《网络测试与故障诊断》一体化教案_VPN安全技术32737.pdf
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1、.新里程旅游技工学校 教 案 首 页 课程 名称 网络测试与故障诊断 项 目 课题 VPN 安全技术 课型 讲座 授课 班级 12 计算机 授课 时间 2015.3.21 课 时 2小时30分 授课教师 学习 目标 知识 目标 理解 VPN 的安全性;熟悉路由器端连接 VPN,防火墙端连接 VPN,专业设备连接 VPN;掌握构建虚拟专用网VPN 技能 目标 通过学习,学生学会构建虚拟专用网VPN。情感 目标 通过学习培养学生计算机网络的兴趣。教学 重点 构建虚拟专用网VPN 教学 难点 路由器端连接 VPN,防火墙端连接VPN,专业设备连接 VPN 教学 场景 多媒体教学系统 教学 方法 教授
2、法,课文引导、结合实例分析、习题练习,讲解教学 教学 回顾 .教 案 页 教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法)教 学 设计:让同学讨论回答,并抽取同学回答 教师点评并归 纳 出 答案,最后简单分析。通过设疑,吸引学生的注意力,激发 学 习 兴趣。学生回答操作方法 【组织教学】(约 3 分钟):整顿纪律,考勤,填写教学日志,检查课本与练习本的准备情况 【复习旧课】(约 5 分钟)1 复习提问:在一台交换机上划分两个 Vlan(Vlan2,Vlan3)2参考答案 给两台交换机划分 vlan,步骤如下:【新课导入】(约 2 分钟)企业构建安全局域网后,如何才能实现在互联网中也能安全联
3、网?“VPN 安全技术”导入.教 案 页 教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法)课件演示,讲解 VPN 技术的概念【讲授新课】一、VPN 技术(约 15 分钟)(一)VPN 技术的介绍:在网络互联世界中,企业为了各站点之间能够安全地传输数据,往往选择从通信厂商处租用昂贵的专有链路来进行传送。为了降低成本,我们可以在现有的Internet 结构基础和其他用户共享通信链路上进行数据传输,但同时如何保证数据传输的安全就成了最重要的问题。其中一种有效的解决方案就是构建虚拟专用网 VPN。(二)VPN概述 VPN 是将不同物理位置的组织和个人通过已有的公共网络建立一条点到点的虚拟链路,模拟
4、专用网进行安全数据通信的网络技术,其基本原理是通过一定的技术将互联网上每个 VPN 用户的数据与其他数据加以区别,避免未经授权的访问,从而确保数据的安全。通过利用共享的公共网络设施实现VPN,能够以极低的费用为远程用户提供性能和专用网络相媲美的通信服务。隧道技术 隧道技术是目前构建 VPN 的基本方式。隧道技术是指把一种类型的报文封装在另一种报文中在网络上进行传输,如图所示。两个网络通过VPN 接入设备的一个端口,即一个 VPN 端点,建立的虚拟链路就叫隧道。发送给远程网络的数据要进行一定的封装处理,从发送方网络的一个VPN 端点进入 VPN,经相关隧道穿越VPN(物理上穿越不安全的互联网),
5、到达接收方.教 案 页 教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法)详细分析 VPN隧道模式,来突出VPN技术的重要作用 网络的另一个 VPN 端点,再经过解封装处理,便得到原始数据,并且把加密后的原始数据发给目的主机。封装的数据在传送中,不仅遵循指定的路径,避免经过不信任的节点而到达未授权接收方,而且封装处理使得传送的中间节点不必也不会解析原始数据,这在一定程度上防止了数据泄密。对主机来说,不管是发送主机还是接收主机,都不知道数据曾经被封装过,也不知道数据是在 Internet 网络上进行传输的,它只需要提供要传输的数据,而不需要特殊的软件或配置,所有传送过程都由 VPN 设备来处理
6、。仅仅通过隧道技术还不能建立适合所有安全要求的 VPN,因为一般的隧道技术只能够满足在单个运营商网络上进行数据安全传输的需求。用户数据要跨越多个运营商网络时,在两个独立网络节点的封装数据要先解封处理后再封装,可能在此过程中造成信息泄漏,因此,必须结合加密技术和密钥管理等 .教 案 页 教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法)具体分析 VPN的优点 技术保证数据传输的性。同时,身份认证及访问控制等技术可以支持远程接入或动态建立隧道的 VPN,通过对访问者身份的确认及对其访问资源的控制来保证信息安全。所以 VPN 通信具有与专用网同等的通信安全性。VPN 的简单通信 过程如下:(1)客
7、户机向 VPN 服务器发出请求。(2)VPN 服务器响应请求,并要求客户进行身份认证。(3)客户机将的用户身份认证响应信息发给服务器。(4)VPN 服务器收到客户的认证响应信息,确认该是否有效,是否具有远程访问权限。如果有访问权限,则接收此连接。(5)VPN 服务器利用在认证过程中产生的客户机和服务器的公有密钥对数据进行加密,然后通过 VPN 隧道技术进行封装、加密、传输到目的部网络。总之,VPN 可以通过隧道技术、密码技术、身份认证及访问控制技术等在共享的互联网上实现低成本的安全数据传输。二、VPN 的优点(约 10 分钟)VPN 的优点如下:1)费用低廉 这是使用 VPN 的最主要的好处。
8、通过使用 VPN,我们可以 在公共网络上尽可能安全地传输数据,而不需要再租用专线来 组网。并且,多数 VPN 都可以提供可靠的远程拨号服务,如此 便减少了管理、维护和操作拨号网络的人力成本,节约了相关 费用。2)安全可靠 VPN 为数据安全传输提供了许多安全保证,可以保证传输数 据的性、完整性和对发送/接收者的认证。.教 案 页 教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法)具体分析 VPN的缺点 3)部署简单 VPN 使用的是已有的基础设施,因此可以利用现有的基础设施快速建立 VPN,从而降低工作量,节省时间,减少施工费用 三、VPN 的缺点(约 10 分钟)VPN 有如上所述的许多优
9、点,但同时也有一些缺点:1)增加了处理开销 为了保证数据传输安全,通常对传输的每一个报文都进行加密,如此便增加了 VPN 处理压力。虽然可以采取硬件技术来解决,但同时也增加了构建VPN的成本。同时,由于VPN 对发送的报文进行了封装,或者在原始报文上增加额外报文信息,这些都增加了处理开销,对网络性能构成一定的影响。2)实现问题 由于现有的网络基础情况一般比较复杂,因此 VPN 在设计的时候必须考虑到实现的问题,包括VPN 通过、网络地址转换 最大传输单元大小等问题。3)故障诊断和控制问题 由于 VPN 上传输的数据都进行了封装处理,真实数据只能等解封后才能看见,因此一旦发生故障,很难进行诊断。
10、同时,如果远程用户通过VPN 接入的话,必须要考虑对其实施控制。因为此时的远程接入客户作为进入网络的入口,由于其自身主机的安全问题,可能会带来安全隐患。并且,VPN 毕竟是构建在公共基础设施上,而一旦这些基础设施出现问题则会导致 Internet 服务故障,从而使 VPN 的通信出现问题。.教 案 页 教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法).详细分析 VPN隧道协议 四、VPN 隧道协议(约 50 分钟)(一)按照用户数据是在网络协议栈的第几层被封装,即隧道协议是工作在第二层数据链路层、第三层网络层,还是第四层应 用层,可以将 VPN 协议划分成第二层隧道协议、第三层隧道协议和第
11、四层隧道协议。1)第二层隧道协议:主要包括点到点隧道协议(PPTP)、第二层转发协议(L2F),第二层隧道协议(L2TP)、多协议标记交换(MPLS)等,主要应用于构建接入 VPN。2)第三层隧道协议:主要包括通用路由封装协议(GRE)和 IPSec,它主要应用于构建联网 VPN 和外联网 VPN。3)第四层隧道协议:如 SSL VPN。SSL VPN 与 IPSec VPN 都是实现 VPN 的两大实现技术。其中,IPSec VPN 工作在网络层,因此与上层的应用程序无关。采用隧道运行模式的 IPSec对原始的 IP 数据包进行封装,从而隐藏了所有的应用协议信息因此可以实现各种应用类型的一对
12、多的连接,如 Web、电子邮 件、文件传输、VoIP 等连接。与SSL 相比,IPSec 只在一个客户程序和远程 VPN 网关或主机之间建立一条连接,所有应用程序的流量都通过该连接建立的隧道进行传输。而 SSL VPN 工作在应用层,对每一个附加的应用程序都不得不建立额外的连接和隧道。不过,SSL除了具备与 IPSec VPN 相当的安全性外,还增加了访问控制机制。而且客户端只需要拥有支持 SSL 的浏览器即可,配置方便,使用简单,非常适合远程用户访问企业部网。因此,现在第四层隧道协议最著名的便是 SSL。教 案 页 .教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法)(二)PPTP 在了解
13、点到点隧道协议(PPTP)协议之前,必须先要了解PPP 和 GRE 两个协议。1)点到点协议(PPP)PPP 协议主要是为通过拨号或专线方式建立点对点连接的同等单元之间传输数据包而设计的链路层协议。PPP 协议将 IP、IPX 和 NETBEUI包封装在 PPP 帧通过点对点的链路发送,主要应用于拨号连接用户和NAS。2)GRE 协议 GRE协议由 Cisco 和 NetSmiths等公司提交给 IETF 的数据封装协议,它规定了如何用一种网络协议去封装另一种网络协议的方法,由 RFC1701和 RFC1702详细定义。目前多数厂商的网络设备均支持GRE 隧道协议。GRE 协议允许用户使 用
14、IP 包封装 IP、IPX、AppleTalk包,并支持全部的路由协议(如 RIP2、OSPF等)。不过,GRE 协议只提供了数据包封装功能而没有加密功能,所以在实际环境中为了保证用户数据安全,GRE 协议经常与 IPSec 结合使用,由 IPSec 提供用户数据的加密。PPTP是由微软、Ascend、3COM 等公司支持的基于IP 的点对点隧道协议,它采用隧道技术,使用IP 数据包通过 Internet传送 PPP 数据帧,在 RFC2367中有详细定义。该协议使用两种不同类型的数据包来管理隧道和发送数据包。PPTP 通过 TCP 端口 1723 建立 TCP 连接并发送和接收所有控制命令。
15、对于数据传输,PPTP 先使用 PPP 封装,再将 PPP 封装到一个 IP 类型为 47 的 GRE 数据包中,最后 GRE 数据包再被封装到一个IP 数据包过隧道传输。如图所示。PPTP协议的实现由 PPTP 接入集中器(PAC)和 PPTP 网络服务器(PNS)来分别执行,从而实现因特网上的VPN。其中,ISP 的 NAS 将执行 PPTP 协议中指定的PAC 的功能,企业 VPN 中心服务器将执行PNS 的功能。.教 案 页 教学环节 及 时间分配 教学过程(教学容和教学方法)如图所示,远程拨号用户(如远程用户 1)首先采用拨号方式接入到 ISPNAS(PAC)建立 PPP 连接,然后
16、接入 Internet 通过企业 VPN 服务器(PNS)访问企业的网络和应用,而不再直接拨号至企业的网络。这样,由GRE 将 PPP 报文封装成的 IP报文就可以在 PAC-PNS 之间经由因特网传递,即在 PAC 和 PNS 之间为用户的 PPP 会话建立了一条 PPTP 隧道(如 PPTP 隧道 1)。由于所有的通信都将在 IP 包通过隧道,因此 PAC 只起着通过 PPP 连接进因特网的入口点的作用。对于直接连接到 Internet 上的客户(如远程用户 2),可以直接与企业 VPN 服务器建立虚拟通道(如 PPTP 隧道 2)而不需要与 ISP 建立 PPP 连接。.教 案 页 教学
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