3.2 VPN tường lửa tới tường lửa ...................................................................... 37 3.3.3 VPN được khởi tạo bởi khách hàng : .......................................................... 39 3.3.4 VPN trực tiếp ............................................................................................. 40 3.4 Đánh giá VPN dựa theo lớp .............................................................................. 41 3.4.1 VPN lớp liên kết ........................................................................................ 41 3.4.2 VPN lớp mạng ........................................................................................... 43 3.5 Đánh giá các loại VPN dựa trên qui mô mạng .................................................. 44 3.5.1 VPN có quy mô nhỏ ................................................................................... 44 3.5.2 VPN có quy mô nhỏ tới trung bình ............................................................. 44 3.5.3 VPN có quy mô trung bình ......................................................................... 45 3.5.4 VPN có quy mô trung bình đến lớn. ........................................................... 46 3.5.5 VPN có quy mô rất lớn............................................................................... 46 DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang ii 3.6 Đánh giá hiệu quả của VPN - MPLS ................................................................ 47 3.6.1 Tổng quan về VPN - MPLS ...................................................................... 47 3.6.2 Nhược điểm của VPN truyền thống. ........................................................... 48 3.6.3 Ưu điểm của MPLS VPN. .......................................................................... 51 3.6.4 Đánh giá hiệu quả của VPN MPLS ............................................................ 53 3.7 Đánh giá chi phí cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu của một số nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam ...................................................................................................... 55 3.7.1 Leased lines ............................................................................................... 55 3.7.2 Frame Relay ............................................................................................... 56 3.7.3 VPN ........................................................................................................... 56 3.7.4 Dịch vụ MegaWAN ................................................................................... 58 3.7.5 Đánh giá chung .......................................................................................... 61 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 62 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT....................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 65 Mục lục hình: Hình 1-1 : Mô hình VPN ..............................................................................................3 Hình 1-2 : Các thành phần cơ bản của VPN .................................................................4 Hình 1-3: Khuôn dạng gói tin IPv4 trước và sau khi xử lý AH ................................... 11 Hình 1-4 : Khuôn dạng gói tin Ipv6 trước và sau khi xử lí AH ................................... 12 Hình 1-5: Khuôn dạng gói tin IPv4 trước và sau khi xử lý ESP .................................. 12 Hình 1-6: Khuôn dạng gói tin IPv4 trước và sau khi xử lý ESP .................................. 13 Hình 1-7 : Kiến trúc của PPTP ................................................................................... 14 Hình 1-8 : Đóng gói PPTP/GRE ................................................................................ 14 Hình 1-9 : Cấu trúc gói dữ liệu trong đường hầm PPTP. ........................................... 15 Hình 1-10 : Đường hầm L2TP ................................................................................... 17 Hình 1-11 : Quá trình tạo đường hầm L2TP ............................................................... 19 Hình 1-12 : Quá trình đóng gói dữ liệu trong đường hầm L2TP ................................. 20 Hình 1-13 : Quá trình mở gói dữ liệu trong đường hầm L2TP .................................... 21 Hình 3-1: Phương thức truy cập từ xa truyền thống .................................................... 26 Hình 3-2: VPN truy nhập từ xa .................................................................................. 27 Hình 3-3 : Mô hình Intranet sử dụng mạng trục WAN ............................................... 28 Hình 3-4 : Mô hình Intranet xây dựng dựa trên VPN.................................................. 29 Hình 3-5 : Mô hình mạng Extranet truyền thống ........................................................ 30 Hình 3-6 : Mô hình Extranet xây dựng dựa trên VPN ................................................ 31 Hình 3-7 : Cấu trúc VPN phụ thuộc ........................................................................... 32 Hình 3-8 : Cấu trúc VPN độc lập ............................................................................... 33 Hình 3-9 : VPN hỗn hợp, có sự tham gia điều khiển của người dùng và nhà cung cấp dịch vụ ................................................................................................................ 34 Hình 3-10 : Cấu trúc VPN hỗn hợp nhưng có sự điều khiển của nhiều nhà cung cấp .. 34 Hình 3-11 : Đường hầm đơn giao thức theo yêu cầu router tới router ......................... 35 Hình 3-12 : Đường hầm đa giao thức theo yêu cầu router tới router ........................... 36 Hình 3-13 : Các phiên VPN mã hóa theo yêu cầu ...................................................... 37 Hình 3-14 : Đường hầm đơn giao thức theo yêu cầu tường lửa tới tường lửa ............. 38 DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang iii Hình 3-15 : Đường hầm đa giao thức theo yêu cầu tường lửa tới tường lửa ................ 38 Hình 3-16 : Kiến trúc VPN khởi tạo từ khách hàng tới tường lửa hoặc router ............ 39 Hình 3-17 : Kiến trúc VPN khởi tạo từ khách hàng tới máy chủ ................................. 40 Hình 3-18 : Kiến trúc VPN trực tiếp........................................................................... 40 Hình 3-19: Kiến trúc MPLS VPN lớp liên kết ............................................................ 43 Hình 3-20 : Kiến trúc VPN ngang hàng...................................................................... 43 Hình 3-21 : Mô hình mạng MPLS VPN đơn giản ....................................................... 48 Hình 3-22 : Kết nối giữa máy tính A và máy tính B trong mạng VPN ........................ 49 Hình 3-23 : Mạng hình sao ......................................................................................... 50 Hình 3-24 : mạng mắt lưới ......................................................................................... 50 Hình 3-25 : Mô hình mạng MPLS .............................................................................. 52 DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang 1 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với xu thế toàn cầu hóa, sự mở rộng giao lưu hợp tác quốc tế ngày càng tăng, quan hệ hợp tác kinh doanh không chỉ dừng lại trong phạm vi một huyện, một tỉnh, một nước mà còn mở rộng ra toàn thế giới. Một công ty có thể có chi nhánh, có các đối tác kinh doanh ở nhiều quốc gia và giữa họ luôn có nhu cầu trao đổi thông tin với nhau. Để bảo đảm bí mật các thông tin được trao đổi thì theo cách truyền thống người ta dùng các kênh thuê riêng, nhưng nhược điểm là nó đắt tiền, gây lãng phí tài nguyên khi dữ liêu trao đổi không nhiều và không thường xuyên. Vì thế người ta đã nghiên cứu ra những công nghệ khác vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin như thế nhưng đỡ tốn kém và thuận tiện hơn, đó là giải pháp mạng riêng ảo. Ngày nay, giải pháp mạng riêng ảo được ứng dụng ngày càng nhiều với công nghệ luôn được cải tiến để an toàn hơn. Vì thế, chúng em đã chọn đề tài “nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo”. Nội dung đề tài gồm hai phần chính là nghiên cứu khái quát về mạng riêng ảo và hiệu quả ứng dụng của nó. Với khả năng và kiến thức còn hạn chế, đề tài không tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận được sự góp ý sửa chữa của thầy cô và các bạn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Trường Sơn cùng các thầy bộ môn Điện tử - Viễn Thông đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài. DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang 2 Chương 1 Khái quát về VPN Trong thập kỷ qua, Internet đã phát triển bùng nổ với tốc độ chóng mặt trên toàn thế giới cả về số lượng và về kĩ thuật. Và sự phát triển đó không có dấu hiệu sẽ dừng lại. Sự phát triển không chỉ đơn giản là số lượng lớn thành viên mới kết nối vào hệ thống Internet mỗi giờ mà còn là sự xâm nhập của nó vào các khía cạnh cuộc sống hiện đại, vào các hoạt động thương mại với quy mô lớn nhỏ khác nhau. Ban đầu, các tổ chức cơ quan sử dụng Internet để giới thiệu các sản phẩm và dịch vụ bằng các website của mình. Cùng với thời gian, nó sẽ phát triển thành thương mại điện tử, mọi hoạt động kinh doanh, các giao dịch được thực hiện qua mạng internet. Cùng với sự phát triển đó thì các vấn đề về bảo mật, bảo vệ các nguồn thông tin quan trọng được lưu trên hệ thống được coi trọng hơn. Hơn nữa, cùng với sự phát triển toàn cầu hóa, chi phí bổ sung cho thông tin liên lạc, truyền tải dữ liệu giữa các chi nhánh trên khắp nơi tăng cao. Người ta thấy rằng có thể giảm chi phí này bằng cách sử dụng mạng internet, từ đó có thể tăng lợi nhuận của tổ chức. Vấn đề phát sinh là tính bảo mật và hiệu quả kinh thế của việc truyền tải dữ liệu quan mạng trung gian công công không an toàn như Internet. Để giải quyết vấn đề này, một giải pháp đưa ra là mạng riêng ảo - VPN. Chính điều này là động lực cho sự phát triển mạnh mẽ của VPN như ngày nay. 1.1 Sự phát triển của các loại VPN VPN không phải là kĩ thuật mới. Mô hình VPNs đã phát triển được khoảng trên 20 năm và trải qua một số thế hệ để trở thành như hiện nay. Mô hình VPN đầu tiên được đề xuất bởi AT&T cuối những năm 80 và được biết đến với tên Software Defined Networks (SDNs). SDNs là mạng WANs, các kết nối dựa trên cơ sở dữ liệu mà được phân loại mỗi khi có kết nối cục bộ hay bên ngoài. Dựa trên thông tin này, gói dữ liệu được định tuyến đường đi đến đích thông qua hệ thống chuyển mạch chia sẻ công cộng. Thế hệ thứ hai của VPN đến từ sự xuất hiện của X.25 và kĩ thuật Integrated Services Digital Network (ISDN) trong đầu những năm 90. Hai kĩ thuật này cho phép truyền dữ liệu gói qua mạng công cộng phổ biến với tốc độ nhanh. Và giao thức X.25 và ISDN được xem là nguồn gốc của giao thức VPN. Tuy nhiên do hạn chế về tốc độ truyền tải thông tin để đáp ứng các nhu cầu càng tăng của con người nên thời gian tồn tại của nó khá ngắn. Sau thế hệ thứ 2, VPN phát triển chậm cho đến khi sự xuất hiện của cell-based Frame Relay (FR) và kĩ thuật Asynchronous Transfer Mode (ATM). Thế hệ thứ 3 của DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang 3 VPN dựa trên cơ sở kĩ thuật ATM và FR. Hai kĩ thuật này dựa trên mô hình chuyển mạch ảo (virtual circuit switching). Trong đó các gói tin không chứa dữ liệu nguồn hay địa chỉ gửi đến mà thay vào đó là chúng mang các con trỏ đến mạch ảo nơi mà nguồn và điểm đến được xác định. Với kĩ thuật này thì tốc độ truyền dữ liệu được cải thiện (160 Mbps hoặc hơn) so với trước đó là SDN, X.25 hay ISDN. Với sự phát triển của thương mại điện tử (e-commerce) giữa thập niên 90, người sử dụng và các tổ chức muốn một giải pháp có cấu hình dễ dàng, có khả năng quản lý, truy cập toàn cầu và có tính bảo mật cao hơn. Thế hệ VPN hiện tại đã đáp ứng được các yêu cầu đề ra, bằng cách sử dụng kỹ thuật “đường hầm” (tunneling technology). Kĩ thuật này dựa trên giao thức gói dữ liệu truyền trên một tuyến xác định gọi là tunneling, như IP Security (IPSec), Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP), hay Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP). Tuyến đường đi xác định bởi thông tin IP. Vì dữ liệu được tạo bởi nhiều dạng khác nhau nên “đường hầm” phải có thể hỗ trợ nhiều giao thức truyền tải khác nhau bao gồm IP, ISDN, FR, và ATM 1.2 Khái niệm mạng riêng ảo. Mạng riêng ảo (VPN- Virtual Private Network) là mạng kết nối hai hay nhiều mạng riêng thông qua mạng công cộng (Internet) bằng cách sử dụng các đường hầm (tunneling) để đảm bảo sự riêng tư và toàn vẹn dữ liệu. Thay vì dùng kết nối thực phức tạp, đắt tiền như các kênh thuê riêng (leased line), VPN tạo ra các liên kết ảo thông qua mạng công cộng để kết nối các mạng riêng với nhau mà vẫn đảm bảo các yêu cầu bảo mật, khả năng truyền tải thông tin và độ tin cậy của mạng với chi phí thấp. Hình 1-1 : Mô hình VPN DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang 4 1.3 Các thành phần cơ bản của VPN User CSU/DSU Bộ định tuyến Tường lửa Máy chủ VPN Máy chủ điều khiển truy nhập và chứng thực User CSU/DSU Bộ định tuyến Tường lửa Máy chủ VPN Máy chủ điều khiển truy nhập và chứng thực Mạng Internet Người dùng truy cập từ xa Văn phòng từ xa Văn phòng trung tâm Hình 1-2 : Các thành phần cơ bản của VPN 1.3.1 Máy chủ VPN. Máy chủ VPN (VPN server) là thiết bị mạng dùng để chạy phần mềm máy chủ, máy chủ có thể là máy tính tốc độ xử lý cao, dung lượng lớn và được cài đặt phần mềm máy chủ. Nhiệm vụ của máy chủ là cung cấp dịch vụ cho máy khách và thực hiện quá trình bảo mật cho mạng, máy chủ phải có tính sẵn sàng và độ tin cậy cao, có khả năng phục vụ các yêu cầu kết nối tại mọi thời điểm. Ø Chức năng của máy chủ: - Phát hiện các yêu cầu kết nối vào mạng, thực hiện dàn xếp thứ tự kết nối khi có nhiều yêu cầu kết nối đồng thời từ các máy khách. - Thực hiện quá trình điều khiển truy nhập và chứng thực người dùng để cho phép người dùng hợp pháp truy cập vào mạng và cấm truy cập đối với người dùng bất hợp pháp. DH Giao Thong Van Tai - 450 Le Van Viet - Quan 9 - tp.HCM Đề tài nckh sinh viên Đánh giá hiệu quả sử dụng của các loại mạng riêng ảo GVHD: Th.s Võ Trường Sơn Trang 5 - Máy chủ hoạt động như là một điểm cuối của đường hầm VPN, đầu kia của đường hầm là máy khách, máy chủ có thể thực hiện việc khởi tạo đường hầm nếu sử dụng đường hầm bắt buộc. - Mật mã hoá dữ liệu truyền đi nhằm bảo mật thông tin khi truyền trên mạng công cộng. - Lựa chọn các thông số kết nối như: kỹ thuật mật mã, kỹ thuật xác nhận người dùng... - Chấp nhận dữ liệu từ máy khách và chuyển tiếp dữ liệu