Фильтрация входящего и исходящего трафика в брандмауэре Windows в режиме повышенной безопасности. Контентная фильтрация в икс

Фильтрация входящего и исходящего трафика в брандмауэре Windows в режиме повышенной безопасности. Контентная фильтрация в икс

Средства фильтрации трафика

Задачами средств фильтрации трафика являются контроль сетевого трафика (содержимого сетевых пакетов) и блокировка (фильтрация) трафика, не отвечающего заданным правилам безопасности. Фильтры трафика проводят контроль и анализ содержимого сетевых пакетов на прикладном уровне, но в отличии от межсетевых экранов, не осуществляют посредническую функцию между двумя узлами для исключения их непосредственного взаимодействие (сетевые экраны и прокси сервера). В отличие от средств IDS/IPS фильтры трафика не обеспечивают выявление и предотвращение сетевых вторжений и атак.

К средствам фильтрации трафика относятся:

  • фильтры сетевых протоколов;
  • контент-фильтры, в том числе URL-фильтры;
  • спам-фильтры;
  • фильтры веб-трафика для защиты веб- приложений (Web Security).

Указанные средства фильтрации трафика встроены и применяются в внутри отдельных средства защиты, таких как Firewall, Network Antivirus, Proxy Server, IDS/IPS, UTM, WAF, E-Mail Security, HIPS, с решением различных задач или реализуются в виде отдельных программных и аппаратно-программных средств. Дополнительно средства фильтрации трафика используются в системах биллинга, учет и тарификация трафика; контроля, статистики, мониторинга сетевой активности пользователей в реальном времени и пользования сетью Интернет и др.


Фильтры по сетевым протоколам пропускают трафик по определенным сетевым протоколам и блокируют трафик других протоколов. Данные средства устанавливаются на границе сети, обеспечивая пропуск только необходимого сетевого трафика по определенным протоколам во внутрь сети и/или во внешнюю сеть, т.е. обеспечивают выполнение сетевых политик.


Контент-фильтры

Контент-фильтры (Content Monitoring and Filtering, CMF) блокируют достиуп к нежелательным контентам сети Интернет. Являются фильтрами веб-трафика (протоколы http/https).

Фильтрация веб-трафика производится по URL-адресам сайтов «черного списка» (URL-фильтры), ключевому слову, сигнатуре или типу файла, по содержимому сайтов с использованием морфологического анализа.Контент-фильтры устанавливаются в сетевых шлюзах (сетевые экраны, прокси сервера и др.) или на рабочих станциях в антивирусах (функция «родительский контроль», для защиты от фишинг-сайтов), персональных firewall и т.д. Могут применяться как отдельные программные средства.



Фильтры веб-трафика (Web Security)

Фильтры веб-трафика (Web Security) используют для защиты веб-приложений от различных видов угроз, поступающих по веб-трафику, в том числе от проникновения вредосного кода. Являются фильтрами веб-трафика (протоколы http/https).Функции фильтрации веб-трафика применяются в таких средствах защиты, как WAF. Для того чтобы защитить от угроз, исходящих по веб-трафику, рекомендуется применять специализированные решения класса Web Security.

Основные функции средств Web Security:

  • защита веб-трафика от вирусов и вредоносного программного обеспечения;
  • блокировка доступа к вредоносным сайтам;
  • защита от фишинговых атак;
  • контроль доступа пользователей к различным веб-ресурсам;
  • URL-фильтрация и категорирование сайтов.

Фильтрация информационных потоков состоит в их выборочном пропускании через экран, возможно, с выполнением некоторых преобразований и извещением отправителя о том, что его данным в пропуске отказано. Фильтрация осуществляется на основе набора правил, предвари­тельно загруженных в экран и являющихся выражением сетевых аспектов принятой политики безопасности. Поэтому межсетевой экран удобно представлять как последовательность фильтров (рис.А.2), обрабатывающих информационный поток. Каждый из фильтров предназначен для интерпретации отдельных правил фильтрации путем выполнения следующих стадий:

1. Анализа информации по заданным в интерпретируемых правилах крите­риям, например, по адресам получателя и отправителя или по типу приложения, для которого эта информация предназначена.

2. Принятия на основе интерпретируемых правил одного из следующих решений:

Не пропустить данные;

Обработать данные от имени получателя и возвратить результат отправителю;

Передать данные на следующий фильтр для продолжения анализа;

Пропустить данные, игнорируя следующие фильтры.

Рис. А.2. Структура межсетевого экрана

Правила фильтрации могут задавать и дополнительные действия, которые относятся к функциям посредничества, например, преобразование данных, регистрация событий и др. Соответственно правила фильтрации определяют перечень условий, по которым с использованием указанных критериев анализа осуществляется:

    разрешение или запрещение дальнейшей передачи данных;

    выполнение дополнительных защитных функций.

В качестве критериев анализа информационного потока могут использоваться следующие параметры:

    служебные поля пакетов сообщений, содержащие сетевые адреса, идентификаторы, адреса интерфейсов, номера портов и другие значимые данные;

    непосредственное содержимое пакетов сообщений, проверяемое, например, на наличие компьютерных вирусов;

    внешние характеристики потока информации, например, временные,

частотные характеристики, объем данных и т. д.

Используемые критерии анализа зависят от уровней модели OSI, на которых осуществляется фильтрация. В общем случае, чем выше уровень модели OSI, на котором брандмауэр фильтрует пакеты, тем выше и обеспечиваемый им уровень защиты.

Выполнение функций посредничества

Функции посредничества межсетевой экран выполняет с помощью специальных программ, называемых экранирующими агентами или просто программами-посредниками. Данные программы являются резидентными и запрещают непосредственную передачу пакетов сообщений между внешней и внутренней сетью.

При необходимости доступа из внутренней сети во внешнюю сеть или наоборот вначале должно быть установлено логическое соединение с программой-посредником, функционирующей на компьютере экрана. Программа-посредник проверяет допустимость запрошенного межсетевого взаимодействия и при его разрешении сама устанавливает отдельное соединение с требуемым компьютером. Далее обмен информацией между компьютерами внутренней и внешней сети осуществляется через программного посредника, который может выполнять фильтрацию потока сообщений, а также осуществлять другие защитные функции.

Следует уяснить, что функции фильтрации межсетевой экран может выполнять без применения программ-посредников, обеспечивая прозрачное взаимодействие между внутренней и внешней сетью. Вместе с тем программные посредники могут и не осуществлять фильтрацию потока сообщений. В общем случае экранирующие агенты, блокируя прозрачную передачу потока сообщений, могут выполнять следующие функции:

    идентификацию и аутентификацию пользователей;

    проверку подлинности передаваемых данных;

    разграничение доступа к ресурсам внутренней сети;

    разграничение доступа к ресурсам внешней сети;

    фильтрацию и преобразование потока сообщений, например, динамический поиск вирусов и прозрачное шифрование информации;

    трансляцию внутренних сетевых адресов для исходящих пакетов сообщений;

    регистрацию событий, реагирование на задаваемые события, а также анализ зарегистрированной информации и генерацию отчетов;

    кэширование данных, запрашиваемых из внешней сети.

Для высокой степени безопасности необходима идентификация и аутентификация пользователей не только при их доступе из внешней сети во внутреннюю, но и наоборот. Пароль не должен передаваться в открытом виде через общедоступные коммуникации. Это предотвратит получение несанкционированного доступа путем перехвата сетевых пакетов, что возможно, например, в случае стандартных сервисов типа Telnet. Оптимальным способом аутентификации является использование одноразовых паролей. Удобно и надежно также применение цифровых сертификатов, выдаваемых доверительными органами, например центром распределения ключей. Большинство программ-посредников разрабатываются таким образом, чтобы пользователь аутентифицировался только в начале сеанса работы с межсетевым экраном. После этого от него не требуется дополнительная аутентификация в течение времени, определяемого администратором. Программы-посредники могут осуществлять проверку подлинности получаемых и передаваемых данных. Это актуально не только для аутентификации электронных сообщений, но и мигрирующих программ (Java,ActiveXCon­trols), по отношению к которым может быть выполнен подлог. Проверка подлинности сообщений и программ заключается в контроле их цифровых подписей. Для этого также могут применяться цифровые сертификаты. Идентификация и аутентификация пользователей при обращении к межсетевому экрану позволяет разграничить их доступ к ресурсам внутренней или внешней сети. Способы разграничения к ресурсам внутренней сети ничем не отличаются от способов разграничения, поддерживаемых на уровне операционной системы. При разграничении доступак ресурсам внешней сети чаще всего используется один из следующих подходов:

    разрешение доступа только по заданным адресам во внешней сети;

    фильтрация запросов на основе обновляемых списков недопустимых адресов и блокировка поиска информационных ресурсов по нежелательным ключевым словам;

    накопление и обновление администратором санкционированных информационных ресурсов внешней сети в дисковой памяти брандмауэра и полный запрет доступа во внешнюю сеть.

Фильтрация и преобразование потока сообщений выполняется посредником на основе заданного набора правил. Здесь следует различать два вида программ посредников:

    экранирующие агенты, ориентированные на анализ потока сообщений для определенных видов сервиса, например, FTP,HTTP,Telnet;

    универсальные экранирующие агенты, обрабатывающие весь поток сообщений, например, агенты, ориентированные на поиск и обезврежива­ние компьютерных вирусов или прозрачное шифрование данных. Программный посредник анализирует поступающие к нему пакеты данных, и если какой-либо объект не соответствует заданным критериям, то посредник либо блокирует его дальнейшее продвижение, либо выполняет соответствующие преобразования, например, обезвреживание обнаруженных компьютерных вирусов. При анализе содержимого пакетов важно, чтобы экранирующий агент мог автоматически распаковывать проходящие файловые архивы.

Брандмауэры с посредниками позволяют также организовывать защищенные виртуальные сети (VirtualPrivateNetwork-VPN), например, безопасно объединить несколько локальных сетей, подключенных кInternet, в одну виртуальную сеть.VPNобеспечивают прозрачное для пользователей соединение локальных сетей, сохраняя секретность и целостность передаваемой информации путем ее динамического шифрования. При передаче поInternetвозможно шифрование не только данных пользователей, но и служебной информации - конечных сетевых адресов, номеров портов и т. д. Программы-посредники могут выполнять и такую важную функцию, как трансляцию внутренних сетевых адресов. Данная функция реализуется по отношению ко всем пакетам, следующим из внутренней сети во внешнюю. Для этих пакетов посредник выполняет автоматическое преобразованиеIP-адресов компьютеров-отправителей в один "надежный"IP-адрес, ассоциируемый с брандмауэром, из которого передаются все исходящие пакеты. В результате все исходящие из внутренней сети пакеты оказываются отправленными межсетевым экраном, что исключает прямой контакт между авторизованной внутренней сетью и являющейся потенциально опасной внешней сетью.IP-адрес брандмауэра становится единственным активнымIP-адресом, который попадает во внешнюю сеть.

При таком подходе топология внутренней сети скрыта от внешних пользователей, что усложняет задачу несанкционированного доступа. Кроме повышения безопасности трансляция адресов позволяет иметь внутри сети собствен­ную систему адресации, не согласованную с адресацией во внешней сети, например, в сети Internet. Это эффективно решает проблему расширения адресного пространства внутренней сети и дефицита адресов внешней сети. Важными функциями программ-посредников являются регистрация событий, реагирование на задаваемые события, а также анализ зарегистрирован­ной информации и составление отчетов. В качестве обязательной реакции на обнаружение попыток выполнения несанкционированных действий должно быть определено уведомление администратора, т. е. выдача предупредительных сигналов. Любой брандмауэр, который не способен посылать предупредительные сигналы при обнаружении нападения, не является эффективным средством межсетевой защиты.

Многие межсетевые экраны содержат мощную систему регистрации, сбора и анализа статистики. Учет может вестись по адресам клиента и сервера, идентификаторам пользователей, времени сеансов, времени соединений, количеству переданных/принятых данных, действиям администратора и пользователей. Системы учета позволяют произвести анализ статистики и предоставляют администраторам подробные отчеты. За счет использования специальных протоколов посредники могут выполнить удаленное оповещение об определенных событиях в режиме реального времени. С помощью специальных посредников поддерживается также кэширование данных, запрашиваемых из внешней сети. При доступе пользователей внутренней сети к информационным ресурсам внешней сети вся информация накапливается на пространстве жесткого диска брандмауэра, называемого в этом случае proxy-сервером. Поэтому если при очередном запросе нужная информация окажется наproxy-сервере, то посредник предоставляет ее без обращения к внешней сети, что существенно ускоряет доступ. Администратору следует позаботиться только о периодическом обновлении содержимогоproxy-сервера.

Функция кэширования успешно может использоваться для ограничения доступа к информационным ресурсам внешней сети. В этом случае все санкционированные информационные ресурсы внешней сети накапливаются и обновляются администратором на proxy-сервере. Пользователям внутренней сети разрешается доступ только к информационным ресурсамproxy-сервера, а непосредственный доступ к ресурсам внешней сети запрещается. Экранирующие агенты намного надежнее обычных фильтров и обеспечивают большую степень защиты. Однако они снижают производительность обмена данными между внутренней и внешней сетями и не обладают, той степенью прозрачности для приложений и конечных пользователей, которая характерна для простых фильтров.

Особенности межсетевого экранирования на различных уровнях модели OSI

Брандмауэры поддерживают безопасность межсетевого взаимодействия на различных уровнях модели OSI. При этом функции защиты, выполняемые на разных уровнях эталонной модели, существенно отличаются друг от друга. Поэтому комплексный межсетевой экран удобно представить в виде совокупности неделимых экранов, каждый из которых ориентирован на отдельный уровень модели OSI. Чаще всего комплексный экран функционирует на сетевом, сеансовом и прикладном уровнях эталонной модели. Соответственно различают такие неделимые брандмауэры (рис. А.3), как экранирующий маршрутизатор, экранирующий транспорт (шлюз сеансового уровня), а также экранирующий шлюз (шлюз прикладного уровня).

Учитывая, что используемые в сетях протоколы (TCP/IP, SPX/IPX) не однозначно соответствуют модели OSI, то экраны перечисленных типов при выполнении своих функций могут охватывать и соседние уровни эталонной модели. Например, прикладной экран может осуществлять автоматическое зашифровывание сообщений при их передаче во внешнюю сеть, а также автоматическое расшифровывание криптографически закрытых принимаемых данных. В этом случае такой экран функционирует не только на прикладном уровне модели OSI, но и на уровне представления. Шлюз сеансового уровня при своем функционировании охватывает транспортный и сетевой уровни модели OSI. Экранирующий маршрутизатор при анализе пакетов сообщений проверяет их заголовки не только сетевого, но и транспортного уровня.

Межсетевые экраны каждого из типов имеют свои достоинства.и недостатки. Многие из используемых брандмауэров являются либо прикладными шлюзами, либо экранирующими маршрутизаторами, не поддерживая полную безопасность межсетевого взаимодействия. Надежную же защиту обеспечивают только комплексные межсетевые экраны, каждый из которых объединяет экранирующий маршрутизатор, шлюз сеансового уровня, а также прикладной шлюз.

Рис. А.3. Типы межсетевых экранов, функционирующих на отдельных уровнях модели OSI

Чтобы пользователь мог безопасно находиться в сети, разработаны специальные программы для фильтрации трафика и веб-контента.

Принципы работы контентной фильтрации

Главная цель контентного фильтра — ограничить доступ к запрещённым или вредоносным ресурсам. Достигается это с помощью списков разрешённых/запрещённых ресурсов.

Защита нужна каждому пользователю, но особенно остро в ней нуждаются дети и подростки. Ведь на многих страницах присутствуют сцены насилия, эротики, реклама вредных веществ и алкоголя. Чтобы оградить детей от подобной информации, необходимо использовать систему контентной фильтрации.

Фильтрация интернет трафика

Наша компания разработала специальный механизм фильтрации интернет-трафика, который не только помогает поддерживать доступ в сеть в рабочем состоянии, но и обеспечивает непрерывность и целостность бизнес-процессов. Веб-фильтр позволяет управлять потоками, входящими в локальную сеть, автоматически снижая её нагрузку. При этом снимаются проблемы нецелевого доступа к посторонним ресурсам, нерационального использования сети и рабочего времени

Система фильтрации интернет-трафика необходима на разных уровнях: для домашнего использования и для корпоративной сети. Она существует в разных формах:

  • утилиты;
  • приложения;
  • дополнения для браузера;
  • отдельного сервера.

Компания «А-Реал Консалтинг» активно разрабатывает разные способы обеспечения безопасности сети, предоставляя клиентам комплексное решение. Мы имеем богатый опыт внедрения систем фильтрации интернет контента в школах и организациях.

Наш контентный фильтр работает исходя из данных веб-трафика, которые сообщает модуль прокси-сервера. Затем происходит сверка со списком запрещённых ресурсов. Эта база включает несколько миллионов сайтов, разделённых на категории, что позволяет индивидуально настроить параметры фильтрации web-контента.

Пользователям системы фильтрации от Интернет Контроль Сервера достаточно просто запретить категорию, и все сайты этой тематики автоматически станут недоступными.

Контент-фильтрация включает и антивирусные модули, автоматически проверяя весь входящий трафик на наличие вредоносных программ. Наше решение гарантирует надёжность и безопасность, предоставляя все инструменты для управления доступом в сеть.

Контентная фильтрация в школах и образовательных учреждениях

По статистике более 100 000 образовательных учреждений имеет доступ в интернет, где учащиеся подвергаются потоку агрессивного и потенциально опасного контента. Поэтому была утверждена и одобрена Федеральная Система исключения доступа к Интернет-ресурсам, несовместимым с задачами воспитания и образования обучающихся РФ (СИД).

В соответствии с Федеральным законом № 436 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию»и ФЗ № 139 «О внесении изменений в Федеральный закон «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию», установка контентной фильтрации в образовательном учреждении является обязательным требованием.

Возможные варианты

Фильтры для интернета можно настроить 2 способами:

  1. обратиться за помощью к своему интернет-провайдеру;
  2. установить и настроить специализированное ПО.

Во втором случае придётся самостоятельно скачивать и настраивать контентный фильтр для школы или другой организации. Наша компания предлагает воспользоваться интернет-шлюзом ИКС. Он регулярно обновляется и содержит адреса ресурсов с информацией, распространение которой в Российской Федерации запрещено, т.е. соответствует Федеральному закону № 139 «О чёрных списках».

Функции ИКС для контентной фильтрации

  • организация доступа только к надёжным ресурсам;
  • безопасность от вредоносных объектов, которые стремятся попасть в локальную сеть, осуществляемая с помощью встроенного межсетевого экрана ;
  • контроль доступа пользователей к сети;
  • ведение учёта потребляемого трафика.

Преимущества интернет-шлюза ИКС

  • возможность предварительной оценки и тестирования с помощью демо-версии в течение 35 дней;
  • неограниченный срок лицензионной версии;
  • доступное обучение в форме видеороликов;
  • бесплатная полная версия Lite до 8 пользователей;

Настройка ИКС

Ещё одно преимущество ИКС — лёгкость установки и настройки. Для этого нужно совершить всего 5 действий:

Вот так просто можно настроить интернет фильтрацию, обеспечив полноценную защиту от внешних угроз.


Тип организации

Выберите тип организации Образовательное учреждение Бюджетное учреждение Коммерческая организация

Цены НЕ РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ на частные негосударственные учреждения и учреждения послевузовского профессионального образования

Редакции ИКС

Не требуется ИКС Стандарт ИКС ФСТЭК

Для расчета стоимости ФСТЭК обратитесь в отдел продаж

Тип поставки

ИКС ИКС + SkyDNS ИКС + Kaspersky Web Filtering

Тип лицензии

Новая лицензия Лицензия на обновления

Лицензия на обновления Премиум Расширение лицензии

Количество пользователей

Расширение лицензии

C до пользователей

распределения сеансов по портам. Случайный набор МAC-адресов в сети может привести к тому, что через один порт будут проходить несколько десятков сеансов, а через другой - только два-три. Выравнивания нагрузки портов в данном алгоритме можно достигнуть только при большом количестве компьютеров и сеансов связи между ними.

Можно предложить и другие способы распределения сеансов по портам. Например, в со­ ответствии с ІР-адресами пакетов, которые инкапсулированы в кадры канального уровня, типами прикладных протоколов (почта по одному порту, веб-трафик по другому и т. д.). Полезным оказывается назначение порту сеансов с МAC-адресами, которые были изучены как идущие именно через этот порт -тогда трафик сеанса пойдет через один и тот же порт в обоих направлениях.

Стандартный способ создания агрегированных каналов, описанный в спецификации 802.3ad, предполагает возможность создания логического порта путем объединения не­ скольких физических портов, принадлежащих разным коммутаторам. Для того чтобы коммутаторы могли автоматически обеспечиваться информацией о принадлежности какого-либо физического порта определенному логическому порту, в спецификации предложен служебный протокол управления агрегированием линий связи (Link Control Aggregation Protocol, LCAP). Поэтому возможны такие конфигурации агрегированных ка­ налов, которые увеличивают отказоустойчивость сети не только на участках между двумя коммутаторами, но и в более сложных топологиях (рис. 14.8).

Агрегированный канал

Рис. 14.8. Распределенное агрегирование каналов

При отказе какого-либо канала транка все пакеты сеансов, назначенные для соответствую­ щего порта, будут направляться на один из оставшихся портов. Обычно восстановление связности при таком отказе занимает от единиц до десятков миллисекунд. Это объясняется тем, что во многих реализациях транка после отказа физического канала все МАС-адреса, которые были с ним связаны, принудительно помечаются как неизученные. Затем ком­ мутатор повторяет процедуру изучения этих адресов. После этого процедура назначения сеанса портам выполняется заново, естественно, учитываются только работающие порты. Так как тайм-ауты в сеансах протоколов локальных сетей обычно небольшие, коротким оказывается и время восстановления соединения.

Фильтрация трафика

Локальная сеть обеспечивает взаимодействие каждого узла с каждым -это очень полезное свойство, так как не требуется производить никаких специальных действий, чтобы обе­

спечить доступ узла А к узлу В - достаточно того, что эти узлы подключены к одной и той желокальной сети. В то же время в сети могут возникать ситуации, когда такая тотальная доступность узлов нежелательна. Примером может служить сервер финансового отдела, доступ к которому желательно разрешить только с компьютеров нескольких конкретных сотрудников этого отдела. Конечно, доступ можно ограничить на уровне операционной системы или системы управления базой данных самого сервера, но для надежности жела­ тельно иметь несколько эшелонов защиты и ограничить доступ еще и на уровне сетевого трафика.

Многиемодели коммутаторов позволяют администраторам задавать дополнительные усло­ вияфильтрации кадров наряду со стандартными условиями их фильтрации в соответствии с информацией адресной таблицы. Такие фильтры называют пользовательскими.

Пользовательский фильтр, который также часто вазываютслискомдоступа {access list), предназначендлясозданиядополнительныхбарьеровнаггут кадров, чтопозволяетограничи­ вать доступ определенных групп полЁзовапгелейк Пользовательский

фильтр - это набор условий, которые ограничмваотобычную/югиет передачи кадров комму­ таторами.

Наиболее простыми являются пользовательские фильтры на основе МAC-адресов станций. Так как МАС-адреса -это та информация, с которой работает коммутатор, он позволяет создавать подобные фильтры удобным для администратора способом, возможно, про­ ставляя некоторые условия в дополнительном поле адресной таблицы, например условие отбрасывать кадры с определенным адресом (см. рис. 13.6 в главе 13). Таким способом пользователю, работающему на компьютере с данным МАС-адресом, полностью запре­ щается доступ к ресурсам другого сегмента сети.

Рассмотрим применение пользовательского фильтра на примере сети, показанной на рис. 14.9.

Рис. 14.9. Контрольдоступа к серверу с помощью пользовательского фильтра

Пусть мы хотим разрешить доступ к серверу 51 только с компьютеров С 1 иС 3, кадры от всех остальных компьютеров до этого сервера доходить не должны. Список доступа, ко­ торый решает эту задачу, может выглядеть так:

М А С - С 1 M A C - S 1

М А С - С З MAC - S I

d e n y a n y a n y

Числа 10,20 и ЗО -это номера строк данного списка. Строки нумеруются с интервалом 10 для того, чтобы в дальнейшем была возможность добавить в этот список другие записи, сохраняя исходную последовательность строк. Первое условие разрешает (permit) пере­ дачу кадра, если его адрес источника равен МАС-С1, а адрес назначения -МАС-SI; второе условие делает то же, но для кадра с адресом источника МАС-СЗ, третье условие запрещает (deny) передачу кадров с любыми (any) адресами.

Для того чтобы список доступа начал работать, его нужно применить к трафику опреде­ ленного направления на какому-либо порту коммутатора: либо к входящему, либо к ис­ ходящему. В нашем примере нужно применить список доступа к исходящему трафику порта 1 коммутатора SW3, к которому подключен сервер 51. Коммутатор SW3, перед тем как предать кадр на порт 1, будет просматривать условия списка доступа по очереди. Если какое-то условие из списка соблюдается, то коммутатор выполняет действие этого условия для обрабатываемого кадра, и на этом применение списка доступа для данного кадра заканчивается.

Поэтому когда от компьютера С 1 приходит кадр, адресованный серверу 51, то соблюдается первое условие списка, которое разрешает передачу кадра, так что коммутатор выполняет стандартное действие по продвижению кадра, и тот доходит до сервера 52. С кадром от компьютера СЗ совпадение происходит при проверке второго условия, и он также переда­ ется. Однако когда приходят кадры от других компьютеров, например компьютера С2, то ни первое, ни второе условия не соблюдаются, зато соблюдается третье условие, поэтому кадр не передается, а отбрасывается.

Списки доступа коммутаторов не работают с широковещательными адресами Ethernet, такие кадры всегда передаются на все порты коммутатора. Списки доступа коммутаторов достаточно примитивны, поскольку могут оперировать только информацией канального уровня, то есть МАС-адресами. Списки доступа маршрутизаторов гораздо более гибкие и мощные, поэтому на практике они применяются гораздо чаще.

Иногда администратору требуется задать более тонкие условия фильтрации, например запретить некоторому пользователю печатать свои документы на сервере печати Windows, находящемуся в чужом сегменте, а остальные ресурсы этого сегмента сделать доступными. Для реализации подобного фильтра нужно запретить передачу кадров, которые удовлет­ воряют следующим условиям: во-первых, имеют определенный МАС-адрес, во-вторых, содержат в поле данных пакеты SMB, в-третьих, в соответствующем поле этих пакетов в качестве типа сервиса указана печать. Коммутаторы не анализируют протоколы верх­ них уровней, такие как SMB, поэтому администратору приходится для задания условий фильтрации «вручную» определять поле, по значению которого нужно осуществлять фильтрацию. В качестве признака фильтрации администратор указывает пару «смещениеразмер» относительно начала поля данных кадра канального уровня, а затем еще приводит шестнадцатеричное значение этого поля.

Сложные условия фильтрации обычно записываются в виде булевых выражений, форми­ руемых с помощью логических операторов AND и OR.

Виртуальные локальные сети

Важным свойством коммутатора локальной сети является способность контролировать передачу кадров между сегментами сети. По различным причинам (соблюдение прав до­ ступа, политика безопасности и т. д.) некоторые кадры не следует передавать по адресу назначения.

Как мы выяснили в предыдущем разделе, ограничения такого типа можно реализовать с помощью пользовательских фильтров. Однако пользовательский фильтр может запре­ титькоммутатору передачу кадров только по конкретным адресам, а широковещательный трафик онобязан передать всем сегментам сети. Так требует алгоритм его работы. Поэтому, какуже отмечалось, сети, созданные на основе коммутаторов, иногда называютплоскими - из-заотсутствия барьеров на пути широковещательного трафика. Технология виртуальных локальных сетей позволяет преодолеть указанное ограничение.

Виртуально^ сетью группаузлов сети,

технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра.

Виртуальные локальные сети могут перекрыватьсяу если один или несколько компьютеров входят в состав более чем одной виртуальной сети. На рис. 14.10 сервер электронной почты входит в состав виртуальных сетей 3 и 4. Это означает, что его кадры передаются комму­ таторами всем компьютерам, входящим в эти сети. Если же какой-то компьютер входит в состав только виртуальной сети 3, то его кадры до сети 4 доходить не будут, но он может взаимодействовать с компьютерами сети 4 через общий почтовый сервер. Такая схема защищает виртуальные сети друг от друга не полностью, например, широковещательный шторм, возникший на сервере электронной почты, затопит и сеть 3, и сеть 4.

Говорят, что виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet.

Назначение виртуальных сетей

Как мы видели на примере из предыдущего раздела, с помощью пользовательских фильтров можно вмешиваться в нормальную работу коммутаторов и ограничивать взаимодействие узлов локальной сети в соответствии с требуемыми правилами доступа. Однако механизм пользовательских фильтров коммутаторов имеет несколько недостатков:

Приходится задавать отдельные условия для каждого узла сети , используя при этом громоздкие МАС-адреса. Гораздо проще было бы группировать узлы и описывать усло­ вия взаимодействия сразу для групп.

Невозможно блокировать широковещательный трафик Широковещательный трафик может быть причиной недоступности сети, если какой-то ее узел умышленно или неумышленно с большой интенсивностью генерирует широковещательные кадры.

Техника виртуальных локальных сетей решает задачу ограничения взаимодействия узлов сети другим способом.

Основное назначение технологии VLAN состоит в облегчении процесса создания изоли­ рованных сетей, которые затем обычно связываются между собой с помощью маршрути­ заторов. Такое построение сети создает мощные барьеры на пути нежелательного трафика из одной сети в другую. Сегодня считается очевидным, что любая крупная сеть должна включать маршрутизаторы, иначе потоки ошибочных кадров, например широковещатель­ ных, будут периодически «затапливать» всю сеть через прозрачные для них коммутаторы, приводя ее в неработоспособное состояние.

ІО^оіоиногаомзр^снолсншвирту&1ьнЫ*сэт^ запнетсято,чтоонапозволяетсоаддватьпсшностыо изолированныеоегментысетияутемлогическогоконфигурированиякоммутаторов,реприбегая

кизмененик>физиче<жойо^у<1>1>ы.

До появления технологии VLAN для создания отдельной сети использовались либо фи­ зически изолированные сегменты коаксиального кабеля, либо не связанные между собой сегменты, построенные на повторителях и мостах. Затем эти сети связывались маршрути­ заторами в единую составную сеть (рис. 14.11).

Изменение состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных сегментов) при таком подходе подразумевает физическую перекоммутацию разъемов на

передних панелях повторителей или на кроссовых панелях, что не очень удобно в больших сетях -много физической работы, к тому же высока вероятность ошибки.

ц иг О

5 E J L JЗ

Сегменты на повторителях

Рис. 14.11. Составная сеть, состоящая из сетей, построенных на основе повторителей

Длясвязывания виртуальных сетей в общую сеть требуется привлечение средств сетевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе или в составе программ­ ного обеспечения коммутатора, который тогда становится комбинированным устрой­ ством - так называемым коммутатором 3-го уровня (см. главу 18).

Технология виртуальных сетей долгое время не стандартизировалась, хотя и была реали­ зованав очень широком спектре моделей коммутаторов разных производителей. Положе­ ниеизменилось после принятия в 1998 году стандарта IEEE 802.1Q, который определяет базовые правила построения виртуальных локальных сетей, не зависящие от протокола канального уровня, поддерживаемого коммутатором.

Создание виртуальных сетей на базе одного коммутатора

При создании виртуальных сетей на основе одного коммутатора обычно используется механизм группирования портов коммутатора (рис. 14.12). При этом каждый порт при­ писывается той или иной виртуальной сети. Кадр, пришедший от порта, принадлежащего, например, виртуальной сети 1, никогда не будет передан порту, который не принадлежит этой виртуальной сети. Порт можно приписать нескольким виртуальным сетям, хотя на практикетак делают редко -пропадает эффект полной изоляции сетей.

Создание виртуальных сетей путем группирования портов не требует от администратора большогообъема ручной работы -достаточно каждый порт приписать к одной из несколь­ ких заранее поименованных виртуальных сетей. Обычно такая операция выполняется с помощью специальной программы, прилагаемой к коммутатору.

Второй способ образования виртуальных сетей основан на группировании МАС-адресов. Каждый МАС-адрес, который изучен коммутатором, приписывается той или иной вир­ туальной сети. При существовании в сети множества узлов этот способ требует от адми­ нистратора большого объема ручной работы. Однако при построении виртуальных сетей

на основе нескольких коммутаторов он оказывается более гибким, чем группирование портов.

Рис. 14.12. Виртуальные сети, построенные на одном коммутаторе

Создание виртуальных сетей на базе нескольких коммутаторов

Рисунок 14.13 иллюстрирует проблему, возникающую при создании виртуальных сетей на основе нескольких коммутаторов, поддерживающих технику группирования портов.

s ,:w.

Рис. 14.13. Построение виртуальных сетей на нескольких коммутаторах с группированием портов

Если узлы какой-либо виртуальной сети подключены к разным коммутаторам, то для под­ ключения каждой такой сети на коммутаторах должна быть выделена специальная пара портов. В противном случае, если коммутаторы будут связаны только одной парой портов, информация о принадлежности кадра той или иной виртуальной сети при передаче из коммутатора в коммутатор будет утеряна. Таким образом, коммутаторы с группированием портов требуют для своего соединения столько портов, сколько виртуальных сетей они поддерживают. Порты и кабели используются в этом случае очень расточительно. Кроме того, при соединении виртуальных сетей через маршрутизатор для каждой виртуальной

сетивыделяется отдельный кабель и отдельный порт маршрутизатора, что также приводит к большим накладным расходам.

Группирование МАС-адресов в виртуальную сеть на каждом коммутаторе избавляет от необходимости связывать их по нескольким портам, поскольку в этом случае МАС-адрес становится меткой виртуальной сети. Однако этот способ требует выполнения большого количества ручных операций по маркировке МАС-адресов на каждом коммутаторе сети.

Описанные два подхода основаны только на добавлении дополнительной информации к адресным таблицам коммутатора и в них отсутствует возможность встраивания в пере­ даваемый кадр информации о принадлежности кадра виртуальной сети. В остальных подходах используются имеющиеся или дополнительные поля кадра для сохранения информации о принадлежности кадра той или иной виртуальной локальной сети при его перемещениях между коммутаторами сети. При этом"нет необходимости помнить в каждом коммутаторе о принадлежности всех МАС-адресов составной сети виртуальным сетям.

Дополнительное поле с пометкой о номере виртуальной сети используется только тогда, когдакадр передается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно обычно удаляется. При этом модифицируется протокол взаимодействия «коммутаторкоммутатор», а программное и аппаратное обеспечение конечных узлов остается неизмен­ ным. До принятия стандарта IEEE 802.1Q существовало много фирменных протоколов этоготипа, но все они имели один недостаток -оборудование различных производителей при образовании VLAN оказывалось несовместимым.

Этот стандарт вводит в кадре Ethernet дополнительный заголовок, который называется тегом виртуальной локальной сети.

^rrnatlon}- упрадляюадя шшщ** котороеявляется

6 байт 2 байта 2 байта

2 байта

42-1496 байт

">Тур9;.-а ‘іЗ Ь к:

Ъ.’<-V"

Приоритет;

*Фйс. 14.14. Структура помеченного кадра Ethernet

TerVLANне является обязательным для кадров Ethernet. Кадр, у которого имеется такой заголовок, называют помеченным (tagged frame). Коммутаторы могут одновременно ра­ ботатькак с помеченными, так и с непомеченными кадрами. Из-за добавления тега VLAN максимальная длина поля данных уменьшилась на 4 байта.

Для того чтобы оборудование локальных сетей могло отличать и понимать помеченные кадры, для них введено специальное значение поля EtherType, равное 0x8100. Это значе­ ние говорит о том, что за ним следует поле TCI; а не стандартное поле данных. Обратите внимание, что в помеченном кадре за полями тега VLAN следует другое поле EtherType, указывающее тип протокола, данные которого переносятся полем данных кадра.

В поле TCI находится 12-битное поле номера (идентификатора) VLAN, называемогоVID. Разрядность поля VID позволяет коммутаторам создавать до 4096 виртуальных сетей. Помимо этого в поле TCI помещено 3-битное полеприоритета кадра. Однобитное полеCFI было введено с целью поддержания специального формата кадра Token Ring, для сетей Ethernet оно должно содержать значение 0.

Пользуясь значением VID в помеченных кадрах, коммутаторы сети выполняют групповую фильтрацию трафика, разбивая сеть на виртуальные сегменты, то есть на VLAN. Для под­ держки этого режима каждый порт коммутатора приписывается к одной или нескольким виртуальным локальным сетям, то есть выполняется группировка портов.

Для упрощения конфигурирования сети в стандарте 802.1Q вводятся понятия линии до­ ступа и транка.

^бммутатора (называемый в этом случае портом доступа) Йекйторойвиртуальной локальной сети.

щ соединяет ме*дусобой портыдаух коммутаторов; в общем!

#$фик несколькихвиртуальныхсетей. V ,j

Коммутаторы, поддерживающие технику VLAN, без специального конфигурирования по умолчанию работают как стандартные коммутаторы, обеспечивая соединения всех со всеми. В сети, образованной такими коммутаторами, все конечные узлы по умолчанию относятся к условной сети VLAN1 с идентификатором VID, равным 1. Все порты этой сети, к которым подключены конечные узлы, по определению являются портами доступа. VLAN1 можно отнести к виртуальным локальным сетям лишь условно , так как по ней передаются непомеченные кадры.

Для того чтобы образовать в исходной сети виртуальную локальную сеть, нужно в первую очередь выбрать для нее значение идентификатора VID, отличное от 1, а затем, используя команды конфигурирования коммутатора, приписать к этой сети те порты, к которым присоединены включаемые в нее компьютеры. Порт доступа может быть приписан только к одной виртуальной локальной сети.

Порты доступа получают от конечных узлов сети непомеченные кадры и помечают их тегом VLAN, содержащим то значение VID, которое назначено этому порту. При передаче же помеченных кадров конечному узлу порт доступа удаляет тег виртуальной локальной сети.

Для более наглядное описания вернемся к рассмотренному ранее примеру сети. На рис. 14.15 показано, как решается задана избирательного доступа к серверам на основе техники VLAN.

VLAN-2

VLAN-3

Рис. 14.15. Разбиение сети на две виртуальные локальные сети

Чтобы решить эту задачу, можно организовать в сети две виртуальные локальные сети, VLAN2 и VLAN3 (напомним, что сеть VLAN1 уже существует по умолчанию -это наша исходная сеть), приписав один набор компьютеров и серверов к VLAN2, а другой - KVLAN3.

Для приписывания конечных узлов к определенной виртуальной локальной сети соот­ ветствующие порты объявляются портами доступа этой сети путем назначения им соот­ ветствующего идентификатора VID. Например, порт 1 коммутатора SW1 должен быть объявлен портом доступа VLAN2 путем назначения ему идентификатора VID2, то же самоедолжно быть проделано с портом 5 коммутатора SW1, портом 1 коммутатора SW2 и портом 1 коммутатора SW3. Порты доступа сети VLAN3 должны получить идентифи­ каторVID3.

В нашей сети нужно также организовать транки -те линии связи, которые соединяют между собой порты, коммутаторов. Порты, подключенные к транкам, не добавляют и не удаляют теги, они просто передают кадры в неизменном виде. В нашем примере такими портамидолжны быть порты 6 коммутаторов SW1 и SW2, а также порты 3 и 4 коммутатора SW3. Порты в нашем примере должны поддерживать сети VLAN2 и VLAN3 (и VLAN1, если всети есть узлы, явно не приписанные ни к одной виртуальной локальной сети).

Коммутаторы, поддерживающие технологию VLAN, осуществляют дополнительную фильтрациютрафика. В том случае если таблица продвижения коммутатора говорит о том, что пришедший кадр цужно передать на некоторый порт, перед передачей коммутатор проверяет, соответствует ли значение VID в теге VLAN кадра той виртуальной локальной сети, которая приписана к этому порту. В случае соответствия кадр передается, несоот­ ветствия -отбрасывается. Непомеченные кадры обрабатываются аналогичным образом, нос использованием условной сети VLAN1. МАС-адреса изучаются коммутаторами сети отдельно по каждой виртуальной локальной сети.

Как мы видим из примера, техника VLAN оказывается весьма эффективной для разгра­ ничения доступа к серверам. Конфигурирование виртуальной локальной сети не требует знания МАС-адресов узлов, кроме того, любое изменение в сети, например Подключение компьютера к другому коммутатору, требует конфигурирования лишь порта данного ком­ мутатора, а все остальные коммутаторы сети продолжают работать без внесения изменений в их конфигурации.

Альтернативные маршруты в виртуальных локальных сетях

По умолчанию протокол STP/RSTP образует в сети одно покрывающее дерево для всех виртуальных локальных сетей. Чтобы в сети можно было использовать разные покрываю­ щие деревья для разных виртуальных локальных сетей, существует специальная версия протокола, называемая множественным протоколом покрывающего дерева (Multiple Spanning Tree Protocol, MSTP).

Протокол MSTP позволяет создать несколько покрывающих деревьев и приписывать к ним различные виртуальные локальные сети. Обычно создается небольшое количество деревьев, например два или три, чтобы сбалансировать нагрузку на коммутаторы, в про­

тивном случае, как мы видели в примере на рис. 14.2 и 14.3, единственное покрывающее дерево может полностью оставить без работы некоторые коммутаторы сети, то есть недо­ использует имеющие сетевые ресурсы.

Если вернуться к нашему примеру (см. рис. 14.2), то при создании двух покрывающих деревьев можно сконфигурировать приоритеты коммутаторов так, чтобы для одного дерева корневым коммутатором стал коммутатор 111, а для второго -коммутатор 222 (рис. 14.16).

В этом варианте мы подразумеваем, что порты 4 коммутаторов с 555 по 888 сконфигу­ рированы как порты доступа одной виртуальной локальной сети, например VLAN100,

а порты 3 тех же коммутаторов -как порты доступ»другой виртуальной локальной сети, например VLAN200. Сеть VLAN100 приписана к покрывающему дереву с корневым коммутатором 111, a VLAN200 -к покрывающему дереву с корневым коммутатором 222.

В этом варианте все коммутаторы сети используются для передачи трафика, что повышает производительность сети.

Протокол MSTP основан на протоколе RSTP, поэтому обеспечивает быструю реакцию сетина отказы.

Качество обслуживания в виртуальных сетях

Коммутаторы локальных сетей поддерживают практически все механизмы QoS, которые мы обсуждали в главе 7. Это утверждение относится к коммутаторам локальных сетей как к классу коммуникационных устройств, каждая же конкретная модель коммутатора можетбыть наделена только определенным набором механизмов поддержания параметров QoS или же не иметь их вовсе. Как правило, коммутаторы рабочих групп средств QoS не поддерживают, в то время как дл^ магистральных коммутаторов эта поддержка является обязательной.

Классификация трафика

Коммутаторы локальных сетей являются устройствами второго уровня, которые анализи­ руютзаголовки только протоколов канального уровня. Поэтому коммутаторы обычно ис­ пользуютдля классификации трафика только МАС-адреса источника и приемника, а также номер порта, через который поступил кадр. Возможен также учет при классификации значения произвольного подполя внутри поля данных, заданного путем указания смеще­ ния в байтах. Эти способы не очень удобны для администратора, которому необходимо, например, отделить голосовой трафик от трафика передачи файлов. Поэтому некоторые коммутаторы, не поддерживая протоколы верхних уровней в полном объеме (например, не применяя протокол IP для продвижения пакетов), выполняют классификацию на основе признаков, содержащихся в заголовках пакетов этих протоколов -ІР-адресах и портах TCP/UDP

Маркирование трафика

Маркирование трафика обычно выполняется на границе сети, а затем его результаты ис­ пользуются во всех промежуточных устройствах сети. В кадре Ethernet 802.3 отсутствует поле, в которое можно было бы поместить результат маркировки трафика. Однако этот недостаток исправляет спецификация 802.1р, в которой имеются три бита дополнительного заголовка 802.1Q/p для хранения приоритета кадра.

Фактически, эти три бита служат для хранения признака одного из восьми классов тра­ фика. Именно так трактует это поле стандарт 802.1 D-2004, куда вошла спецификация 802.1р. В приложении G стандарта 802.1D-2004 даются рекомендации по разделению всего трафика локальных сетей на семь классов:

□ NC (управление сетью). Управлению сетью дается высший приоритет при обслужива­ нии, так как от своевременного принятия решения и доставки управляющей информа­ ции сетевым устройствам зависят любые характеристики сети.

□ VI (видео). Видеотрафику требуется обеспечить задержу менее 100 мс.

□ CL (контролируемая нагрузка). При применении важных бизнес-приложений требуется некоторая форма контроля допуска (admission control) и резервирование пропускной способности для потока.

□ ЕЕ (улучшенное обслуживание). Это улучшенный вариант обслуживания по возмож­ ности, не дающий никаких гарантий пропускной способности.

□ BE (обслуживание по возможности, или с максимальными усилиями). Стандартное обслуживание в локальных сетях.

□ ВК (фоновый трафик). Наименее чувствительный к задержкам трафик, например тра­ фик резервного копирования, источник которого может передавать большие объемы данных, поэтому его целесообразно выделить в особый класс, чтобы он не замедлял обработку других типов трафика.

Управление очередями

Коммутатор, поддерживающий параметры QoS, позволяет использовать несколько очере­ дей для дифференцированной обработки классов трафика. Очереди могут обслуживаться в соответствии с алгоритмом приоритетной обработки, алгоритмом взвешенного обслужи­ вания или на основе комбинации этих алгоритмов.

Коммутатор обычно поддерживает некоторое максимальное количество очередей, которое может оказаться меньше, чем требуемое число классов трафика. В этой ситуации несколько классов будут обслуживаться одной очередью, то есть фактически сольются в один класс. Стандарт 802.1D-2004 дает рекомендации в отношении того, какие классы трафика нуж­ но реализовывать в сети в условиях ограниченного количества очередей в коммутаторах (табл. 16.1).

При существовании только одной очереди в сети все классы трафика обслуживаются этой очередью. На самом деле все классы обслуживаются с обычным качеством (по воз­ можности), так как за счет управления очередями улучшить качество невозможно, хотя такие возможности, как обратная связь и резервирование полосы пропускания, для общего трафика остаются.

Две очереди дают возможность дифференцированно обслуживать группы классов трафи­ ка -менее требовательные классы ВК, BE и ЕЕ в одной очереди, а более требовательные классы VO, CL, VI, NC -в другой.

Дальнейшее увеличение количества очередей позволяет более дифференцированно об­ служивать трафик, вплоть до рекомендуемых семи классов. Предложенная схема является только рекомендацией, администратор сети может делить трафик на классы по своему усмотрению.

Виртуальные локальные сети

Таблица 16.1. Классытрафика и количество очередей

Количество очередей

Классы трафика

{BE, ЕЕ, ВК, VO, CL, VI, NC}

{BE, ЕЕ, ВК}

{VO, CL, VI, NC}

{BE, ЕЕ, ВК}

Кроме того, допускается обслуживание индивидуальных потоков трафика, но при этом каждый коммутатор должен самостоятельно выделять поток из общего трафика, так как в кадре Ethernet нет поля для переноса через сеть метки потока. В качестве признака классатрафика можно использовать номер виртуальной сети. Этот признак можно также комбинировать со значениями поля приоритета кадра, получая большое число различных классов.

Резервирование и профилирование

Коммутаторылокальных сетей поддерживают методы резервирования пропускной способ­ ности интерфейсов для классов трафика или индивидуальных потоков. Обычно комму­ татор разрешает назначить классу или потоку минимальную скорость передачи данных, которая гарантируется в периоды перегрузок, а также максимальную скорость передачи данных, которая контролируется механизмом профилирования.

Для коммутаторов локальных сетей не существует стандартного протокола резервирования ресурсов. Поэтому для выполнения резервирования администратор сети должен сконфи­ гурировать каждый коммутатор сети отдельно.

При отсутствии гибкой фильтрации доступа к сети Интернет на долю ненужных и опасных сайтов, ежедневно посещаемых сотрудниками, приходится чуть ли не половина общего трафика.

Лидерами в списке нежелательных ресурсов являются социальные сети, порталы, выкладывающие контент непристойного содержания, серверы онлайновых игр, а также сайты, генерирующие так называемый "тяжелый" трафик и предлагающие посетителям загружать и просматривать видеоролики и флэш-баннеры.

Потенциальные угрозы, возникающие в результате посещения сотрудниками различных не относящихся к выполняемой ими работе сайтов, помимо нецелевого использования рабочего времени, могут выглядеть как:

  • чрезмерная нагрузка на сеть, вызванная неконтролируемым скачиванием сотрудниками объемных файлов из Интернет-сети. В случае, когда речь идет о постоянном или выделенном подключении с фиксированной скоростью канала от провайдера, просмотр или загрузка пользователями видеофайлов негативно скажется на распределении ресурсов сети и загрузке Интернет-канала в целом, а также на стоимости нецелевого трафика;
  • нерациональное использование ресурсов сети и рабочего времени в результате деятельности любителей онлайновых игр с видео- или голосовыми чатами;
  • неконтролируемые удаленные соединения сотрудников с рабочими серверами корпоративных сетей посредством VPN-соединений или утилит, связанные с риском заражения локальной сети вирусами, потенциально находящимися на удаленном компьютере;
  • снижение уровня безопасности корпоративной сети.

Чтобы обеспечить безопасность и целостность бизнеса, перекрыть каналы возможной утечки информации и повысить производительность работы сотрудников, необходимо управлять потоком Интернет-трафика, входящего в локальную сеть при помощи фильтрации Интернет-запросов. Запрещая при помощи настройки фильтров доступ к тем или иным ресурсам, можно решить вопросы снижения затрат на нецелевые Интернет-ресурсы, а также значительно уменьшить риск инфицирования внутренних ресурсов корпоративной сети.

Применение фильтрации в межсетевых экранах NetDefend D-Link рассмотрено в разделе "Функции IDP, WCF, AV" ("Фильтрация Web-содержимого (WCF)").

Виртуальные локальные сети VLAN

VLAN (Virtual Local Area Network – виртуальная локальная сеть). Виртуальной локальной сетью называется логическая группа устройств, имеющих возможность взаимодействовать между собой напрямую на канальном уровне, хотя физически при этом они могут быть подключены к разным сетевым коммутаторам. И наоборот, трафик устройств, находящихся в разных VLAN’ах, полностью изолирован от других узлов сети на канальном уровне, даже если они подключены к одному коммутатору. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сетями на основании MAC-адреса невозможна, независимо от типа адреса – уникального, группового или широковещательного.

VLAN’ы обладают следующими преимуществами:

  • гибкость внедрения – VLAN являются эффективным способом группировки сетевых пользователей в виртуальные рабочие группы, несмотря на их физическое размещение в сети;
  • применение VLAN обеспечивает возможность контроля широковещательных сообщений, что увеличивает полосу пропускания, доступную для пользователя;
  • применение VLAN позволяет повысить безопасность сети, определив с помощью фильтров, настроенных на коммутаторе или маршрутизаторе, политику взаимодействия пользователей из разных виртуальных сетей;

В системе NetDefendOS виртуальная локальная сеть может поддерживать один или несколько VLAN-интерфейсов, которые связаны с конкретным физическим интерфейсом. В межсетевых экранах NetDefend VLAN-интерфейсы рассматриваются как логические интерфейсы и могут обращаться к другим интерфейсам NetDefendOS с помощью наборов правил и таблиц маршрутизации. Виртуальные локальные сети, настроенные в межсетевых экранах серии DFL-xxx, функционируют на уровне L3.

VLAN применяется в нескольких случаях. Обычное применение – когда один Ethernet-интерфейс представлен как несколько интерфейсов. Это означает, что число физических Ethernet-портов на межсетевых экранах NetDefend не ограничивается числом соединений внешних сетей.

Виртуальные локальные сети также используются для группировки отдельных пользователей таким образом, чтобы их трафик был полностью отделен от других виртуальных локальных сетей. Под управлением NetDefendOS трафик может проходить между различными VLAN’ами и фильтроваться с помощью политик безопасности, предусмотренными правилами системы NetDefendOS.

Конфигурация VLAN системы NetDefendOS включает в себя комбинацию VLAN-каналов (trunk) от межсетевых экранов NetDefend до коммутаторов, интерфейсы которых настроены, как VLAN на основе портов (port based VLANs). Любой физический интерфейс межсетевого экрана может одновременно пропускать оба трафика – VLAN-трафик для одного или нескольких виртуальных локальных сетей и не- VLAN-трафик.

NetDefendOS полностью поддерживает стандарт IEEE 802.1Q для виртуальных локальных сетей, которые функционируют, добавляя к заголовку Ethernet-кадра идентификатор виртуальной локальной сети (VLAN ID). VLAN ID – это число от 0 до 4095, используемое для идентификации виртуальной локальной сети, которой принадлежит каждый фрейм. С применением такого механизма Ethernet-фреймы могут принадлежать разным виртуальным локальным сетям и при этом совместно использовать один физический интерфейс. В NetDefendOS одному физическому интерфейсу может назначаться уникальный VLAN ID и тот же самый VLAN ID может быть назначен другим физическим интерфейсам, т.е. одна и та же виртуальная сеть позволяет объединить компьютеры пользователей, подключенных к разным физическим интерфейсам (на рис. 6.1 – VLAN1 и VLAN2).


Рис. 6.1.

Один или несколько VLAN’ов настроены на физический интерфейс межсетевого экрана NetDefend и соединяются прямо с коммутатором. Это соединение работает как VLAN-канал (trunk). Коммутатор должен поддерживать тип port based VLANs. Конфигурация порта коммутатора, который соединяется с межсетевым экраном, должна быть настроена на прием VLAN ID, которые будут передаваться через VLAN-каналы (trunk).

Так же как в проводной локальной сети представлена возможность использования VLAN’ов, так и в беспроводной сети существуют механизмы разграничения беспроводных клиентов.

Виртуальные частные сети (VPN)

Интернет все чаще используется в качестве средства коммуникации между компьютерами, поскольку он предлагает эффективную и недорогую связь. Однако Интернет является сетью общего пользования и для того чтобы обеспечивать безопасную коммуникацию через него необходим некий механизм, удовлетворяющий как минимум следующим задачам:

  • конфиденциальность информации;
  • целостность данных;
  • доступность информации;

Этим требованиям удовлетворяет механизм, названный VPN (Virtual Private Network – виртуальная частная сеть) – обобщённое название технологий, позволяющих обеспечить одно или несколько сетевых соединений (логическую сеть) поверх другой сети (например, Интернет) с использованием средств криптографии (шифрования, аутентификации, инфраструктуры открытых ключей, средств для защиты от повторов и изменений передаваемых по логической сети сообщений).

Создание VPN не требует дополнительных инвестиций и позволяет отказаться от использования выделенных линий. В зависимости от применяемых протоколов и назначения, VPN может обеспечивать соединения трёх видов: хост-хост, хост-сеть и сеть-сеть .

Для наглядности представим следующий пример: предприятие имеет несколько территориально отдаленных филиалов и "мобильных" сотрудников, работающих дома или в разъезде. Необходимо объединить всех сотрудников предприятия в единую сеть. Самый простой способ – это поставить модемы в каждом филиале и организовывать связь по мере необходимости. Такое решение, однако, не всегда удобно и выгодно – порой нужна постоянная связь и большая пропускная способность. Для этого придется либо прокладывать выделенную линию между филиалами, либо арендовать их. И то и другое довольно дорого. И здесь в качестве альтернативы при построении единой защищенной сети можно применять VPN-подключения всех филиалов фирмы через Интернет и настройку VPN-средств на хостах сети.


Рис. 6.5.

В этом случае решаются многие проблемы – филиалы могут располагаться где угодно по всему миру.

Опасность здесь заключается в том, что, во-первых, открытая сеть доступна для атак со стороны злоумышленников всего мира. Во-вторых, по Интернету все данные передаются в открытом виде, и злоумышленники, взломав сеть, будут обладать всей информацией, передаваемой по сети. И, в-третьих, данные могут быть не только перехвачены, но и заменены в процессе передачи через сеть. Злоумышленник может, например, нарушить целостность баз данных, действуя от имени клиентов одного из доверенных филиалов.

Чтобы этого не произошло, в решениях VPN используются такие средства, как шифрование данных для обеспечения целостности и конфиденциальности, аутентификация и авторизация для проверки прав пользователя и разрешения доступа к виртуальной частной сети.

VPN-соединение всегда состоит из канала типа точка-точка, также известного под названием туннель . Туннель создаётся в незащищённой сети, в качестве которой чаще всего выступает Интернет.

Туннелирование (tunneling) или инкапсуляция (encapsulation) – это способ передачи полезной информации через промежуточную сеть. Такой информацией могут быть кадры (или пакеты) другого протокола. При инкапсуляции кадр не передается в том виде, в котором он был сгенерирован хостом-отправителем, а снабжается дополнительным заголовком, содержащим информацию о маршруте, позволяющую инкапсулированным пакетам проходить через промежуточную сеть (Интернет). На конце туннеля кадры деинкапсулируются и передаются получателю. Как правило, туннель создается двумя пограничными устройствами, размещенными в точках входа в публичную сеть. Одним из явных достоинств туннелирования является то, что данная технология позволяет зашифровать исходный пакет целиком, включая заголовок, в котором могут находиться данные, содержащие информацию, которую злоумышленники используют для взлома сети (например, IP-адреса, количество подсетей и т.д.).

Хотя VPN-туннель устанавливается между двумя точками, каждый узел может устанавливать дополнительные туннели с другими узлами. Для примера, когда трём удалённым станциям необходимо связаться с одним и тем же офисом, будет создано три отдельных VPN-туннеля к этому офису. Для всех туннелей узел на стороне офиса может быть одним и тем же. Это возможно благодаря тому, что узел может шифровать и расшифровывать данные от имени всей сети, как это показано на рисунке:

Пользователь устанавливает соединение с VPN-шлюзом, после чего пользователю открывается доступ к внутренней сети.

Внутри частной сети самого шифрования не происходит. Причина в том, что эта часть сети считается безопасной и находящейся под непосредственным контролем в противоположность Интернету. Это справедливо и при соединении офисов с помощью VPN-шлюзов. Таким образом, гарантируется шифрование только той информации, которая передаётся по небезопасному каналу между офисами.

Существует множество различных решений для построения виртуальных частных сетей. Наиболее известные и широко используемые протоколы – это:

  • PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) – этот протокол стал достаточно популярен благодаря его включению в операционные системы фирмы Microsoft.
  • L2TP (Layer-2 Tunneling Protocol) – сочетает в себе протокол L2F (Layer 2 Forwarding) и протокол PPTP. Как правило, используется в паре с IPSec.
  • IPSec (Internet Protocol Security) – официальный Интернет-стандарт, разработан сообществом IETF (Internet Engineering Task Force).

Перечисленные протоколы поддерживаются устройствами D-Link.

Протокол PPTP, в первую очередь, предназначен для виртуальных частных сетей, основанных на коммутируемых соединениях. Протокол позволяет организовать удаленный доступ, благодаря чему пользователи могут устанавливать коммутируемые соединения с Интернет-провайдерами и создавать защищенный туннель к своим корпоративным сетям. В отличие от IPSec, протокол PPTP изначально не предназначался для организации туннелей между локальными сетями. PPTP расширяет возможности PPP – протокола, расположенного на канальном уровне, который первоначально был разработан для инкапсуляции данных и их доставки по соединениям типа точка-точка.

Протокол PPTP позволяет создавать защищенные каналы для обмена данными по различным протоколам – IP, IPX, NetBEUI и др. Данные этих протоколов упаковываются в кадры PPP, инкапсулируются с помощью протокола PPTP в пакеты протокола IP. Далее они переносятся с помощью IP в зашифрованном виде через любую сеть TCP/IP. Принимающий узел извлекает из пакетов IP кадры PPP, а затем обрабатывает их стандартным способом, т.е. извлекает из кадра PPP пакет IP, IPX или NetBEUI и отправляет его по локальной сети. Таким образом, протокол PPTP создает соединение точка-точка в сети и по созданному защищенному каналу передает данные. Основное преимущество таких инкапсулирующих протоколов, как PPTP – это их многопротокольность. Т.е. защита данных на канальном уровне является прозрачной для протоколов сетевого и прикладного уровней. Поэтому, внутри сети в качестве транспорта можно использовать как протокол IP (как в случае VPN, основанного на IPSec), так и любой другой протокол.

В настоящее время за счет легкости реализации протокол PPTP широко используется как для получения надежного защищенного доступа к корпоративной сети, так и для доступа к сетям Интернет-провайдеров, когда клиенту требуется установить PPTP-соединение с Интернет-провайдером для получения доступа в Интернет.

Метод шифрования, применяемый в PPTP, специфицируется на уровне PPP. Обычно в качестве клиента PPP выступает настольный компьютер с операционной системой Microsoft, а в качестве протокола шифрования используется протокол Microsoft Point-to-Point Encryption (MPPE). Данный протокол основывается на стандарте RSA RC4 и поддерживает 40- или 128-разрядное шифрование. Для многих приложений такого уровня шифрования использование данного алгоритма вполне достаточно, хотя он и считается менее надежным, нежели ряд других алгоритмов шифрования, предлагаемых IPSec, в частности, 168-разрядный Triple-Data Encryption Standard (3DES).

Как происходит установление соединения PPTP?

PPTP инкапсулирует пакеты IP для передачи по IP-сети. Клиенты PPTP создают управляющее туннелем соединение, которое обеспечивает работоспособность канала. Этот процесс выполняется на транспортном уровне модели OSI. После создания туннеля компьютер-клиент и сервер начинают обмен служебными пакетами.

В дополнение к управляющему соединению PPTP создается соединение для пересылки данных по туннелю. Инкапсуляция данных перед отправкой в туннель включает два этапа. Сначала создается информационная часть PPP-кадра. Данные проходят сверху вниз, от прикладного уровня OSI до канального. Затем полученные данные отправляются вверх по модели OSI и инкапсулируются протоколами верхних уровней.

Данные с канального уровня достигают транспортного уровня. Однако информация не может быть отправлена по назначению, так как за это отвечает канальный уровень OSI. Поэтому PPTP шифрует поле полезной нагрузки пакета и берет на себя функции второго уровня, обычно принадлежащие PPP, т. е. добавляет к PPTP-пакету PPP-заголовок (header) и окончание (trailer). На этом создание кадра канального уровня заканчивается. Далее, PPTP инкапсулирует PPP-кадр в пакет Generic Routing Encapsulation (GRE), который принадлежит сетевому уровню. GRE инкапсулирует протоколы сетевого уровня, например IP, IPX, чтобы обеспечить возможность их передачи по IP-сетям. Однако применение только GRE-протокола не обеспечит установление сессии и безопасность данных. Для этого используется способность PPTP создавать соединение для управления туннелем. Применение GRE в качестве метода инкапсуляции ограничивает поле действия PPTP только сетями IP.

После того как кадр PPP был инкапсулирован в кадр с заголовком GRE, выполняется инкапсуляция в кадр с IP-заголовком. IP-заголовок содержит адреса отправителя и получателя пакета. В заключение PPTP добавляет PPP заголовок и окончание.

На рис. 6.7 показана структура данных для пересылки по туннелю PPTP:

Для организации VPN на основе PPTP не требуется больших затрат и сложных настроек: достаточно установить в центральном офисе сервер PPTP (решения PPTP существуют как для Windows, так и для Linux платформ), а на клиентских компьютерах выполнить необходимые настройки. Если же нужно объединить несколько филиалов, то вместо настройки PPTP на всех клиентских станциях лучше воспользоваться Интернет-маршрутизатором или межсетевым экраном с поддержкой PPTP: настройки осуществляются только на пограничном маршрутизаторе (межсетевом экране), подключенном к Интернету, для пользователей все абсолютно прозрачно. Примером таких устройств могут служить многофункциональные Интернет-маршрутизаторы серии DIR/DSR и межсетевые экраны серии DFL.

GRE-туннели

Generic Routing Encapsulation (GRE) – протокол инкапсуляции сетевых пакетов, обеспечивающий туннелирование трафика через сети без шифрования. Примеры использования GRE:

  • передача трафика (в том числе широковещательного) через оборудование, не поддерживающее определенный протокол;
  • туннелирование IPv6-трафика через сеть IPv4;
  • передача данных через публичные сети для реализации защищенного VPN-соединения.


Рис. 6.8.

Между двумя маршрутизаторами A и B ( рис. 6.8) находится несколько маршрутизаторов, GRE-туннель позволяет обеспечить соединение между локальными сетями 192.168.1.0/24 и 192.168.3.0/24 так, как если бы маршрутизаторы A и B были подключены напрямую.

Протокол L2TP появился в результате объединения протоколов PPTP и L2F. Главное достоинство протокола L2TP в том, что он позволяет создавать туннель не только в сетях IP, но и в сетях ATM, X.25 и Frame relay. L2TP применяет в качестве транспорта протокол UDP и использует одинаковый формат сообщений как для управления туннелем, так и для пересылки данных.

Как и в случае с PPTP, L2TP начинает сборку пакета для передачи в туннель с того, что к полю информационных данных PPP добавляется сначала заголовок PPP, затем заголовок L2TP. Полученный таким образом пакет инкапсулируется UDP. В зависимости от выбранного типа политики безопасности IPSec, L2TP может шифровать UDP-сообщения и добавлять к ним заголовок и окончание Encapsulating Security Payload (ESP), а также окончание IPSec Authentication (см. в разделе "L2TP over IPSec"). Затем производится инкапсуляция в IP. Добавляется IP-заголовок, содержащий адреса отправителя и получателя. В завершение L2TP выполняет вторую PPP-инкапсуляцию для подготовки данных к передаче. На рис. 6.9 показана структура данных для пересылки по туннелю L2TP.

Компьютер-получатель принимает данные, обрабатывает заголовок и окончание PPP, убирает заголовок IP. При помощи IPSec Authentication проводится аутентификация информационного поля IP, а ESP-заголовок IPSec помогает расшифровать пакет.

Далее компьютер обрабатывает заголовок UDP и использует заголовок L2TP для идентификации туннеля. Пакет PPP теперь содержит только полезные данные, которые обрабатываются или пересылаются указанному получателю.

IPsec (сокращение от IP Security) – набор протоколов для обеспечения защиты данных, передаваемых по межсетевому протоколу IP, позволяет осуществлять подтверждение подлинности и/или шифрование IP-пакетов. IPsec также включает в себя протоколы для защищённого обмена ключами в сети Интернет.

Безопасность IPSec достигается за счёт дополнительных протоколов, добавляющих к IP-пакету собственные заголовки – инкапсуляции. Т.к. IPSec – стандарт Интернет, то для него существуют документы RFC:

  • RFC 2401 (Security Architecture for the Internet Protocol) – архитектура защиты для протокола IP.
  • RFC 2402 (IP Authentication header) – аутентификационный заголовок IP.
  • RFC 2403 (The Use of HMAC-MD5-96 within ESP and AH) - использование алгоритма хэширования MD-5 для создания аутентификационного заголовка.
  • RFC 2404 (The Use of HMAC-SHA-1-96 within ESP and AH) – использование алгоритма хэширования SHA-1 для создания аутентификационного заголовка.
  • RFC 2405 (The ESP DES-CBC Cipher Algorithm With Explicit IV) – использование алгоритма шифрования DES.
  • RFC 2406 (IP Encapsulating Security Payload (ESP)) – шифрование данных.
  • RFC 2407 (The Internet IP Security Domain of Interpretation for ISAKMP) – область применения протокола управления ключами.
  • RFC 2408 (Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP)) – управление ключами и аутентификаторами защищенных соединений.
  • RFC 2409 (The Internet Key Exchange (IKE)) – обмен ключами.
  • RFC 2410 (The NULL Encryption Algorithm and Its Use With IPsec) – нулевой алгоритм шифрования и его использование.
  • RFC 2411 (IP Security Document Roadmap) – дальнейшее развитие стандарта.
  • RFC 2412 (The OAKLEY Key Determination Protocol) – проверка аутентичности ключа.

IPsec является неотъемлемой частью Интернет-протокола IPv6 и необязательным расширением версии Интернет-протокола IPv4.

Механизм IPSec решает следующие задачи:

  • аутентификацию пользователей или компьютеров при инициализации защищенного канала;
  • шифрование и аутентификацию данных, передаваемых между конечными точками защищенного канала;
  • автоматическое снабжение конечных точек канала секретными ключами, необходимыми для работы протоколов аутентификации и шифрования данных.

Компоненты IPSec

Протокол AH (Authentication Header) – протокол идентификации заголовка. Обеспечивает целостность путём проверки того, что ни один бит в защищаемой части пакета не был изменён во время передачи. Но использование AH может вызвать проблемы, например, при прохождении пакета через NAT устройство. NAT меняет IP-адрес пакета, чтобы разрешить доступ в Интернет с закрытого локального адреса. Т.к. пакет в таком случае изменится, то контрольная сумма AH станет неверной (для устранения этой проблемы разработан протокол NAT-Traversal (NAT-T), обеспечивающий передачу ESP через UDP и использующий в своей работе порт UDP 4500). Также стоит отметить, что AH разрабатывался только для обеспечения целостности. Он не гарантирует конфиденциальности путём шифрования содержимого пакета.

Протокол ESP (Encapsulation Security Payload) обеспечивает не только целостность и аутентификацию передаваемых данных, но еще и шифрование данных, а также защиту от ложного воспроизведения пакетов.

Протокол ESP – инкапсулирующий протокол безопасности, который обеспечивает и целостность, и конфиденциальность. В режиме транспорта ESP-заголовок находится между исходным IP-заголовком и заголовком TCP или UDP. В режиме туннеля ESP-заголовок размещается между новым IP-заголовком и полностью зашифрованным исходным IP-пакетом.

Т.к. оба протокола – AH и ESP – добавляют собственные заголовки IP, каждый из них имеет свой номер (ID) протокола, по которому можно определить, что последует за IP-заголовком. Каждый протокол, согласно IANA (Internet Assigned Numbers Authority – организация, ответственная за адресное пространство сети Интернет), имеет свой собственный номер (ID). Например, для TCP этот номер равен 6, а для UDP – 17. Поэтому, очень важно при работе через межсетевой экран настроить фильтры таким образом, чтобы пропускать пакеты с ID AH и/или ESP протокола.

Для того чтобы указать, что в заголовке IP присутствует AH, устанавливается ID протокола 51, а для ESP – номер 50.

ВНИМАНИЕ : ID протокола не то же самое, что номер порта.

Протокол IKE (Internet Key Exchange) – стандартный протокол IPsec, используемый для обеспечения безопасности взаимодействия в виртуальных частных сетях. Предназначение IKE – защищенное согласование и доставка идентифицированного материала для ассоциации безопасности (SA).

SA – это термин IPSec для обозначения соединения. Установленный SA (защищенный канал, называемый "безопасной ассоциацией" или "ассоциацией безопасности" – Security Association, SA) включает в себя разделяемый секретный ключ и набор криптографических алгоритмов.

Протокол IKE выполняет три основные задачи:

  • обеспечивает средства аутентификации между двумя конечными точками VPN;
  • устанавливает новые связи IPSec (создаёт пару SA);
  • управляет существующими связями.

IKE использует UDP-порт с номером 500. При использовании функции NAT Traversal, как упоминалось ранее, протокол IKE использует UDP-порт с номером 4500.

Обмен данными в IKE происходит в 2 фазы. В первой фазе устанавливается ассоциация SA IKE. При этом выполняется аутентификация конечных точек канала и выбираются параметры защиты данных, такие как алгоритм шифрования, сессионный ключ и др.

Во второй фазе SA IKE используется для согласования протокола (обычно IPSec).

При настроенном VPN-туннеле для каждого используемого протокола создаётся одна пара SA. SA создаются парами, т.к. каждая SA – это однонаправленное соединение, а данные необходимо передавать в двух направлениях. Полученные пары SA хранятся на каждом узле.

Так как каждый узел способен устанавливать несколько туннелей с другими узлами, каждый SA имеет уникальный номер, позволяющий определить, к какому узлу он относится. Этот номер называется SPI (Security Parameter Index) или индекс параметра безопасности .

SA храняться в базе данных (БД) SAD (Security Association Database).

Каждый узел IPSec также имеет вторую БД – SPD (Security Policy Database) – БД политики безопасности. Она содержит настроенную политику узла. Большинство VPN-решений разрешают создание нескольких политик с комбинациями подходящих алгоритмов для каждого узла, с которым нужно установить соединение.

Гибкость IPSec состоит в том, что для каждой задачи предлагается несколько способов ее решения, и методы, выбранные для одной задачи, обычно не зависят от методов реализации других задач. Вместе с тем, рабочая группа IETF определила базовый набор поддерживаемых функций и алгоритмов, который должен быть однотипно реализован во всех продуктах, поддерживающих IPSec. Механизмы AH и ESP могут использоваться с различными схемами аутентификации и шифрования, некоторые из которых являются обязательными. Например, в IPSec определяется, что пакеты аутентифицируются либо с помощью односторонней функции MD5, либо с помощью односторонней функции SHA-1, а шифрование осуществляется с использованием алгоритма DES. Производители продуктов, в которых работает IPSec, могут добавлять другие алгоритмы аутентификации и шифрования. Например, некоторые продукты поддерживают такие алгоритмы шифрования, как 3DES, Blowfish, Cast, RC5 и др.

Для шифрования данных в IPSec может быть применен любой симметричный алгоритм шифрования, использующий секретные ключи.

Протоколы защиты передаваемого потока (AH и ESP) могут работать в двух режимах – в транспортном режиме и в режиме туннелирования . При работе в транспортном режиме IPsec работает только с информацией транспортного уровня, т.е. шифруется только поле данных пакета, содержащего протоколы TCP / UDP (заголовок IP-пакета не изменяется (не шифруется)). Транспортный режим, как правило, используется для установления соединения между хостами.

В режиме туннелирования шифруется весь IP-пакет, включая заголовок сетевого уровня. Для того чтобы его можно было передать по сети, он помещается в другой IP-пакет. По существу, это защищённый IP-туннель. Туннельный режим может использоваться для подключения удалённых компьютеров к виртуальной частной сети (схема подключения "хост-сеть") или для организации безопасной передачи данных через открытые каналы связи (например, Интернет) между шлюзами для объединения разных частей виртуальной частной сети (схема подключения "сеть-сеть").

Режимы IPsec не являются взаимоисключающими. На одном и том же узле некоторые SA могут использовать транспортный режим, а другие – туннельный.

На фазе аутентификации вычисляется контрольная сумма ICV (Integrity Check Value) пакета. При этом предполагается, что оба узла знают секретный ключ, который позволяет получателю вычислить ICV и сравнить с результатом, присланным отправителем. Если сравнение ICV прошло успешно, считается, что отправитель пакета аутентифицирован.

В режиме транспорта AH

  • весь IP-пакет, за исключением некоторых полей в заголовке IP, которые могут быть изменены при передаче. Эти поля, значения которых для расчета ICV равняются 0, могут быть частью службы (Type of Service, TOS), флагами, смещением фрагмента, временем жизни (TTL), а также заголовком контрольной суммы;
  • все поля в AH;
  • полезные данные пакетов IP.

AH в режиме транспорта защищает IP-заголовок (за исключением полей, для которых разрешены изменения) и полезные данные в исходном IP-пакете (рисунок 3.39).

В туннельном режиме исходный пакет помещается в новый IP-пакет, и передача данных выполняется на основании заголовка нового IP-пакета.

Для туннельного режима AH при выполнении расчета в контрольную сумму ICV включаются следующие компоненты:

  • все поля внешнего заголовка IP, за исключением некоторых полей в заголовке IP, которые могут быть изменены при передаче. Эти поля, значения которых для расчета ICV равняются 0, могут быть частью службы (Type of Service, TOS), флагами, смещением фрагмента, временем жизни (TTL), а также заголовком контрольной суммы;
  • все поля AH;
  • исходный IP-пакет.

Как видно на следующей иллюстрации, режим туннелирования AH защищает весь исходный IP-пакет за счет дополнительного внешнего заголовка, который в режиме транспорта AH не используется:

В режиме транспорта ESP аутентифицирует не весь пакет, а обеспечивает защиту только полезных данных IP. Заголовок ESP в режиме транспорта ESP добавляется в IP-пакет сразу после заголовка IP, а окончание ESP (ESP Trailer), соответственно, добавляется после данных.

Режим транспорта ESP шифрует следующие части пакета:

  • полезные данные IP;
  • ESP Trailer.

Алгоритм шифрования, который использует режим шифрования цепочки блоков (Cipher Block Chaining, CBC) имеет незашифрованное поле между заголовком ESP и полезной нагрузкой. Это поле называется вектором инициализации IV (Initialization Vector) для расчета CBC, которое выполняется на получателе. Так как это поле используется для начала процесса расшифровки, оно не может быть зашифрованным. Несмотря на то, что у злоумышленника есть возможность просмотра IV, он никак не сможет расшифровать зашифрованную часть пакета без ключа шифрования. Для предотвращения злоумышленниками изменения вектора инициализации, он охраняется контрольной суммой ICV. В этом случае ICV выполняет следующие расчеты:

  • все поля в заголовке ESP;
  • полезные данные, включая открытый текст IV;
  • все поля в ESP Trailer, за исключением поля данных проверки подлинности.

Туннельный режим ESP инкапсулирует весь исходный IP-пакет в заголовок нового IP, заголовок ESP и ESP Trailer. Для того чтобы указать, что в заголовке IP присутствует ESP, устанавливается идентификатор протокола IP 50, причем исходный заголовок IP и полезные данные остаются без изменений. Как и в случае с туннельным режимом AH, внешний IP-заголовок базируется на конфигурации туннеля IPSec. В случае использования туннельного режима ESP область аутентификации IP-пакета показывает, где была поставлена подпись, удостоверяющая его целостность и подлинность, а зашифрованная часть показывает, что информация является защищенной и конфиденциальной. Исходный заголовок помещается после заголовка ESP. После того, как зашифрованная часть инкапсулируется в новый туннельный заголовок, который не зашифровывается, осуществляется передача IP-пакета. При отправке через общедоступную сеть такой пакет маршрутизируется на IP-адрес шлюза принимающей сети, а уже шлюз расшифровывает пакет и отбрасывает заголовок ESP с использованием исходного заголовка IP для последующей маршрутизации пакета на компьютер, находящийся во внутренней сети. Режим туннелирования ESP шифрует следующие части пакета:

  • исходный IP-пакет;
  • ESP Trailer.
  • Для туннельного режима ESP расчет ICV производится следующим образом:
  • все поля в заголовке ESP;
  • исходный IP-пакет, включая открытый текст IV;
  • все поля заголовка ESP, за исключением поля данных проверки подлинности.

Резюме по применению режимов IPSec:

  • Протокол – ESP (AH).
  • Режим – туннельный (транспортный).
  • Способ обмена ключами – IKE (ручной).
  • Режим IKE – main (aggressive).
  • Ключ DH – group 5 (group 2, group 1) – номер группы для выбора динамически создаваемых ключей сеанса, длина группы.
  • Аутентификация – SHA1 (SHA, MD5).
  • Шифрование – DES (3DES, Blowfish, AES).

При создании политики, как правило, возможно создание упорядоченного списка алгоритмов и Diffie-Hellman групп. Diffie-Hellman (DH) – протокол шифрования, используемый для установления общих секретных ключей для IKE, IPSec и PFS (Perfect Forward Secrecy – совершенная прямая секретность). В таком случае будет использована первая позиция, совпавшая на обоих узлах. Очень важно, чтобы всё в политике безопасности позволяло добиться этого совпадения. Если за исключением одной части политики всё остальное совпадает, узлы всё равно не смогут установить VPN-соединение. При настройке VPN-туннеля между различными системами нужно выяснить, какие алгоритмы поддерживаются каждой стороной, чтобы была возможность выбора наиболее безопасной политики из всех возможных.

Основные настройки, которые включает в себя политика безопасности:

  1. Симметричные алгоритмы для шифрования/дешифрования данных.
  2. Криптографические контрольные суммы для проверки целостности данных.
  3. Способ идентификации узла. Самые распространенные способы – это предустановленные ключи (pre-shared secrets) или СА-сертификаты.
  4. Использовать ли режим туннеля или режим транспорта.
  5. Какую использовать группу Diffie-Hellman (DH group 1 (768-bit); DH group 2 (1024-bit); DH group 5 (1536-bit)).
  6. Использовать ли AH, ESP, или оба вместе.
  7. Использовать ли PFS.

Ограничением IPSec является то, что он поддерживает только передачу данных на уровне протокола IP.

Существуют две основные схемы применения IPSec, отличающиеся ролью узлов, образующих защищенный канал.

В первой схеме защищенный канал образуется между конечными хостами сети. В этой схеме протокол IPSec защищает тот узел, на котором выполняется:


Рис. 6.13.

Во второй схеме защищенный канал устанавливается между двумя шлюзами безопасности. Эти шлюзы принимают данные от конечных хостов, подключенных к сетям, расположенным за шлюзами. Конечные хосты в этом случае не поддерживают протокол IPSec, трафик, направляемый в публичную сеть, проходит через шлюз безопасности, который выполняет защиту от своего имени.

Для хостов, поддерживающих IPSec, возможно использование как транспортного, так и туннельного режимов. Для шлюзов разрешается использование только туннельного режима.

Установка и поддержка VPN

Как упоминалось выше, установка и поддержка VPN-туннеля выполняется в два этапа. На первом этапе (фазе) два узла договариваются о методе идентификации, алгоритме шифрования, хэш-алгоритме и группе Diffie-Hellman. Они также идентифицируют друг друга. Всё это может пройти в результате обмена тремя нешифрованными сообщениями (т.н. агрессивный режим, Aggressive mode ) или шестью сообщениями, с обменом зашифрованной информацией об идентификации (стандартный режим, Main mode ).

В режиме Main Mode обеспечивается возможность согласований всех параметров конфигурации устройств отправителя и получателя, в то время как в режиме Aggressive Mode такой возможности нет, и некоторые параметры (группа Diffie-Hellman, алгоритмы шифрования и аутентификации, PFS) должны быть заранее одинаково настроены на каждом устройстве. Однако, в данном режиме меньше и число обменов, и число пересылаемых при этом пакетов, в результате чего требуется меньше времени для установки сеанса IPSec.

Предполагая, что операция завершилась успешно, создаётся SA первой фазы – Phase 1 SA (также называемый IKE SA ) и процесс переходит ко второй фазе.

На втором этапе генерируются данные ключей, узлы договариваются об используемой политике. Этот режим, также называемый быстрым режимом (Quick mode), отличается от первой фазы тем, что может установиться только после первого этапа, когда все пакеты второй фазы шифруются. Правильное завершение второй фазы приводит к появлению Phase 2 SA или IPSec SA и на этом установка туннеля считается завершённой.

Сначала на узел прибывает пакет с адресом назначения в другой сети, и узел инициирует первую фазу с тем узлом, который отвечает за другую сеть. Допустим, туннель между узлами был успешно установлен и ожидает пакеты. Однако узлам необходимо переидентифицировать друг друга и сравнить политику по прошествие определённого периода времени. Этот период называется время жизни Phase One или IKE SA lifetime .

Узлы также должны сменить ключ для шифрования данных через отрезок времени, который называется временем жизни Phase Two или IPSec SA lifetime .

Phase Two lifetime короче, чем у первой фазы, т.к. ключ необходимо менять чаще. Нужно задать одинаковые параметры времени жизни для обоих узлов. Если не выполнить этого, то возможен вариант, когда изначально туннель будет установлен успешно, но по истечении первого несогласованного промежутка времени жизни связь прервётся. Проблемы могут возникнуть и в том случае, когда время жизни первой фазы меньше аналогичного параметра второй фазы. Если настроенный ранее туннель прекращает работу, то первое, что нуждается в проверке – это время жизни на обоих узлах.

Еще следует отметить, что при смене политики на одном из узлов изменения вступят в силу только при следующем наступлении первой фазы. Чтобы изменения вступили в силу немедленно, надо убрать SA для этого туннеля из базы данных SAD. Это вызовет пересмотр соглашения между узлами с новыми настройками политики безопасности.

Иногда при настройке IPSec-туннеля между оборудованием разных производителей возникают затруднения, связанные с согласованием параметров при установлении первой фазы. Следует обратить внимание на такой параметр, как Local ID – это уникальный идентификатор конечной точки туннеля (отправителя и получателя). Особенно это важно при создании нескольких туннелей и использовании протокола NAT Traversal.

Dead Peer Detection

В процессе работы VPN, при отсутствии трафика между конечными точками туннеля, или при изменении исходных данных удалённого узла (например, смена динамически назначенного IP-адреса), может возникнуть ситуация, когда туннель по сути таковым уже не является, становясь как бы туннелем-призраком. Для того чтобы поддерживать постоянную готовность к обмену данными в созданном IPSec-туннеле, механизм IKE (описанный в RFC 3706) позволяет контролировать наличие трафика от удалённого узла туннеля, и в случае его отсутствия на протяжении установленного времени, посылается hello- сообщение (в межсетевых экранах D-Link посылается сообщение "DPD-R-U-THERE"). При отсутствии ответа на это сообщение в течение определённого времени, в межсетевых экранах D-Link заданного настройками "DPD Expire Time", туннель демонтируется. Межсетевые экраны D-Link после этого, используя настройки "DPD Keep Time" ( рис. 6.18), автоматически пытаются восстановить туннель.

Протокол NAT Traversal

IPsec-трафик может маршрутизироваться по тем же правилам, что и остальные IP-протоколы, но так как маршрутизатор не всегда может извлечь информацию, характерную для протоколов транспортного уровня, то прохождение IPsec через NAT-шлюзы невозможно. Как упоминалось ранее, для решения этой проблемы IETF определила способ инкапсуляции ESP в UDP, получивший название NAT-T (NAT Traversal).

Протокол NAT Traversal инкапсулирует трафик IPSec и одновременно создает пакеты UDP, которые NAT корректно пересылает. Для этого NAT-T помещает дополнительный заголовок UDP перед пакетом IPSec, чтобы он во всей сети обрабатывался как обычный пакет UDP и хост получателя не проводил никаких проверок целостности. После поступления пакета по месту назначения заголовок UDP удаляется, и пакет данных продолжает свой дальнейший путь как инкапсулированный пакет IPSec. Таким образом, с помощью механизма NAT-T возможно установление связи между клиентами IPSec в защищённых сетях и общедоступными хостами IPSec через межсетевые экраны.

При настройке межсетевых экранов D-Link в устройстве-получателе нужно отметить два пункта:

  • в полях Remote Network и Remote Endpoint указать сеть и IP-адрес удаленного устройства-отправителя. Необходимо разрешить преобразование IP-адреса инициатора (отправителя) с помощью технологии NAT (рисунок 3.48).
  • при использовании общих ключей с несколькими туннелями, подключенными к одному удаленному межсетевому экрану, которые были преобразованы с помощью NAT в один и тот же адрес, важно убедиться в том, что Local ID является уникальным для каждого туннеля.

Local ID может быть одним из:

  • Auto – в качестве локального идентификатора используется IP-адрес интерфейса исходящего трафика.
  • IP – IP-адрес WAN-порта удаленного межсетевого экрана
  • DNS – DNS-адрес
  • Email – Email

IPSec в межсетевых экранах D-Link

Межсетевые экраны NetDefend позволяют создавать IPSec-туннели на основе IKE-ключей и сертификатов.

Использование ключей (Pre-Shared Key)

При минимальных настройках для работы VPN-сервера необходимо:

  • Создать объекты (в папке Objects ):
    • IP-адрес удаленной точки (например, IPSec_remote_endpoint) и удаленной сети (например, IPSec_remote_net);
    • ключ Pre-shared Key (Autentication Objects) , объект IKE Algorithms и объект IPSec Algorithms (VPN Objects) . По умолчанию в DFL объекты IKE Algorithms , IPSec Algorithms и алгоритмы шифрования и хеширования уже заданы, но можно изменить или добавить алгоритмы, которые могут быть использованы при обмене ключами (IKE Algorithms) и самом шифровании трафика (IPSec Algorithms).
  • Создать IPSec Tunnel (в папке Interfaces ).
  • Создать разрешающие правила (в папке IP Rules ) для доступа трафика из туннеля во внутреннюю сеть и обратно.

Использование сертификатов (Certificates)

Сертификаты X.509 базируются на методе шифрования с открытым ключом. Каждый сертификат наряду с другой информацией (сроком действия, именем владельца и т.п.) содержит публичный ключ. Секретный ключ владелец сохраняет в отдельном файле.

Сертификаты подписываются центром Certificate Authority (CA), что позволяет подтвердить подлинность сертификата, информации, содержащейся в сертификате и, в конечном итоге, удаленного хоста. Подлинность CA проверяется в соответствии с его свидетельством, которое является общедоступным.

Сертификаты являются цифровым подтверждением личности и могут быть использованы для аутентификации индивидуальных пользователей или других конечных пользователей. Для установки VPN-туннеля с аутентификацией по сертификатам межсетевому экрану необходимо иметь собственный сертификат и сертификат удаленного межсетевого экрана. Эти сертификаты могут быть либо самоподписанными, либо подписаны центром сертификации (CA).

При установке VPN-туннеля межсетевой экран должен знать, кому он должен доверять. При использовании заранее распределенных ключей все просто. Межсетевой экран доверяет всем, у кого есть такой же ключ. В случае использования сертификатов межсетевой экран должен доверять всем, чей сертификат подписан данным CA. Прежде чем сертификат будет принят, выполняются следующие действия для проверки подлинности сертификата:

  • создается путь сертификации к корневому CA, которому доверяют;
  • проверяются подписи всех сертификатов в пути сертификации.

Обычно VPN-туннель устанавливается, если сертификат удаленного узла, подписанный CA, представлен в поле Root certificates во вкладке Authentication в меню созданного VPN-туннеля. Однако в некоторых случаях возникает необходимость ограничить тех, кто может устанавливать VPN-туннель даже среди узлов, подписанных тем же CA. Список личностей может быть выбран в поле Identification List Различие этих двух режимов в том, что Aggressive mode передаст большее количество информации в меньшем количестве пакетов (сокращается время соединения (создания IPSec-туннеля)), но он не обеспечивает защиту подлинности.

  • Группа ключей DH IKE (IKE DH Group) . DH – Diffie-Hellman – криптографический протокол, который позволяет двум сторонам, общающимся через небезопасную сеть (например, Интернет), сгенерировать общий секретный ключ, который впоследствии будет использоваться для шифрования данных между этими сторонами.

    Криптостойкость алгоритма определяется размером ключа: 1 (768 bit), 2 (1024 bit) или 5 (1536 bit). Размер ключа DH группы 1 равен 768 бит. Размер ключа DH группы 2 равен 1024 бит. Размер ключа DH группы 5 равен 1536 бит. Чем выше группа, тем более криптоскойким становится алгоритм, и тем больше ресурсов процессора он потребляет.

  • PFS (Perfect Forward Secrecy – совершенная прямая секретность) – дополнительное шифрование при обмене ключами во второй фазе.

    Если функция PFS включена, для каждого согласования на второй фазе будет выполняться новый обмен по протоколу Diffie-Hellman, обеспечивая новые данные для ключей. В результате чего система обладает большей устойчивостью в отношении криптографических атак. Если один ключ будет взломан, другой ключ не сможет быть получен при использовании той же информации. При этом увеличивается загрузка процессора и снижается общая производительность системы.

  • NAT Traversal используется в случае, если оба устройства, устанавливающие IPSec-туннель, работают под NAT’ом. Возможен выбор опций:

    Disabled – межсетевой экран не будет отправлять идентификатор "vendor ID".

    On if supported and NATed – если одно из устройств IPSec-туннеля работает под NAT’ом и DFL сообщает об этом второму устройству, отправляя идентификатор "vendor ID".

    On if supported – всегда использовать NAT, когда устанавливается туннель.

  • Keep-alive отправляет сообщения "ping" в том случае, если одно устройство при отправке данных по туннелю не получает отклика от второго устройства. Возможен выбор опций:

    Disable – механизм Keep-alive отключен

    Auto – межсетевой экран будет отправлять сообщения ping ICMP на IP-адреса, автоматически найденные в параметрах туннеля VPN.

  • ("
    Понравилось? Лайкни нас на Facebook