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VPN在局域网的应用
宣城职业技术学院毕业设计(论文)
VPN在局域网的应用
作者李亮亮
班级09计算机网络技术
(1)班
专业计算机网络技术
教学系信息工程系
指导老师樊秀龙、何学成
完成时间2011年10月9日至2011年11月20日
VPN在局域网的应用
摘要
随着Internet已成为全社会的信息基础设施,学校端应用也大都基于IP,在Internet上构筑应用系统已成为必然趋势,因此基于IP的VPN业务获得了极大的增长空间。
本文介绍了虚拟专用网的技术原理和特点,以及利用VPN技术构建学校虚拟专用网的优势,提出利用公网的资源作为企业各级单位间传输信息的通道,在建设内部网实现信息安全共享的同时降低建设和维护成本,因此具有很好的应用前景。
首先对VPN的定义、优点等进行了分析;根据随着学校的发展壮大,学校外出人员,与学校内相互通信,了解学校内一些重要信息,不想外面的人能访问,只允许学校内部专门人员才能访问。
最后,根据需采取了以下的解决方案,先进行配置VPN服务器、连上线,一切工作正常,然后配置客户机,把拿客户机接到Internet中进行测试。
关键词
虚拟专用网;虚拟局域网;网络安全;
第一章VPN技术概述
1.1VPN的定义
VPN(VirtualPrivateNetwork)也就是虚拟专用网络技术。
所谓虚拟是指用户不需要拥有实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。
所谓专用网络指用户可以为自己制定一个最符合自己需求的网络。
虚拟专用网不是真正的专用网络,却能够实现专用网络的功能。
VPN虚拟专网技术在Iinternet公共网络中建立私有专用网络,企业内部保密的数据通过安全的“加密管道”在公共网络中传播。
虚拟专用网中的数据通过安全的“加密管道”在公共网络中传播,企业只需要租用本地的数据专线或者用户拨号方式,连接到本地公共信息网,就可以互相传递信息,实现分散出地点间的企业网中,从而达到安全的数据传输的目的。
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”,是通过私有的隧道技术在公共数据网上仿真一条点到点的专线技术。
VPN技术的出现,使企业不在依赖于昂贵的长途拨号以及长途专线服务,而代之以本地ISP提供的VPN服务。
从企业中心站点铺设至当地ISP专线,要比传统WAN解决方案中长途专线短得多,成本也低廉得多。
1.2VPN的特点
安全保障:
虽然实现VPN的技术和方式很多,但所有的VPN均应保证通过公用网络平台传输数据的专用性和安全性。
在非面向连接的公用IP网络上建立一个逻辑的、点对点的连接,称之为建立一个隧道,可以利用加密技术对经过隧道传输的数据进行加密,以保证数据仅被指定的发送者和接收者了解,从而保证了数据的私有性和安全性。
在安全性方面,由于VPN直接构建在公用网上,实现简单、方便、灵活,但同时其安全问题也更为突出。
服务质量保证(QoS):
VPN网应当为企业数据提供不同等级的服务质量保证。
不同的用户和业务对服务质量保证的要求差别较大。
如移动办公用户,提供广泛的连接和覆盖性是保证VPN服务的一个主要因素;而对于拥有众多分支机构的专线VPN网络,交互式的内部企业网应用则要求网络能提供良好的稳定性;对于其它应用(如视频等)则对网络提出了更明确的要求,如网络时延及误码率等。
所有以上网络应用均要求网络根据需要提供不同等级的服务质量。
可扩充性和灵活性:
VPN必须能够支持通过Intranet和Extranet的任何类型的数据流,方便增加新的节点,支持多种类型的传输媒介,可以满足同时传输语音、图像和数据等新应用对高质量传输以及带宽增加的需求。
可管理性:
从用户角度和运营商的角度应可方便地进行管理、维护。
VPN管理的目标为:
减小网络风险、具有高扩展性、经济性、高可靠性等优点。
事实上,VPN管理主要包括安全管理、设备管理、配置管理、访问控制列表管理、QoS管理等内容。
1.3VPN带来的好处
VPN的最终目的是服务于企业,为企业带来可观的经济效益,为现代化企业的信息共享提供安全可靠的途径。
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。
第二章实现VPN的关键技术
2.1隧道技术
隧道技术(Tunneling)是VPN的底层支撑技术,所谓隧道,实际上是一种封装,就是将一种协议(协议X)封装在另一种协议(协议Y)中传输,从而实现。
协议X对公用网络的透明性。
这里协议X被称为被封装协议,协议Y被称为封装协议,封装时一般还要加上特定的隧道控制信息,因此隧道协议的一般形式为((协议Y)隧道头(协议X))。
在公用网络(一般指因特网)上传输过程中,只有VPN端口或网关的IP地址暴露在外边。
隧道建立
2.2加解密认证技术
加解密技术是VPN的另一核心技术。
为了保证数据在传输过程中的安全性,不被非法的用户窃取或篡改,一般都在传输之前进行加密,在接受方再对其进行解密。
目前主要有的认证方式有:
简单口令如质询握手验证协议CHAP和密码身份验证协议PAP等;动态口令如动态令牌和X.509数字证书等。
简单口令认证方式的优点是实施简单、技术成熟、互操作性好,且支持动态地加载VPN设备,可扩展性强。
2.3密钥管理技术
密钥管理的主要任务就是保证在开放的网络环境中安全地传递密钥,而不被窃取。
目前密钥管理的协议包括ISAKMP、SKIP、MKMP等。
Internet密钥交换协议IKE是Internet安全关联和密钥管理协议ISAKMP语言来定义密钥的交换,综合了Oakley和SKEME的密钥交换方案,通过协商安全策略,形成各自的验证加密参数。
IKE交换的最终目的是提供一个通过验证的密钥以及建立在双方同意基础上的安全服务。
SKIP主要是利用Diffie-Hellman的演算法则,在网络上传输密钥。
数据的加密
2.4访问控制技术
虚拟专用网的基本功能就是不同的用户对不同的主机或服务器的访问权限是不一样的。
由VPN服务的提供者与最终网络信息资源的提供者共同来协商确定特定用户对特定资源的访问权限,以此实现基于用户的细粒度访问控制,以实现对信息资源的最大限度的保护。
访问控制技术的基本原理
第三章VPN的主要安全协议
3.1简介
在实施信息安全的过程中,为了给通过非信任网络的私有数据提供安全保护,通讯的双方首先进行身份认证,这中间要经过大量的协商,在此基础上,发送方将数据加密后发出,接受端先对数据进行完整性检查,然后解密,使用。
这要求双方事先确定要使用的加密和完整性检查算法。
由此可见,整个过程必须在双方共同遵守的规范(协议)下进行。
VPN区别于一般网络互联的关键是隧道的建立,数据包经过加密后,按隧道协议进行封装、传送以保证安全性。
一般,在数据链路层实现数据封装的协议叫第二层隧道协议,常用的有PPTP,L2TP等;在网络层实现数据封装的协议叫第三层隧道协议,如IPSec。
另外,SOCKSv5协议则在TCP层实现数据安全。
3.2 PPTP/L2TP
1996年,Microsoft和Ascend等在PPP协议的基础上开发了PPTP,它集成于WindowsNTServer4.0中,WindowsNTWorkstation和Windows9.X也提供相应的客户端软件。
PPP支持多种网络协议,可把IP、IPX、AppleTalk或NetBEUI的数据包封装在PPP包中,再将整个报文封装在PPTP隧道协议包中,最后,再嵌入IP报文或帧中继或ATM中进行传输。
PPTP提供流量控制,减少拥塞的可能性,避免由于包丢弃而引发包重传的数量。
3.3 IPSec协议
IPSec是IETF(InternetEngineerTaskForce)正在完善的安全标准,它把几种安全技术结合在一起形成一个较为完整的体系,受到了众多厂商的关注和支持。
通过对数据加密、认证、完整性检查来保证数据传输的可靠性、私有性和保密性。
IPSec由IP认证头AH(AuthenticationHeader)、IP安全载荷封载ESP(EncapsulatedSecurityPayload)和密钥管理协议组成。
IPSec协议是一个范围广泛、开放的虚拟专用网安全协议。
IPSec适应向IPv6迁移,它提供所有在网络层上的数据保护,提供透明的安全通信。
IPSec用密码技术从三个方面来保证数据的安全。
即:
认证:
用于对主机和端点进行身份鉴别。
完整性检查:
用于保证数据在通过网络传输时没有被修改。
加密:
加密IP地址和数据以保证私有性。
3.4实例分析
VPN的具体实现方案有很多,实际应用中应根据用户的需求、用户资源现状、承载网络资源现状、投资效益以及相关技术比较等多种因素综合考虑,选择一种主流的方案。
第四章学校的需求分析
4.1需求分析
随着学校的发展壮大,学校外出人员,与学校内相互通信,了解学校内一些重要信息,不想外面的人能访问,只允许学校内部专门人员才能访问,所以设置了VPN。
根据该学校用户的需求,遵循着方便实用、高效低成本、安全可靠、网络架构弹性大等相关原则决定采用ISAServerVPN安全方案,以ISA作为网络访问的安全控制。
ISAServer集成了WindowsserverVPN服务,提供一个完善的防火墙和VPN解决方案。
在ISA中可以使用以下三种协议来建立VPN连接:
●IPSEC隧道模式;
●L2TPoverIPSec模式;
●PPTP;
下表比较了这三种协议:
表4-1ISA中三种协议对比表
协议
何时使用
安全等级
备注
IPSec隧道模式
连接到第三方的VPN服务器
高
这是唯一一种可以连接到非微软VPN服务器的方式
L2TPoverIPSec
连接到ISAServer2000、ISAServer2004或者WindowsVPN服务器
高
使用RRAS。
比IPSec隧道模式更容易理解,但是要求远程VPN服务器是ISAServer或者WindowsVPN服务器。
PPTP
连接到ISAServer2000、ISAServer2004或者WindowsVPN服务器
中等
使用RRAS,和L2TP具有同样的限制,但是更容易配置。
因为使用IPSec加密,L2TP更认为更安全。
三个站点都采用ISAVPN作为安全网关,且L2TPoverIPSec结合了L2TP和IPSec的优点,所以在这里采用L2TPoverIPSec作为VPN实施方案。
4.2方案达到的目的
1)在外出差或想要连回学校的用户也可使用IPSec方式连回学校网路;
2)对学校内网实施上网的访问控制,通过VPN设备的访问控制策略,对访问的PC进行严格的访问控制。
3)对外网可以抵御黑客的入侵,起到Firewall作用。
具有控制和限制的安全机制和措施,具备防火墙和抗攻击等功能;
4)部署灵活,维护方便,提供强大的管理功能,以减少系统的维护量以适应大规模组网需要。
4.3VPN组建方案网络拓扑图
4.4学校站点到移动用户端的VPN配置
服务器是Windows2003系统,2003中VPN服务叫做“路由和远程访问”,系统默认就安装了这个服务,但是没有启用。
在管理工具中打开“路由和远程访问”
在列出的本地服务器上点击右键,选择“配置并启用路由和远程访问”。
下一步
在此,由于服务器是公网上的一台一般的服务器,不是具有路由功能的服务器,是单网卡的,所以这里选择“自定义配置”。
下一步
这里选“VPN访问”,我只需要VPN的功能。
下一步,配置向导完成。
点击“是”,开始服务。
看启动了VPN服务后,“路由和远程访问”的界面
下面开始配置VPN服务器
在服务器上点击右键,选择“属性”,在弹出的窗口中选择“IP”标签,在“IP地址指派”中选择“静态地址池”。
然后点击“添加”按钮设置IP地址范围,这个IP范围就是VPN局域网内部的虚拟IP地址范围,每个拨入到VPN的服务器都会分配到一个范围内的IP,在虚拟局域网中用这个IP相互访问。
这里设置为10.240.60.1-10.240.60.10,一共10个IP,默认的VPN服务器占用第一个IP,所以,10.240.60.1实际上就是这个VPN服务器在虚拟局域网的IP。
至此,VPN服务部分配置完毕。
4.5移动用户端VPN配置
在控制面板中双击打开“网络和拨号连接”
在网络拨号中在打开“新建连接”
打开“新建连接”
左键单击“下一步”
选择第三项“通过Internet连接到专用网络”,单击“下一步”
在“主机名或IP地址这一栏”填上学校VPN服务器的IP地址
单击“下一步”
选择“只是我自己使用此连接”,单击“下一步”
在“在我的桌面上添加一快捷件方式”前打勾,单击“完成”
4.6连接测试
在VPN客户端主机上输入ipconfig,得到一个静态地址210.34.212.4,说明已连接成功。
结束语
对于企业而言,利用Internet组建私有网,将大笔的专线费用缩减为少量的市话费用和Internet费用。
据报道,局域网互联费用可降低20~40%,而远程接入费用更可减少60~80%,这无疑是非常有吸引力的;VPN大大降低了网络复杂度、VPN用户的网络地址可以由企业内部进行统一分配、VPN组网的灵活方便等特性简化了企业的网络管理,另一方面,企业甚至可以不必建立自己的广域网和接入网维护系统,而将这一繁重的任务交由专业的ISP来完成;VPN提高了整个企业网的互联性,良好的扩展性使得企业更好、更快地适应Internet经济的发展,把握商机;另外,在VPN应用中,通过远端用户验证以及隧道数据加密等技术保证了通过公用网络传输的私有数据的安全性。
通过这次的毕业论文感谢老师的指导,让我学会了自已去完成自已应该做的东西,和老师有了更多的交流,学会了互相交流的心德。
参考文献
1、《autoCAD2007》王韦伟西安电子科技大学出版社
2、《中小型网络组建技术》余明辉、汪双顶人民邮电出版社
3、《H3C网络学院教材》杭州华三通信技术有限公司
4、《网络互联技术》刘有信人民邮电出版社
5、《windowsserver2003》陈光、张敬芝高等教育出版社
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