Khóa luận Nghiên cứu mạng riêng ảo VPN

Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công nghệ Lê Anh Hưng K49DB 1 Mục lục Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan về VPN 1. Tổng Quan ...................................................................................................... 5 1.1 Định nghĩa VPN ................................................................................... 5 1.2 Lợi ích của VPN .................................................................................. 6 1.3 Chức năng của VPN ............................................................................. 7 2 Định nghĩa “đường hầm” và “mã hoá” ......................................................... 7 2.1 Định nghĩa đường hầm: ........................................................................ 7 2.2 Cấu trúc một gói tin IP trong đường hầm: ............................................ 8 2.3 Mã hoá và giải mã (Encryption/Deccryption): ...................................... 8 2.4 Một số thuật ngữ sử dụng trong VPN: .................................................. 8 2.5 Các thuật toán được sử dụng trong mã hoá thông tin ............................ 9 3 Các dạng kêt nối mạng riêng ảo VPN ......................................................... 10 3.1 Truy cập VPN (Remote Access VPNs) .............................................. 10 3.1.1 Một số thành phần chính ............................................................. 11 3.1.2 Thuận lợi chính của Remote Access VPNs: ................................ 12 3.1.3 Ngoài những thuận lợi trên, VPNs cũng tồn tại một số bất lợi khác như: .................................................................................................... 12 3.2 Site – To – Site VPN ......................................................................... 13 3.2.1 Intranet........................................................................................ 14 3.2.2 Extranet VPNs (VPN mở rộng) ................................................... 16 4. VPN và các vấn đề an toàn bảo mật trên Internet. ..................................... 18 4.1 An toàn và tin cậy. ............................................................................. 19 4.2 Hình thức an toàn ............................................................................... 20 Chương 2: Giao thức trong VPN 1 Bộ giao thức IPSec (IP Security Protocol): ................................................ 22 1.1 Cấu trúc bảo mật ..................................................................................... 22 1.1.1 Hiện trạng ......................................................................................... 23 2 Chế độ làm việc của IPSec .......................................................................... 23 2.1 Chế độ chuyển vận (Transport mode) ................................................. 23 2.2 Chế độ đường hầm ( Tunnel Mode ):.................................................. 24 3 Giao thức PPTP và L2TP ............................................................................. 31 3.1 Giao thức định đường hầm điểm tới điểm (Point-to-Point Tunneling Protocol) ....................................................................................................... 31 3.1.1 Quan hệ giữa PPTP và PPP ......................................................... 32 3.2 Giao thức chuyển tiếp lớp 2 (Layer 2 Forwarding Protocol) .................... 34 3.3 Giao thức định đường hầm lớp 2 (Layer 2 Tunneling Protocol)............... 35 3.3.1 Quan hệ giữa L2TP với PPP ............................................................ 36 3.4 Tổng quan giao thức đinh đường hầm lớp 2 ( L2TP Overview). .......... 38 3.5 Ứng dụng L2TP trong VPN................................................................. 42 3.6 So sánh giữa PPTP và L2TP ............................................................... 42 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công nghệ Lê Anh Hưng K49DB 2 3.6.1 Ưu điểm của L2TP. ........................................................................ 43 3.6.2 Ưu điểm của PPTP ...................................................................... 43 Chương 3: Mã hoá và chứng thực trong VPN 1. Mã hoá trong VPN. ...................................................................................... 45 1.1 Thuật toán mã hoá DES...................................................................... 45 1.1.1 Mô tả DES .................................................................................. 46 1.1.2 Ưu và nhược điểm của DES ....................................................... 47 1.1.3 Ứng dụng của thuật toán DES trong thực tế. ............................... 47 1.2 Thuật toán mã hoá 3DES. ................................................................... 48 1.2.1 Mô tả 3DES. ............................................................................... 48 1.2.2 Ưu và nhược điểm của 3DES ...................................................... 49 1.3 Giải thuật hàm băm (Secure Hash Algorithm). ................................... 49 1.4 Giải thuật RSA ................................................................................... 49 2 Chứng thực trong VPN ................................................................................ 50 2.1 Password Authentication Protocol (PAP): Giao thức chứng thực bằng mật khẩu. ...................................................................................................... 51 2.2 Challenge Handshare Authentication Protocol (CHAP). ..................... 52 3 Firewall ........................................................................................................ 52 3.1 Khái niệm về Firewall. ....................................................................... 52 3.2 Các thành phần của Firewall. ............................................................. 53 3.2.1 Bộ lọc gói (Packet Filtering Router). ........................................... 53 3.2.2 Cổng ứng dụng (Application-level gateway) ............................... 55 3.2.3 Cổng vòng (Circuit-level Gateway) .................................................. 57 3.3 Những hạn chế từ Firewall ................................................................. 58 3.4 Thiết lập chính sách cho Firewall ....................................................... 58 3.5 Một số loại Firewall ........................................................................... 59 3.5.1 Screened Host Firewall. .................................................................... 60 3.5.2 Screened-Subnet Firewall ................................................................. 61 3.6 Mô hình kết hợp Firewall với VPN. ........................................................ 62 Chương 4: Cấu hình VPN trên thiết bị Cisco 1. Mô hình Site –to – Site VPN và Extranet VPN ....................................... 64 1.1 Kịch bản Site – to – site VPN ............................................................. 64 1.1.1 Phân chia các thành phần địa chỉ vật lý của mô hình site – to –site VPN .................................................................................................... 64 1.1.2 Bảng địa chỉ chi tiết cho mô hình mạng Site – to – Site VPN ............ 65 2.1 Kịch bản Extranet............................................................................... 65 2.1.1 Phân chia các thành phần địa chỉ vật lý của mô hình Extranet VPN .................................................................................................... 66 2.1.2 Bảng địa chỉ chi tiết cho mô hình mạng Extranet VPN ............... 66 2 Cấu hình đường hầm (tunnel) ...................................................................... 67 2.1 Sự định cấu hình một GRE Tunnel ..................................................... 68 2.1.1 Sự cấu hình giao diện đường hầm, Nguồn, và Đích ..................... 68 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công nghệ Lê Anh Hưng K49DB 3 2.1.2 Kiểm tra giao diện đường hầm, Nguồn, và Đích.......................... 70 2.2 Cấu hình một IPSec Tunnel: ............................................................... 70 3 Cấu hình NAT (Network Address Translation). ........................................ 71 3.1 Cấu hình Static Inside Source Address Translation............................ 73 3.2 Kiểm tra Static Inside Source Address Translation. ........................... 73 4 Cấu hình sự mã hoá và IPSec. ..................................................................... 74 4.1. Cấu hình những chính sách IKE: ........................................................ 75 4.1.1 Tạo ra những chính sách IKE. ..................................................... 76 4.1.2 Cấu hình bổ xung thêm yêu cầu cho những chính sách IKE: ....... 77 4.1.3 Cấu hình Những khoá dùng chung .............................................. 78 4.2 Cấu hình cổng vào cho sự thao tác giữa chứng chỉ số. ........................ 80 4.2.1 Kiểm tra IKE Policies ................................................................. 81 4.2.2 Cấu hình khoá dùng chung khác ................................................. 81 4.3 Cấu hình IPSec và chế độ IPSec tunnel. ............................................. 82 4.3.1 Tạo ra những danh sách truy nhập mật mã. ................................. 83 4.3.2 Kiểm tra những danh sách mật mã. ............................................. 83 4.4 Định nghĩa những tập hợp biến đổi và cấu hình chế độ IPSec tunnel .. 83 4.4.1 Kiểm tra những tập hợp biến đổi và chế độ IPSec tunnel............. 85 4.5 Cấu hình Crypto Maps. ...................................................................... 85 4.5.1 Tạo ra những mục Crypto Map. .................................................. 85 4.5.2 Kiểm tra những mục Crypto map ................................................ 88 4.5.3 Áp dụng Crypto map vào Interface.............................................. 88 4.5.4 Kiểm tra sự kết hợp Crypto Map trên interface............................ 89 5. Cấu hình những tính năng Cisco IOS Firewall .......................................... 89 5.1 Tạo ra Access list mở rộng và sử dụng số Access list ......................... 90 5.2 Kiểm tra Access list mở rộng ............................................................. 90 5.3 Áp dụng Access-list tới Interface ....................................................... 90 5.4 Kiểm tra Access-list được áp dụng chính xác ........................................ 91 Chương 5: Cấu hình VPN trên Widows Server 2003 1. Giới thiệu chung ........................................................................................... 92 2. Cài đặt VPN Server ............................................................................................. 92 3. Cấu hình VPN Server .......................................................................................... 99 3.1. Route and Remote Access Properties ..................................................... 99 3.2. Ports Properties .................................................................................... 102 3.3. Remote Access Policies ....................................................................... 103 4. Tạo User trên Windows cho phép sử dụng VPN ............................................. 104 5. VPN Client trên Windows XP .......................................................................... 106 6. Quản lý kết nối trên VPN Server............................................................... 113 Kết luận .................................................................................................................. 115 Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 116 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TĂT .............................................................................. 117 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công nghệ Lê Anh Hưng K49DB 4 Lời mở đầu Trước kia, cách truy cập thông tin từ xa trên máy tính được thực hiện là sử dụng một kết nối quay số. Các kết nối RAS dial-up làm việc trên các đường điện thoại POTS (Plain Old Telephone Service) thông thường và có tốc độ đạt vào khoảng 56kbps. Tốc độ là một vấn đề lớn đối với các kết nối dial-up RAS, tuy nhiên một vấn đề lớn hơn là chi phí cho các kết nối đối với khoảng cách dài cần có cho việc truy cập Ngày nay với sự phát triển bùng nổ, mạng Internet ngày càng được mở rộng, khó kiểm soát và kèm theo đó là sự mất an toàn trong việc trao đổi thông tin trên mạng, các thông tin dữ liệu trao đổi trên mạng có thể bị rò rỉ hoặc bị đánh cắp khiến cho các tổ chức như: Các doanh nghiệp, Ngân hàng, Công ty … và các doanh nhân lo ngại về vấn đề an toàn và bảo mật thông tin dữ liệu trong các mạng cục bộ của mình (LAN) khi trao đổi thông tin qua mạng công cộng Internet. VPN ( Virtual Private Network) là giải pháp được đưa ra để cung cấp một giải pháp an toàn cho các: Tổ chức, doanh nghiệp … và các doanh nhân trao đổi thông tin từ mạng cục bộ của mình xuyên qua mạng Internet một cách an toàn và bảo mật. Hơn thế nữa nó còn giúp cho các doanh nghiệp giảm thiểu được chi phí cho những liên kết từ xa vì địa bàn rộng (trên toàn quốc hay toàn cầu). Là một sinh viên công nghệ, phần nào em cũng hiểu được sự băn khoăn và lo lắng về sự mất an toàn bảo mật khi trao đổi thông tin của các tổ chức, cá nhân. Với sự hướng dẫn, và giúp đỡ của thầy cô và bạn bè, em chọn đề tài mạng riêng ảo (VPN) để nghiên cứu và các giải pháp công nghệ cho vấn đề xây dựng mạng riêng ảo. Nghiên cứu các mô hình truy cập, các phương pháp xác thực và ứng dụng triển khai cài đặt trên các hệ thống mạng. Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công nghệ Lê Anh Hưng K49DB 5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VPN 1. Tổng Quan Trong thời đại ngày nay. Internet đã phát triển mạnh mẽ về mặt mô hình cho nền công nghiệp, đáp ứng các nhu cầu của người sử dụng. Internet đã được thiết kế để kết nối nhiều mạng khác nhau và cho phép thông tin chuyển đến người sử dụng một cách tự do và nhanh chóng mà không xem xét đến máy và mạng mà người sử dụng đó đang sử dụng. Để làm được điều này người ta sử dụng một máy tính đặc biệt gọi là Router để kết nối các LAN và WAN với nhau. Các máy tính kết nối vào Internet thông qua nhà cung cấp dịch vụ (ISP –Internet service Provider), cần một giao thức chung là TCP/IP. Điều mà kỹ thuật còn tiếp tục phải giải quyết là năng lực truyền thông của các mạng viễn thông công cộng. Với Internet, những dịch vụ như giáo dục từ xa, mua hang trực tuyến, tư vấn y tế,và rất nhiều điều khác đã trở thành hiện thực. Tuy nhiên do Internet có phạm vi toàn cầu và không một tổ chức, chính phủ cụ thể nào quản lý nên rất khó khăn trong việc bảo mật và an toàn dữ liệu cũng như trong việc quản lý các dịch vụ. Từ đó người ta đã đưa ra một mô hình mạng mới nhằm thoã mãn những yêu cầu trên mà vẫn có thể tận dụng lại những cơ sở hạ tầng hiện có của Internet, đó chính là mô hình mạng riên ảo (Virtual Private Network – VPN ). Với mô hình mới này, người ta không phải đầu tư thêm nhiều về cơ sở hạ tầng mà các tính năng như bảo mật, độ tin cậy vẫn đảm bảo, đồng thời có thể quản lý riêng được sự hoạt động của mạng này. VPN cho phép người sử dụng làm việc tại nhà riêng, trên đường đi hay các văn phòng chi nhánh có thể kết nối an toàn đến máy chủ của tổ chức mình bằng cơ sở hạ tầng được cung cấp bởi mạng công cộng. Nó có thể đảm bảo an toàn thông tin giữa các đại lý, người cung cấp, và các đối tác kinh doanh với nhau trong môi trường truyền thông rộng lớn. Trong nhiều trường hợp VPN cũng giống như WAN (Wire Area Network), tuy nhiên đặc tính quyết định của VPN là chúng có thể dùng mạng công cộng như Internet mà đảm bảo tính riêng tư và tiết kiệm hơn nhiều 1.1 Định nghĩa VPN VPN được hiểu đơn giản như là sự mở rộng của một mạng riêng ( Private Network) thông qua các mạng công cộng. Về căn bản, mỗi VPN là một mạng riêng rẽ sử dụng một mạng chung (thường là Internet) để kết nối cùng với các site (các mạng riêng lẻ) hay nhiều người sử dụng từ xa. Thay cho việc sử dụng kết nối thực, chuyên dùng như đường leased-line, mỗi VPN sử dụng các kết nối ảo được dẫn đường qua Internet từ mạng riêng của các công ty tới các site hay Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công nghệ Lê Anh Hưng K49DB 6 các nhân viên từ xa. Để có thể gửi và nhận dữ liệu thông qua mạng công cộng mà vẫn bảo đảm tính an toàn và bảo mật VPN cung cấp các cơ chế mã hoá dữ liệu trên đường truyền tạo ra một đường ống bảo mật giữa nơi nhận và nơi gửi (Tunnel) giống như một kết nối point-to-point trên mạng riêng. Để có thể tạo ra một đường ống bảo mật đó, dữ liệu phải được mã hoá hay cơ chế giấu đi, chỉ cung cấp phần đầu gói dữ liệu (header) là thông tin về đường đi cho phép nó có thể đi đến đích thông qua mạng công cộng một cách nhanh chóng. Dữ liệu được mã hoá một cách cẩn thận do đó nếu các packet bị bắt lại trên đường truyền công cộng cũng không thể đọc được nội dùng vì không có khoá để giải mã. Liên kết với dữ liệu được mã hoá và đóng gói được gọi là kết nối VPN. Các đường kết nối VPN thường được gọi là đường ống VPN (Tunnel) Hình 1: Mô hình mạng VPN 1.2 Lợi ích của VPN VPN cung cấp nhiều đặc tính hơn so với những mạng truyền thông và những mạng leased-line. Những lợi ích đầu tiên bao gồm:  Chi phí thấp hơn những mạng riêng: VPN có thể giảm chi phí khi truyền tới 20-40% so với những mạng thuộc mạng leased-line và giảm việc chi phí truy cập từ xa từ 60-80%  Tính linh hoạt cho khả năng kinh tế trên Internet: VPN vốn đã có tính linh hoạt và có thể leo thang những kiến trúc mạng hơn là những mạng cổ điển, băng cách nào đó nó có thể hoạt động kinh doanh nhanh chóng và chi phí một cách hiệu quả cho việc kết nối từ xa của những văn phòng, những vị trí ngoài quốc tế, những người truyền Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công nghệ Lê Anh Hưng K49DB 7 thông, những người dùng điện thoại di động, những người hoạt động kinh doanh bên ngoài như những yêu cầu kinh doanh đã đòi hỏi  Đơn giản hóa những gánh nặng  Những cấu trúc mạng ống, vì thế giảm việc quản lý những gánh nặng: Sử dụng một giao thức Internet backbone loại trừ những PVC tĩnh hợp với kết nối hướng những giao thức như là Frame Relay và ATM  Tăng tính bảo mật: Các dữ liệu quan trọng sẽ được che giấu đối với những người không có quyền truy cập và cho phép truy cập đối với những người dùng có quyền truy cập  Hỗ trợ các giao thức mạng thông dụng nhất hiện nay như TCP/IP  Bảo mật địa chỉ IP: Bởi vì thông tin được gửi đi trên VPN đã được mã hoá do đó các địa chỉ bên trong mạng riêng được che giấu và chỉ sử dụng các địa chỉ bên ngoài Internet 1.3 Chức năng của VPN VPN cung cấp 4 chức năng chính  Sự tin cậy (Confidentiality): Người gửi có thể mã hoá các gói dữ liệu trước khi truyền chúng ngang qua mạng. Bằng cách làm như vậy, không một ai có thể truy nhập thông tin mà không được phép, mà nếu lấy được thông tin thì cũng không đọc được vì thông tin đã được mã hoá  Tính toàn vẹn dữ liệu (Data Integrity): Người nhận có thể kiểm tra rằng dữ liệu đã được truyền qua mạng Internet mà không có sự thay đổi nào  Xác thực nguồn gốc (Origin Authentication): Người nhận có thể xác thực nguồn gốc của gói dữ liệu, đảm bảo và công nhận nguồn thông tin 2 Định nghĩa “đường hầm” và “mã hoá” Chức năng chính của một mạng riêng ảo VPN là cung cấp sự bảo mật thông tin bằng cách mã hoá và chứng thực qua một đường hầm (tunnel) 2.1 Định nghĩa đường hầm: Cung cấp các kết nối logic, điểm tới điểm vận chuyển các gói dữ liệu mã hoá bằng một đường hầm riêng biệt qua mạng IP, điều đó làm tăng tính bảo mật thông tin vì dữ liệu sau khi mã hoá sẽ lưu chuyển trong một đường hầm được thiết lập giữa người gửi và người nhận cho nên sẽ tránh được sự mất cắp, xem trộm thông tin, đường hầm chính là đặc tính ảo của VPN. Các giao thức định đ