Tiểu luận môn mạng máy tính Tìm hiểu về Virtual Private Network (VPN)

Thay vì dùng kết nối thật khá phức tạp như đường dây thuê bao số, VPN tạo ra các liên kết ảo được truyền qua Internet giữa mạng riêng của một tổ chức với địa điểm hoặc người sử dụng ở xa

Môn: Mạng máy tính

Đề tài: Tìm hiểu về Virtual Private Network

(VPN)

• Nhóm: BQV

Mở đầu

Hiện nay nền kinh tế nước ta đang trên con đường phát triển mạnh, các doanh nghiệp, công ty có xu hướng mở chi nhánh phân bố các nơi khác nhau Điều đó đã thu của các doanh nghiệp một khoản chi phí không nhỏ Vì thế một vấn đề cấp thiết đặt ra là phải thiết kế một mạng máy tính có khả năng tăng cường thông tin từ xa trên địa bàn hoạt động rộng (trên toàn quốc hay toàn cầu) ngoài ra tài nguyên ở trung tâm có thể kết nối đến từ nhiều nguồn để tiết kiệm được chi phí và thời gian VPN ra đời đáp ứng tất cả các yêu cầu trên

Cụm từ Virtual Private Network hay tạm dịch là mạng riêng ảo, thường gọi tắt là VPN, thực sự bùng nổ vào năm 1997 và càng ngày càng có nhiều nhà cung cấp đưa ra những giải pháp riêng về VPN cho những khách hang của họ, trên các tạp chí chuyên đề, trên Internet, ở đâu chúng ta cũng có thể bắt gặp những bài báo, những hội thảo lien quan đến VPN cũng như các sản phẩm hỗ trợ cho VPN Do đó VPN có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế hiện nay và trong tương lai Tuy nhiên nó lại chưa được biết đến đầy đủ và chi tiết, vì vậy nhóm em quyết định chọn đề tài về VPN ứng dụng trong doanh nghiệp để tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này.Trong bài thuyết trình này chúng ta sẽ xem xét đến những cấn đề cơ bản về VPN, các loại hình VPN, lợi ích mà nó đem lại, cùng với một số vấn đề

có liên quan

Do đó VPN có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế hiện nay và trong tương lai Tuy nhiên nó lại chưa được biết đến đầy đủ và chi tiết, vì vậy nhóm em quyết định chọn

đề tài về VPN ứng dụng trong doanh nghiệp để tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này

Nội dung

1 Khái niệm

VPN được hiểu đơn giản như là sự mở rộng của một mạng riêng (Private

Network) thông qua các mạng công cộng.Về cơ bản, VPN là một mạng riêng sử dụng

hệ thống mạng công cộng (thường là Internet) để kết nối các địa điểm hoặc người sử dụng từ xa với một mạng LAN ở trụ sở trung tâm Thay vì dùng kết nối thật khá phức tạp như đường dây thuê bao số, VPN tạo ra các liên kết ảo được truyền qua Internet giữa mạng riêng của một tổ chức với địa điểm hoặc người sử dụng ở xa

Trước đây,để truy cập từ xa vào hệ thống mạng,người ta thường sừ dụng phương thức Remote Access quay số dựa trên mạng điện thoại.Phương thức này vừa tốn kém vừa không an toàn

VPN cho phép các máy tính truyền thông với nhau thông qua một môi trường chia sẻ như mạng Internet nhưng vẫn đảm bảo được tính riêng tư và bảo mật dữ liệu Giải pháp VPN (Virtual Private Network) được thiết kế cho những tổ chức có xu hướng tăng cường thông tin từ xa vì địa bàn hoạt động rộng (trên toàn quốc hay toàn cầu) Tài nguyên ở trung tâm có thể kết nối đến từ nhiều nguồn nên tiết kiệm được được chi phí và thời gian

Để cung cấp kết nối giữa các máy tính, các gói thông tin được bao bọc bằng một header có chứa những thông tin định tuyến, cho phép dữ liệu có thể gửi từ máy truyền qua môi trường mạng chia sẻ và đến được máy nhận, như truyền trên các đường ống riêng được gọi là tunnel Để bảo đảm tính riêng tư và bảo mật trên môi trường chia sẻ này, các gói tin được mã hoá và chỉ có thể giải mã với những khóa thích hợp, ngăn ngừa trường hợp "trộm" gói tin trên đường truyền

Một mạng VPN điển hình bao gồm mạng LAN chính tại trụ sở (Văn phòng chính), các mạng LAN khác tại những văn phòng

từ xa, các điểm kết nối (như 'Văn phòng' tại gia) hoặc người sử dụng (Nhân viên di động) truy cập đến từ bên ngoài

Nếu bạn muốn vào Facebook và các website bị chặn khác ở VN thì HotspotShield là giải pháp tối ưu nhất Đó là một chương trình mạng riêng ảo VPN client miễn phí giúp địa chỉ IP của bạn ẩn dưới 1 IP khác của Mỹ để kết nối vào mạng và hoàn toàn bảo mật Chúng ta có thể vào các website bị chặn một cách

dễ dàng với tốc độ không hề thay đổi như khi không dùng

Hotspot Shield

2 Đặc điểm- Chức năng của VPN

 Đặc điểm của VPN:

- Bảo mật (security): các dữ liệu quan trọng sẽ được che giấu đối với những người không có quyền truy cập và cho phép truy cập đối với những người dùng có quyền truy cập

- Tin cậy (reliability): ngăn không cho một ai đó đọc hay sao chép dữ liệu khi dữ liệu được truyền đi qua mạng Internet

- Khả năng mở rộng (scalability): dễ mở rộng, nâng cấp

- Khả năng quản trị hệ thống mạng (network management): thuận tiện

- Khả năng quản trị chính sách (policy management): tốt

 VPN cung cấp ba chức năng chính :

 Xác thực nguồn gốc (Origin Authentication): Người nhận có thể xác thực nguồn gốc của gói dữ liệu, đảm bảo và công nhận nguồn thông tin

 Tínhtoàn vẹn dữ liệu (Data Integrity): Người nhận có thể kiểm tra rằng dữ liệu đã được truyền qua mạng Internet mà không có sự thay đổi nào

 Sự bảo mật (Confidentiality): Người gửi có thể mã hóa các gói dữ liệu trước khi truyền chúng ngang qua mạng Bằng cách làm như vậy, không một ai có thể truy nhập thong tin mà không được phép, mà nếu lấy được thông tin cũng không đọc được vì thông tin đã được mã hóa

3 Các loại VPN

Có hai loại phổ biến hiện nay là VPN truy cập từ xa (Remote-Access ) và VPN điểm-nối-điểm (site-to-site)

a) VPN truy cập từ xa còn được gọi là mạng Dial-up riêng ảo (VPDN), là một kết nối

người dùng-đến-LAN, thường là nhu cầu của một tổ chức có nhiều nhân viên cần

liên hệ với mạng riêng của mình từ rất nhiều địa điểm ở xa Ví dụ như công ty muốn thiết lập một VPN lớn phải cần đến một nhà cung cấp dịch vụ doanh nghiệp (ESP) ESP này tạo ra một máy chủ truy cập mạng (NAS) và cung cấp cho những người sử dụng từ xa một phần mềm máy khách cho máy tính của họ Sau đó, người sử dụng

có thể gọi một số miễn phí để liên hệ với NAS và dùng phần mềm VPN máy khách

để truy cập vào mạng riêng của công ty Loại VPN này cho phép các kết nối an toàn,

có mật mã

Hình minh họa cho thấy kết nối giữa Văn phòng chính và "Văn phòng" tại gia hoặc nhân viên di động là loại VPN truy cập từ xa)

b) VPN điểm-nối-điểm là việc sử dụng mật mã dành cho nhiều người để kết nối nhiều

điểm cố định với nhau thông qua một mạng công cộng như Internet Loại này có thể dựa trên Intranet hoặc Extranet

Loại dựa trên Intranet: Nếu một công ty có vài địa điểm từ xa muốn tham gia vào một mạng riêng duy nhất, họ có thể tạo ra một VPN intranet (VPN nội bộ) để nối LAN với LAN

Loại dựa trên Extranet: Khi một công ty có mối quan hệ mật thiết với một công ty khác (ví dụ như đối tác cung cấp, khách hàng ), họ có thể xây dựng một VPN extranet (VPN mở rộng) kết nối LAN với LAN để nhiều tổ chức khác nhau có thể làm việc trên một môi trường chung

4 Các phương pháp bảo mật trong VPN

a) Tường lửa (firewall) là rào chắn vững chắc giữa mạng riêng và Internet Bạn có

thể thiết lập các tường lửa để hạn chế số lượng cổng mở, loại gói tin và giao thức được chuyển qua Một số sản phẩm dùng cho VPN như router 1700 của Cisco có thể nâng cấp để gộp những tính năng của tường lửa bằng cách chạy hệ điều hành Internet Cisco IOS thích hợp Tốt nhất là hãy cài tường lửa thật tốt trước khi thiết lập VPN

b) Mật mã truy cập là khi một máy tính mã hóa dữ liệu và gửi nó tới một máy tính

khác thì chỉ có máy đó mới giải mã được Có hai loại là mật mã riêng và mật mã chung

- Mật mã riêng (Symmetric-Key Encryption): Mỗi máy tính đều có một mã bí mật

để mã hóa gói tin trước khi gửi tới máy tính khác trong mạng Mã riêng yêu cầu bạn phải biết mình đang liên hệ với những máy tính nào để có thể cài mã lên đó,

để máy tính của người nhận có thể giải mã được

- Mật mã chung (Public-Key Encryption) kết hợp mã riêng và một mã công cộng

Mã riêng này chỉ có máy của bạn nhận biết, còn mã chung thì do máy của bạn cấp cho bất kỳ máy nào muốn liên hệ (một cách an toàn) với nó Để giải mã một message, máy tính phải dùng mã chung được máy tính nguồn cung cấp, đồng thời cần đến mã riêng của nó nữa Có một ứng dụng loại này được dùng rất phổ biến là Pretty Good Privacy (PGP), cho phép bạn mã hóa hầu như bất cứ thứ gì

c) Giao thức bảo mật giao thức Internet (IPSec) cung cấp những tính năng an ninh

cao cấp như các thuật toán mã hóa tốt hơn, quá trình thẩm định quyền đăng nhập toàn diện hơn

IPSec có hai cơ chế mã hóa là Tunnel và Transport.Tunnel mã hóa tiêu đề (header) và kích thước của mỗi gói tin còn Transport chỉ mã hóa kích thước.Chỉ những hệ thống nào hỗ trợ IPSec mới có thể tận dụng được giao thức này Ngoài

ra, tất cả các thiết bị phải sử dụng một mã khóa chung và các tường lửa trên mỗi

hệ thống phải có các thiết lập bảo mật giống nhau IPSec có thể mã hóa dữ liệu giữa nhiều thiết bị khác nhau như router với router, firewall với router, PC với router, PC với máy chủ

d) Máy chủ AAA

AAA là viết tắt của ba chữ Authentication (thẩm định quyền truy cập), Authorization (cho phép) và Accounting (kiểm soát) Các server này được dùng để đảm bảo truy cập an toàn hơn Khi yêu cầu thiết lập một kết nối được gửi tới từ máy khách, nó sẽ phải qua máy chủ AAA để kiểm tra Các thông tin về những hoạt động của người sử dụng là hết sức cần thiết để theo dõi vì mục đích an toàn

5 Sản phẩm công nghệ dành cho VPN

Tùy vào loại VPN (truy cập từ xa hay điểm-nối-điểm), bạn sẽ cần phải cài đặt những bộ phận hợp thành nào đó để thiết lập mạng riêng ảo Đó có thể là:

- Phần mềm cho desktop của máy khách dành cho người sử dụng từ xa

- Phần cứng cao cấp như bộ xử lý trung tâm VPN hoặc firewall bảo mật PIX

- Server VPN cao cấp dành cho dịch vụ Dial-up

- NAS (máy chủ truy cập mạng) do nhà cung cấp sử dụng để phục vụ người sử dụng

từ xa

- Mạng VPN và trung tâm quản lý

a) Bộ xử lý trung tâm VPN

Có nhiều loại máy xử lý VPN của các hãng khác nhau, nhưng sản phẩm của Cisco tỏ ra vượt trội ở một số tính năng.Tích hợp các kỹ thuật mã hóa và thẩm định quyền truy cập cao cấp nhất hiện nay, máy xử lý VPN được thiết kế chuyên biệt cho loại mạng

này.Chúng chứa các module xử lý mã hóa SEP, cho phép người sử dụng dễ dàng tăng dung lượng và số lượng gói tin truyền tải.Dòng sản phẩm có các model thích hợp cho các

mô hình doanh nghiệp từ nhỏ đến lớn (từ100 cho đến 10.000 điểm kết nối từ xa truy cập cùng lúc)

Bộ xử lý trung tâm VPN số hiệu 3000 của hãng

Cisco

b) Router dùng cho VPN

Thiết bị này cung cấp các tính năng truyền dẫn, bảo mật Dựa trên hệ điều hành Internet IOS của mình, hãng Cisco phát triển loại router thích hợp cho mọi trường hợp, từ truy cập nhà-tới-văn phòng cho đến nhu cầu của các doanh nghiệp quy mô lớn

c) Tường lửa PIX của Cisco

Firewall trao đổi Internet riêng (Private Internet Exchange) bao gồm một cơ chế dịch địa chỉ mạng rất mạnh, máy chủ proxy, bộ lọc gói tin, các tính năng VPN và chặn truy cập bất hợp pháp

Thay vì dùng IOS, thiết bị này có hệ điều hành với khả năng tổ chức cao, xoay sở được với nhiều giao thức, hoạt động rất mạnh bằng cách tập trung vào IP

6 VPN Tunneling

Hầu hết các VPN đều dựa vào kỹ thuật gọi là Tunneling để tạo ra một mạng riêng trên nền Internet Về bản chất, đây là quá trình đặt toàn bộ gói tin vào trong một lớp header (tiêu đề) chứa thông tin định tuyến có thể truyền qua hệ thống mạng trung gian theo những "đường ống" riêng (tunnel)

Khi gói tin được truyền đến đích, chúng được tách lớp header và chuyển đến các máy trạm cuối cùng cần nhận dữ liệu Để thiết lập kết nối Tunnel, máy khách và máy chủ phải

sử dụng chung một giao thức (tunnel protocol)

Giao thức của gói tin bọc ngoài được cả mạng và hai điểm đầu cuối nhận biết.Hai điểm đầu cuối này được gọi là giao diện Tunnel (tunnel interface), nơi gói tin đi vào và đi

ra trong mạng

 Kỹ thuật Tunneling yêu cầu 3 giao thức khác nhau:

 Giao thức truyền tải (Carrier Protocol) là giao thức được sử dụng bởi mạng có thông tin đang đi qua

 Giao thức mã hóa dữ liệu (Encapsulating Protocol) là giao thức (như GRE, IPSec, L2F, PPTP, L2TP) được bọc quanh gói dữ liệu gốc

 Giao thức gói tin (Passenger Protocol) là giao thức của dữ liệu gốc được truyền đi (như IPX, NetBeui, IP)

Người dùng có thể đặt một gói tin sử dụng giao thức không được hỗ trợ trên Internet (như NetBeui) bên trong một gói IP và gửi nó an toàn qua Internet Hoặc, họ

có thể đặt một gói tin dùng địa chỉ IP riêng (không định tuyến) bên trong một gói khác dùng địa chỉ IP chung (định tuyến) để mở rộng một mạng riêng trên Internet

 Kỹ thuật Tunneling trong mạng VPN điểm-nối điểm

Trong VPN loại này, giao thức mã hóa định tuyến GRE (Generic Routing Encapsulation) cung cấp cơ cấu "đóng gói" giao thức gói tin (Passenger Protocol) để truyền đi trên giao thức truyền tải (Carier Protocol).Nó bao gồm thông tin về loại gói tin mà bạn đang mã hóa và thông tin về kết nối giữa máy chủ với máy khách.Nhưng IPSec trong cơ chế Tunnel, thay vì dùng GRE, đôi khi lại đóng vai trò là giao thức mã hóa.IPSec hoạt động tốt trên cả hai loại mạng VPN truy cập từ xa và điểm-

nối-điểm.Tất nhiên, nó phải được hỗ trợ ở cả hai giao diện Tunnel

Trong mô hình này, gói tin được chuyển từ một máy tính ở văn phòng chính qua máy chủ truy cập, tới router (tại đây giao thức mã hóa GRE diễn ra), qua Tunnel để tới máy tính của văn phòng từ xa

 Kỹ thuật Tunneling trong mạng VPN truy cập từ xa

Với loại VPN này, Tunneling thường dùng giao thức điểm-nối-điểm PPP (Point-to-Point Protocol) Là một phần của TCP/IP, PPP đóng vai trò truyền tải cho các giao thức IP khác khi liên hệ trên mạng giữa máy chủ và máy truy cập từ xa Nói tóm lại, kỹ thuật Tunneling cho mạng VPN truy cập từ xa phụ thuộc vào PPP

Các giao thức dưới đây được thiết lập dựa trên cấu trúc cơ bản của PPP và dùng trong mạng VPN truy cập từ xa

 L2F (Layer 2 Forwarding) được Cisco phát triển L2 F dùng bất kỳ cơ chế thẩm

định quyền truy cập nào được PPP hỗ trợ

 PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) được tập đoàn PPTP Forum phát triển

Giao thức này hỗ trợ mã hóa 40 bit và 128 bit, dùng bất kỳ cơ chế thẩm định quyền truy cập nào được PPP hỗ trợ

 L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) là sản phẩm của sự hợp tác giữa các thành

viên PPTP Forum, Cisco và IETF Kết hợp các tính năng của cả PPTP và L2F, L2TP cũng hỗ trợ đầy đủ IPSec L2TP có thể được sử dụng làm giao thức

Tunneling cho mạng VPN điểm-nối-điểm và VPN truy cập từ xa Trên thực tế, L2TP có thể tạo ra một tunnel giữa máy khách và router, NAS và router, router và router So với PPTP thì L2TP có nhiều đặc tính mạnh và an toàn hơn

7 Ưu-nhược điểm của VPN

i Ưu điểm:

- Giảm chi phí thiết lập:

VPN có giá thành thấp hơn rất nhiều so với các giải pháp truyền tin truyền thống như Frame Relay, ATM, hay ISDN Lý do là VPN đã loại bỏ các kết nối khoảng cách xa bằng cách thay thế chúng bằng các kết nối nội bộ và mạng truyền tải như ISP, hay ISP's Point of Presence (POP)

- Giảm chi phí vận hành quản lý:

Bằng cách giảm chi phí viễn thông khoảng cách xa, VPN cũng giảm chi phí vận hành mạng WAN một cách đáng kể Ngoài ra các tổ chức cũng có thể giảm được tổng chi phí thêm nếu các thiết bị mạng WAN dử dụng trong VPNs được quản lý bởi ISP Một nguyên nhân nữa giúp làm giảm chi phí vận hành là nhân sự, tố chức không mất chi phí để đào tạo và trả cho nhiều người người quản lý mạng

- Nâng cao kết nối (Enhanced connectivity):

VPN sử dụng mạng Internet cho kết nối nội bộ giữa các phần xa nhau của intranet

Do Internet có thể được truy cập toàn cầu, do đó ở bất cứ các chi nhánh ở xa nào thì người sử dụng cũng có thể kết nối dễ dàng với mạng intranet chính

- Bảo mật:

Bởi vì VPN sử dụng kĩ thuật tunneling để truyền dữ liệu thông qua mạng công cộng cho nên tính bảo mật cũng được cải thiện.Thêm vào đó, VPN sử dụng thêm các phương pháp tăng cường bảo mật như mã hóa, xác nhận và ủy quyền Do đó VPN được đánh giá cao bảo mật trong truyền tin

- Hiệu suất băng thông:

Sự lãng phí băng thông khi không có kết nối Internet nào được kích hoạt Trong kĩ thuật VPN thì các “đường hầm” chỉ được hình thành khi có yêu cầu truyền tải thông tin Băng thông mạng chỉ được sử dụng khi có kích hoạt kết nối Internet Do

đó hạn chế rất nhiều sự lãng phí băng thông

- Có thể nâng cấp dễ dàng:

Bởi bì VPN dựa trên cơ sở Internet nên các nó cho phép các các mạng intranet các

tổ chức có thể phát triển khi mà hoạt động kinh doanh phát triển hơn, mà yêu cầu nâng cấp, các thành phần bổ sung thêm vào tối thiểu Điều này làm mạng intranet

có khả năng nâng cấp dễ dàng theo sự phát triển trong tương lai mà không cần đầu

tư lại nhiều cho cơ sở hạ tầng

ii Nhược điểm:

- Phụ thuộc nhiều vào chất lượng mạng Internet

Sự quá tải hay tắt nghẽn mạng có thể làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng truyền tin của các máy trong mạng VPN

- Thiếu các giao thức kế thừa hỗ trợ:

VPN hiện nay dựa hoàn toàn trên cơ sở kĩ thuật IP.Tuy nhiên, nhiều tổ chức tiếp tục sử dụng máy tính lớn (mainframes) và các thiết bị và giao thức kế thừa cho việc truyền tin mỗi ngày.Kết quả là VPN không phù hợp được với các thiết bị và giao thức này.Vấn đề này có thể được giải quyết một cách chừng mực bởi các

“tunneling mechanisms”.Nhưng các gói tin SNA và các lưu lượng non-IP bên cạnh các gói tin IP có thể sẽ làm chậm hiệu suất làm việc của cả mạng

- Nhược điểm của các thiết bị VPN hiện nay :

+ Khi có một gói tin được gửi thông qua mạng Internet giữa 2 mạng Intranet, thì gói tin này được gửi đến mọi đường hầm trong mạng Điều này khiến cho lưu lượng thông tin trao đổi gia tăng một cách đáng kể

+ Khi cấu hình mạng con thay đổi, các nhà quản trị mạng phải cập nhật, cấu hình các thiết bị VPN theo phương pháp thủ công, chưa có những công cụ tự động cập nhật lại tình trạng của các mạng con

+ Khi cấu hình của các Intranet phức tạp, như bao gồm nhiều mạng con, nhiều mạng bên trong, thì thông tin của Intranet bên trong không được lưu trữ một cách trọn vẹn đầy đủ

+ Thiết bị VPN hiện nay không hỗ trợ đối với những đường hầm được thiết lập với cơ chế mã hóa có khóa thay đổi theo thời gian Phương pháp mã hóa dữ liệu trong những đường ống luôn được định trước, cả về phương pháp mã hóa, khóa