论计算机网络的安全性设计医院.docx

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论计算机网络的安全性设计医院

论计算机网络的安全性设计

摘要

在计算机与网络技术飞速发展的今天，医院信息系统的建设已经成为医院现代化管理的重要标志，同时也是医院管理水平的一种体现。

尤其是医疗保险制度的改革，与医院信息系统形成了相互促进的态势，我国很多医院都建立了自己的信息系统。

由于行业性质的缘故，医院信息系统必须7x24小时不间断运转，因此对网络系统的安全性和可靠性有很高的要求。

本文通过一个医院信息系统项目，阐述了医院计算机网络的安全性设计方面的一些具体措施，并就保障网络的安全性与提高网络服务效率之间的关系，谈了自己的一点体会。

正文

我于2001年4月至2003年10月参加了某医院的医院信息系统的建设工作，在项目中，我担任了系统分析与系统设计工作。

医院信息系统是指利用计算机软硬件技术、网络通讯技术等现代化手段，对医院及其属各部门对人流、物流、财流进行综合管理，对在医疗活动各阶段产生的数据进行采集、存贮、处理、提取、传输、汇总、加工生成各种信息，从而为医院的整体运行提供全面的、自动化的管理及各种服务的信息系统。

由于行业性质的缘故，医院信息系统必须7x24小时不间断运转，因此对网络系统的安全性和可靠性有很好的要求，在该项目的系统设计阶段，我们就将网络系统的安全性作为一个重要的部分考虑在内。

由于该信息系统是建立在一个物理上与公众网完全隔离的局域网基础上的，所以我们并没有过多地考虑防御来自外部入侵者的威胁方面的安全问题，我们认为该系统的安全核心—是保证信息系统的正常运行，二是保证数据的安全，也就是说该医院网络信息系统的安全可以分为信息系统安全和数据安全。

下面就我们在这两方面所采取的措施加以论述。

信息系统安全

信息系统安全涉及网络安全、服务器组的安全、供电安全、病毒防范等。

1.网络安全

对于医院的业务局域网，威胁网络安全的主要因素有：

网络设计缺陷、网络设备损坏、非法访问等。

经过充分调研，认真分析，结合该医院的实际情况，我们设计了一个主干为三层路由千兆交换以太网的网络方案。

我们采用具有三层路由功能的两台核心交换机NORTELPASSORT8600、两台具有三层路由功能的NORTELACCLAR1150交换机和千兆级光纤组成网络主干，边沿交换机为BAYSTACK450。

本方案我们采用SMLT（SplitMulti-LinkTrunking）+VRRP（VirtualRouterRedundancyProtocol）技术。

NORTEL公司MLT（Multi-LinkTrunking）是一种允许多条物理链路模拟成一条逻辑链路的取合链路虚拟为一条逻辑上的传输线路进行数据传输，进而可以成倍地提高两个交换机之间（或交换机与服务器之间）的数据传输带宽，同时提供了传输链路的冗余备份。

当构成虚拟传输链路的几条物理链路有一条由于端口或传输介质本身失效时，不会影响数据的正常传输，所受到的影响仅仅是虚拟链路的传输带宽。

SMLT，分离的多链路取作主干，同MLT相比，SMLT在构成上，不再是两个交换机之间。

SMLT的一端是一个支持MLT的交换机，而另一端则是由两个交换机通过IST（InterSwitchTrunk，是连接两台聚合交换机以实现信息共享，使两台聚合交换机能作为一台逻辑交换机运转的点对点链路）形成的一个逻辑上的交换机。

MLT交换机会别与这两上SMLT交换机连接，因此，SMLT在增加带宽的同时，可以提供最高级别的可靠性—交换机级别的可靠性。

两个SMLT交换机不论是端口失效还是端口模板失效，甚至是交换机失效都不会影响数据的正常传输，避免了单点失效对网络正常连通带来的影响。

同时，传输负载由两个交换机来均衡完成，可以大幅度提高网络主干的传输性能。

SMLT体系结构由SMLTAggregationSwitch、IST（InterSwitchTrunk）和SMLTClient构成，其结构图如下：

在没有使用SMLT的情况下启动虚拟路由冗余协议（VRRP），通常只有主交换机进行数据包的转发，如果主交换机出了故障，备用交换机什么样自动顶替主交换机，完成数据包的转发工具；使用SMLT，使得VRRP的性能得到扩展，除了主交换机进行数据包的转发外，备用交换机也进行数据包的转发，主交换机和备用交换机互为备份并互相侦听，这样即可以实现流量的负载均衡，也可以实现故障恢复，避免单点失效。

为了避免边沿交换机出现单点换效，我们采用了堆叠技术，把若干台BAYSTACK450用堆叠电缆堆叠起来，在堆叠的某些交换机上加装光纤模块，由这些光纤端口捆绑成一条逻辑链路上联到网络主干，这样就算堆叠的某些交换机上损坏了，整个堆叠还可以正常工作。

特别地，门诊收款处和门诊药房是医院的窗口单位，为了避免由于门诊楼交换机堆叠中的某台交换机出现了故障而导致门诊收款系统和门诊发药系统瘫痪，我们把门诊收款工作站和门诊发药站发散地接到堆叠中的七台交换机。

在防止非法访问方面，我们采用了密码管理、权限设置、虚拟子网（VLAN）的划分等措施。

2.服务器组的安全

服务器是全院计算机网络的大脑和神经中枢，保证服务器可靠长期有效的运行是网络信息系统安全的一个特别重要的问题。

由于本方案中的应用程序是采用安全性较高的三层体系统结构，所以服务器组包括域控制器、应用服务器和数据库服务器。

域控制我们采用了两台稳定性较好的IBMxserials230服务器，一台做主域控制器，另一台做备份域控制器，这样即可以实现登陆验证的负载均衡，又可以避免域控制器的单点失效问题。

应用服务器部分我们采用了六台HP380G3服务器和一台F5BIG-IP5000控制器。

BIG-IP控制器是针对企业本网站或数据中心的一种产品。

它能够提供高可用性和智能负载平衡功能。

六台HP380G3服务器可以通过F5BIG-IP5000控制器连接到核心交换机PASSPORT8600,F5BIG-IP5000控制器可以持续监视六台HP380G3服务器，以确保服务器运行正常，然后再自动将输入的服务请求路由到六台中可用性最高的服务器。

这样接，只要有一台HP380G3服务器不出现故障，中间层应用程序便可以正常运行。

这样设计即可以实现中间层应用程序的负载均衡，同时在F5BIG-IP5000控制器不出现故障的前提下，又避免了应用服务器的单点失效问题。

数据库服务器部分我们采用了一台稳定性较高、存储性能较好的HPDL760G2服务器、一台HPDL580G2服务器和一台HPMSA1000光纤磁盘阵列柜。

两台服务器分别通过光纤通道连接到磁盘阵列柜，组成存储局域网（SAN）。

本方案采用了微软的群集技术，实现了Active/Passive双机热备份模式，HPDL760G2做主数据库服务器，HPDL580G2做备份数据库服务器，在主服务器发生故障的情况下，备份服务器将自动在30秒内将所有服务接管过来，从而保证了数据库服务器的正常运行。

在磁盘阵列柜，我们安装了5块146G的scsi服务器硬盘，其中4块硬盘做RAID5，一块硬盘做Hotspare，这样可以保证阵列柜在两块硬盘发生故障时，系统还可以正常运行。

3.供电安全

由于医院许多大型诊疗议器设备启动时有瞬间高压、高磁场等，会对计算机产生影响因此我们要求院方做到中心机房的电源专线专供，同时采用功率足够大的ups.

4.病毒防范

我们通过设置VLAN和要求院方安装网络版杀毒软件来防范病毒。

数据安全

我们采用数据备份来保证数据安全。

本方案我们采用冗余备份策略。

1.利用VertiasBackupExec9.1软件将数据备份到磁带库中。

VeritasBackupExec能为跨网络的服务器和工作站提供快速可靠的备份和恢复能力。

我们利用VeritasBackupExec的作业管理功能设置备份定时任务，每天进行一次数据库数据完全备份，每三个月进行一次系统的灾难备份。

灾难备份能在数据库服务器崩溃时，避免重装系统，利用最新的数据备份使系统尽快忧愁到运行状态。

2.利用MSSQLSERVER2000自身的备份功能，每天定时自动地进行一次数据完全备份，备份数据存放到另一台数据备份服务器HPML570中，同时在HPML570中设置一定时任务，对每天的备份数据进行一次完整性检查，这样可以保证备份数据是完整、可用的。

通过数据备份，能使医院在破坏数据的灾难事件中造成的损失降到最低。

计算机网络安全是一个系统工程，除了采用保障网络安全的技术外，还要加强安全教育和制度管理，因此我们强烈要求院方重视对各级计算机操作人员进行计算机网络安全的教育，并制定较为完善的计算机网络管理制度，如严禁非操作人员使用电脑；计算机中心指定专职系统管理员掌握服务器密码，每次更新或升级计算机软件必须有两人同时在场，并做好记录等。

在整个项目方案中，我们用于保障计算机网络系统安全的措施主要是设备的冗余、链路的冗余。

采用冗余的措施，除了可以避免单点失效问题，还可以增加网络带宽和实现业务流量的负载均衡。

因此保障计算机网络的安全性不仅可以保证网络服务的持续不中断，还可以更好地提高网络服务效率。

在整个项目完成至今一年，从系统运行的情况来看，整个方案是合理的，高可靠性的，院方也感到满意。

当然，方案中也有不足的地方，如F5BIG-IP5000控制器存在单点失效问题；随着院方的网上挂号等业务的开展，本方案中没有考虑到内网与公众网相连的安全措施等。

长春经济技术开发区的网络安全建设

一、系统安全目标

保证电子政务内部网络、外部网络的信息传输、信息存储是安全的、保密的，确保电子政务网络系统安全、可靠、平稳地运行，我们要实现如下系统安全目标：

1．建成开发区完整的网络安全体系，并建立一套可行的网络安全与网络管理策略；

2．采用防火墙系统对开发区电子政务内、外网络进行安全访问控制；

3．通过网络监控系统，全面监视和跟踪进、出网络的所有访问行为，

发现不安全的操作和黑客攻击行为，及时告警和拒绝；

4．建设网络定期安全扫描系统，检测网络安全漏洞，及时了解和掌握计算机当前或近期使用情况，减少被黑客利用的不安全因素；

5．建立病毒防范体系，防止网络系统被病毒的侵害；

6．通过CA认证和PKI数据加密技术进行用户身份识别，为电子政务系统提供安全保障；

7．对内、外网络的信息发布平台WEB进行保护，防止网站网页被非法人员篡改，为领导决策提供安全的文件传输服务；

8．利用安全评估系统进行系统审计、敏感信息检查，确保电子政务信息的安全；

9．进行重要数据库系统的冗余备份，以备不测或灾难时快速恢复网络系统。

二、实施方案

1、物理安全体系

物理安全是整个系统安全的前提，是保护设备、设施以及其他媒体免遭地震、水灾、火灾等环境事故、人为操作失误或各种计算机犯罪行为导致的破坏的过程。

具体实施方案包括机房、通讯线路、物理隔离卡、设备和电源的安全措施。

（1）机房环境安全

接地系统：

对政务中心所在的开发大厦内所有计算机和各种地线系统采用统一的防雷处理，即建筑物内共地系统，保证设备安全，并能防止电磁信息泄漏。

防雷措施：

开发区在楼顶安装了避雷设施，即在主机房外部安装了接闪器、引下线和接地装置，吸引雷电流，并为泄放提供了一条低阻值通道。

机房内部采取屏蔽、合理布线、过电压保护等技术措施，以此达到防雷的目的。

另外，还采取相应的防盗、防静电、防火、防水等措施。

（2）通信线路安全

主要是对电源线和信号线采取加装性能良好的滤波器功能，减小阻抗和导线间的交叉耦合，阻止传导发射。

对机房水管、暖气管、金属门采用各种电磁屏蔽措施，阻止辐射发生。

3、物理隔离卡

物理隔离卡系统从安全的角度出发，提供了一种安全的用户访问机制，终端用户可以在多网物理隔离的条件下安全自由地访问其中任意一个网络。

为如何解决开发区管委会领导班子、机关处室、企事业、驻区单位等既要接入电子政务内网又要接入电子政务外网的实际需求提供了一套经济、高效、安全的解决方案。

根据开发区各部门接入的政务网络类别和数量，选择双网线隔离卡来实现相关功能设计。

4．设备、电源安全

主要是加强对网络系统硬件设备的使用管理，强调坚持做好硬件设备（如交换机、路由器、主机、显示器等）的日常维护和保养工作，定期检查供电系统的各种保护装置及地线是否正常。

电源系统电压的波动、浪涌电流和突然断电等意外情况的发生可能引起计算机系统存储信息的丢失、存储设备的损坏等情况的发生，必须依照国家的相关标准配备。

2、防火墙

将防火墙部署在路由器与受保护的内部网络之间，作为数据包进/出的唯一通道。

过滤进、出网络的数据，管理进、出网络的访问行为，封堵某些禁止的业务，记录通过防火墙的信息内容和活动，对网络攻击进行检测和告警。

同时，通过设置DMZ（DemilitarizedZone）实现政府对外网站及信箱与外部畅通的访问。

它具体适用范围包括：

长春经济技术开发区电子政务门户网站的出入口处；长春经济技术开发区管委会下属各部门的电子政务办公网与电子政务公共网的连接处；长春经济技术开发区电子政务系统的资源中心、数据中心、管理中心、CA中心的边缘。

在电子政务门户网站的出、入口处，资源数据中心与电子政务连接处，各配置两台千兆防火墙，并对防火墙作双机热备、负载均衡。

防火墙组位于电子政务网核心路由器和与INTERNET连接的前级路由器设备之间，该组防火墙一方面实现电子政务办公网访问门户网站，另一方面实现INTERNET用户访问门户网站，同时实现电子政务公众服务网与电子政务办公网的隔离。

即INTERNET用户可以通过防火墙访问门户网站，但是却不能访问电子政务办公网。

同时考虑到稳定可靠性的问题，对防火墙作双机热备。

确保当主防火墙被宕机后，能在最短时间内启动从防火墙，不影响网络的正常运转和安全。

为确保门户网站的服务器群高效、稳定工作，应对服务器群实现负载均衡。

负载均衡一般用于提高服务器的整体处理能力，并提高可靠性，可用性，可维护性，最终目的是加快服务器的响应速度，从而防火墙位于资源数据中心与核心交换机之间，实现电子政务外网与提供其办公应用服务器区隔离。

考虑到二者之间的服务量、访问量很大，防火墙负担过重，会出现瓶颈问题，因此，需要对防火墙作负载均衡，以此来增加网络安全性，降低或消除瓶颈，增强防火墙甚至整个网络的可用性。

电子政务网络管理中心及数据容灾备份中心分别配置一台千兆防火墙设备，不使用双机备份。

综上所述，我们在开发区电子政务门户网站的出入口、电子政务对外应用服务处、资源数据中心、网络管理中心处配置了高性能的千兆防火墙，并采用了负载均衡设备，实施相应的安全策略控制，保证网络安全，提高整体功能。

3、IDS

针对长春经济技术开发区电子政务系统，入侵检测系统设置用于如下几方面：

政府门户网站区域：

由于电子政务网络系统的涉密性，黑客会渗透到职能部门，内部人员也很容易通过网络安全防护不严的特点使黑客直接攻击系统漏洞、利用漏洞窃取信息、假冒身份、阻塞服务等。

在政府门户网站区域配备入侵检测系统，将有效发现、抵御来自外部的恶意攻击行为。

内部办公网络各节点的网络出入口：

为对内部用户的网络行为进行审计时提供详尽信息，识别内部用户的非法操作，对内部用户起到一定的约束作用，降低了内部攻击的影响。

内部办公网关键区域：

如内部主要服务器区域、网络管理中心等。

内部办公网关键区域，是内部网络资源、管理的核心区域。

在这些区域配备入侵检测系统，将有利于进行网络异常行为分析，为内部办公网的正常运行和管理提供有力保障。

入侵检测设备是作为防火墙的合理补充，为每个监测区域根据实际安装一台符合相应带宽需求的入侵检测设备。

通过交换机配置，选择合适的入侵检测点进行网络信号的监测。

4、安全漏洞扫描系统

在网络管理中心处配置一台基于网络扫描为主，同时辅以主机和数据库扫描的综合性漏洞扫描与评估系统，可扫描路由器、交换机、防火墙等网络设备以及Windows、Unix和Linux操作系统、MSSQLServer和Oracle数据库。

5、防病毒系统

采取统一集中管理和分级管理相结合，除了在政务中心安装中央控管防毒软件外，在各应用服务器及用户端都要安装相应的防毒软件。

电子政务网络病毒防护是一个重要而复杂的任务，必须将技术、工具和管理三者结合才行。

6、页面防篡改

页面防篡改（InforGuard，简称iGuard）系统用来保护开发区电子政务网站不发送被篡改的页面内容，支持网页的自动发布、篡改检测、警告和自动恢复，保证传输、鉴别、审计等各个环节的安全。

iGuard使用先进和可靠的Web服务器核心内嵌技术，在部分操作系统上辅助以事件触发式技术，从而完全实时地杜绝篡改后的网页被访问的可能性。

Web服务器和内容管理系统（CMS）都沿用原来的机器，需在其间增加一台发布服务器。

iGuard自动同步机制完全与内容管理系统无关，与其协同工作，内容管理系统本身无须变动。

发布服务器上具有与Web服务器上的网站文件完全相同的结构，任何文件/目录的变化都会自动映射到Web服务器的相应位置上。

网页的合法变更（包括增加、修改、删除、重命名）都在发布服务器上进行，由自动发布子系统将其同步到Web服务器上。

无论任何情况，不允许直接变更Web服务器上的页面文件。

在开发区电子政务网络中，Iguard设计安装在两台机器上：

Web服务器和发布服务器。

发布服务器位于内网中，有着较高的安全防护级别，其上运行自动发布程序和管理子系统。

Web服务器位于DMZ中，容易受到篡改攻击，其上运行防篡改模块和同步服务器程序。

7、数据备份与容灾方案的设计

根据开发区的网络结构和应用系统的特点，我们从资源数据中心备份容灾和门户网站的备份与容灾二方面目标，以及RAID保护、冗余结构、数据备份、故障预警等多方种方式来考虑，设计采用本地容灾和异地容灾两套系统。

在数据中心采用磁盘阵列为主要设备，采用SAN方式进行本地数据存储，支持NAS对远程数据进行异地备份。

对门户网站的备份与容灾体现在Web服务器和防火墙的冗余备份与流量负载均衡等方面。

三、应用及结果分析

分别采取物理安全、防火墙、入侵检测、安全漏洞扫描、CA认证、病毒防范、网页防篡改和数据备份与容灾等八项措施进行系统安全保护和防范。

每种防范措施都从不同的角度，针对不同层的结构，采取相应的应对设备和策略，来阻止来自黑客、网络间谍、信息战敌对分子和恐怖分子的违法犯罪行为。

开发区电子政务外网统一出口，这一措施已经最大限度地防止了网上泄密和入侵攻击。

防火墙、入侵检测、漏洞扫描等设施有效地制止了黑客侵扰和对敏感信息破坏、修改或窃取。

通过CA认证体系，控制了外部人员非法进入电子政务系统。

病毒防治和网页防篡改系统及时阻止恶意移动代码等行径的造访，数据备份与容灾系统为天灾人祸作最后的保障。

本方案在实际应用过程中，已起到很好的安全防范效果，电子政务系统得以安全运作。

实践证明，使用更高、更强、更好的网络安全工具和技术，配以更有效的安全管理机制，才会收到更好的安全效果。

由于电子政务网络的复杂性，必然导致电子政务网络安全防护的复杂性。

“三分技术，七分管理”是对网络安全状况的客观描述。

任何网络仅在技术上是做不到彻底的安全，还需要建立一套科学、严密的网络安全管理体系，将工具、技术和管理三种手段结合起来，才能杜绝和防止因非法访问或恶意攻击而造成损失。

四、管理政策及目标

网络安全管理目标是：

采取集中控制、分级管理的模式，建立由专人负责安全事件定期报告和检查制度，从而在管理上确保全方位、多层次、快速有效的网络安全防护。

实践证明，只有通过建立科学、严密的安全管理体系，不断完善管理行为，形成一个动态的安全过程，才能为电子政务网络提供制度上的保证。

总之，本文对电子政务网络信息安全的主要安全防范措施进行了深入细致地研究，确定了具有较高性价比和实用价值的相应的解决方案。

由于能力和精力有限，有一些防范措施研究的不够透彻，也有一些电子政务的安全措施没有探讨和使用，如邮件安全、远程访问、敏感信息检查等，有待在将来的工程设计中更周全地考虑和利用。

总之，电子政务外网是政府面向公众和社会服务的重要窗口，要加强对电子政务外网的网络安全建设和管理。

对网络的重要区域，要增设防火墙、入侵检测关卡，或加大防火墙的火力。

对重要部门实行特殊保护。

同时，加强安全管理意识，健全制度和定期培训。

通过对电子政务网络信息安全的安全防范措施和报告深入细致地研究，发现问题和漏洞，及时采取措施加以解决，使电子政务更有效地行使政府职能。

另外，在电子政务安全建设中，需要权衡安全、成本、效率三者的关系。

实际上，绝对的安全是没有的，电子政务系统也不是“越安全越好”。

不同的电子政务系统，需要根据对信息安全的不同要求而配置安全方案和设施。

一个门配几把锁取决于门内放的东西的重要程度，因为锁越多，门的安全成本也就越高，而门的使用效率就越低。

因此，必须根据电子政务系统的实际要求做到恰到好处。

内外网的划分