2
4.2 Sử dụng Load Balancing
4.2.1 Giới thiệu chung
Một số đơn vị, chẳng hạn như các công ty hàng không hoặc các ngân hàng lớn, mạng máy tính có thể ví như hệ thần kinh điều khiển hoạt động của toàn doanh nghiệp. Sự ngừng hoạt động của mạng máy tính trong những cơ quan này có thể
làm tê liệt các hoạt động chính của đơn vị, và thiệt hại khó có thể lường trước được.
Các máy chủ là trái tim của của mạng máy tính, nếu máy chủ mạng hỏng, hoạt động
của hệ thống sẽ bị ngưng trệ. Điều đáng tiếc là dù các hãng sản xuất đã cố gắng làm mọi cách để nâng cao chất lượng của thiết bị, nhưng những hỏng hóc đối với các
thiết bị mạng nói chung và các máy chủ nói riêng là điều không thể tránh khỏị Do
vậy, vấn đề đặt ra là cần có một giải pháp để đảm bảo cho hệ thống vẫn hoạt động
tốt ngay cả khi có sự cố xảy ra đối với máy chủ mạng và công nghệ clustering là câu trả lời cho vấn đề nàỵ
Hình 4. 2: Mô hình hệ thống Load Balancer
4.2.2 Tổng quan về công nghệ Clustering
Clustering là một kiến trúc nhằm đảm bảo nâng cao khả năng sẵn sàng cho các hệ thống mạng máy tính. Clustering cho phép sử dụng nhiều máy chủ kết hợp
với nhau tạo thành một cụm (cluster) có khả năng chịu đựng hay chấp nhận sai sót
(fault-tolerant) nhằm nâng cao độ sẵn sàng của hệ thống mạng. Cluster là một hệ
thống bao gồm nhiều máy chủ được kết nối với nhau theo dạng song song hay phân tán và được sử dụng như một tài nguyên thống nhất. Nếu một máy chủ ngừng hoạt động do bị sự cố hoặc để nâng cấp, bảo trì, thì toàn bộ công việc mà máy chủ này
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG
cluster) mà không làm cho hoạt động của hệ thống bị ngắt hay gián đoạn. Quá trình này gọi là “fail-over”; và việc phục hồi tài nguyên của một máy chủ trong hệ thống (cluster) được gọi là “fail-back”.
Hình 4. 3: Mô hình cơ bản của một hệ thống Clustering
4.2.3 Các yêu cầu của một hệ thống Cluster
Yêu cầu về tính sẵn sàng cao (availability). Các tài nguyên mạng phải luôn
sẵn sàng trong khả năng cao nhất để cung cấp và phục vụ các người dùng cuối và giảm thiểu sự ngưng hoạt động hệ thống ngoài ý muốn.
Yêu cầu về độ tin cậy cao (reliability). Độ tin cậy cao của cluster được hiểu
là khả năng giảm thiểu tần số xảy ra các sự cố, và nâng cao khả năng chịu đựng sai
sót của hệ thống.
Yêu cầu về khả năng mở rộng được (scalability). Hệ thống phải có khả năng
dễ dàng cho việc nâng cấp, mở rộng trong tương laị Việc nâng cấp mở rộng bao
hàm cả việc thêm các thiết bị, máy tính vào hệ thống để nâng cao chất lượng dịch
vụ, cũng như việc thêm số lượng người dùng, thêm ứng dụng, dịch vụ và thêm các tài nguyên mạng khác.
Ba yêu cầu trên được gọi tắt là RAS (Reliability-Availability-Scalability), những hệ thống đáp ứng được ba yêu cầu trên được gọi là hệ thống RAS (cần phân
biệt với Remote Access Service là dịch vụ truy cập từ xa).
Cũng cần chú ý rằng hiệu quả hoạt động của hệ thống Clustering phụ thuộc
vào sự tương thích giữa các ứng dụng và dịch vụ, giữa phần cứng và phần mềm.
Ngoài ra, kỹ thuật clustering không thể chống lại các sự cố xảy ra do virus, sai sót của phần mềm hay các sai sót do người sử dụng. Để chống lại các sự cố này cần xây
dựng một cơ sở dữ liệu được bảo vệ chắc chắn cũng như có các kế hoạch khôi phục,
backup dữ liệụ
4.2.4 Cluster nhiều địa điểm phân tán
Với các hệ thống mạng lớn có các người dùng phân bố rải rác, hiệu quả của
việc phòng chống sự cố và nâng cao tính sẵn sàng của mạng sẽ được cải thiện hơn
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG
điểm có thể được thiết kế theo rất nhiều cách khác nhau, trong đó phổ biến nhất là có một điểm gốc và một số điểm ở xạ
Với kiểu thiết kế đầy đủ, toàn bộ cấu trúc của điểm gốc được xây dựng lại đầy đủ ở các điểm ở xạ Điều này cho phép các điểm ở xa hoạt động độc lập và có thể xử lý toàn bộ khối lượng công việc của điểm gốc nếu cần. Trong trường hợp
này, việc thiết kế phải đảm bảo sao cho cơ sở dữ liệu và các ứng dụng giữa điểm
gốc và các điểm ở xa phải đồng bộ và được cập nhật sao lặp ở chế độ thời gian thực.
Với kiểu thiết kế thực hiện từng phần thì chỉ có các thành phần cơ bản là
được cài đặt ở các điểm ở xa nhằm: Xử lý các khối lượng công việc quá tải trong
các giờ cao điểm; Duy trì hoạt động ở mức cơ bản trong trường hợp điểm gốc site bị
sự cố; Cung cấp một số dịch vụ hạn chế nếu cần. Cả kiểu thiết kế đầy đủ hay từng
phần đều dùng phương cách phân tán các máy chủ rải rác về mặt địa lý. Cluster
phân tán về địa lý sử dụng mạng LAN ảo (Virtual LAN) để kết nối các mạng khu
vực lưu trữ SAN (storage area network) qua những khoảng cách lớn.
4.2.5 Các mô hình Load Balancing hiện nay 4.2.5.1 Client-side load balancing 4.2.5.1 Client-side load balancing
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG 4.2.5.2 Server-side load balancing
Hình 4. 5: Mô hình Server-side load balancing
4.2.6 Chế độ hoạt động của Network Load Balancing
Mỗi máy chủ trong cluster được gọi là một nút (cluster node), và có thể được
thiết lập ở chế độ chủ động (active) hay thụ động (passive). Khi một nút ở chế dộ
chủ động, nó sẽ chủ động xử lý các yêu cầụ Khi một nút là thụ động, nó sẽ nằm ở
chế độ dự phòng nóng (stanby) chờ để sẵn sàng thay thế cho một nút khác nếu bị
hỏng. Nguyên lý hoạt động của Cluster có thể biểu diễn như trong hình
Hình 4. 6: Nguyên lý hoạt động của một Cluster
Trong một cluster có nhiều nút có thể kết hợp cả nút chủ động và nút thụ động. Trong những mô hình loại này việc quyết định một nút được cấu hình là chủ động hay thụ động rất quan trọng. Để hiểu lý do tại sao, hãy xem xét các tình huống
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG
- Nếu một nút chủ động bị sự cố và có một nút thụ động đang sẵn sàng, các
ứng dụng và dịch vụ đang chạy trên nút hỏng có thể lập tức được chuyển sang nút
thụ động. Vì máy chủ đóng vai trò nút thụ động hiện tại chưa chạy ứng dụng hay
dịch vụ gì cả nên nó có thể gánh toàn bộ công việc của máy chủ hỏng mà không ảnh hưởng gì đến các ứng dụng và dịch vụ cung cấp cho người dùng cuối (Ngầm định
rằng các các máy chủ trong cluster có cấu trúc phần cứng giống nhau).
- Nếu tất cả các máy chủ trong cluster là chủ động và có một nút bị sự cố, các
ứng dụng và dịch vụ đang chạy trên máy chủ hỏng sẽ phải chuyển sang một máy
chủ khác cũng đóng vai trò nút chủ động. Vì là nút chủ động nên bình thường máy
chủ này cũng phải đảm nhận một số ứng dụng hay dịch vụ gì đó, khi có sự cố xảy ra
thì nó sẽ phải gánh thêm công việc của máy chủ hỏng. Do vậy để đảm bảo hệ thống
hoạt động bình thường kể cả khi có sự cố thì máy chủ trong cluster cần phải có cấu
hình dư ra đủ để có thể gánh thêm khối lượng công việc của máy chủ khác khi cần.
- Trong cấu trúc cluster mà mỗi nút chủ động được dự phòng bởi một nút thụ động, các máy chủ cần có cấu hình sao cho với khối lượng công việc trung bình chúng sử dụng hết khoảng 50% CPU và dung lượng bộ nhớ. Trong cấu trúc cluster
mà số nút chủ động nhiều hơn số nút bị động, các máy chủ cần có cấu hình tài nguyên CPU và bộ nhớ mạnh hơn nữa để có thể xử lý được khối lượng công việc
cần thiết khi một nút nào đó bị hỏng.
Các nút trong một cluster thường là một bộ phận của cùng một vùng (domain) và có thể được cấu hình là máy điều khiển vùng (domain controllers) hay máy chủ thành viên. Lý tưởng nhất là mỗi cluster nhiều nút có ít nhất hai nút làm
máy điều khiển vùng và đảm nhiệm việc failover đối với những dịch vụ vùng thiết
yếụ Nếu không như vậy thì khả năng sẵn sàng của các tài nguyên trên cluster sẽ bị
phụ thuộc vào khả năng sẵn sàng của các máy điều khiển trong domain.
4.2.7 Network Load Balancing của Goole và Yahoo! trong việc phòng chống DoS DoS
4.2.7.1 Cơ chế chung
Khi connect tới server, Round Robin DNS Load Balancing sẽ phân giải
domain thành nhiều địa chỉ IP khác nhau và sử dụng cấp thứ 1của load
balancing là gửi tới các cluster khác nhau, các cluster này thực chất là các server cache của nhau, dữ liệu của chúng được đồng bộ lẫn nhau thông qua giao thức HTTP.
Mỗi server cluster có hàng ngàn server để gửi các query tới web server
Server load balancer lấy request của user và chuyển tiếp nó tới 1 trong các
web servers nhờ vào Squid proxy servers
Squid proxy server nhận request của client load balancer và trả về kết quả
nếu có trong cache ngược lại thì chuyển tiếp tới web servers
Web server định vị tọa độ thực thi các queries của user và định dạng kết quả
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG 4.2.7.2 Giải pháp thực tế của Google
Sử dụng các NetScaler 9800 Secure Application Switches
NetScaler có thể tải hàng trăm megabits trong 1 giây của tầng 4 đến tầng 7 lưu lượng sử dụng
Tại dữ liệu trung tâm, các máy chủ sử dụng các Apache Server và các ứng
dụng Web Server do chính Google thiết kế
Cách thức NetScaler phòng chống DoS là nó đóng vai trò như 1 firewall dự
phòng của hệ thống firewall của công ty
Các load balancer được thiết kế chỉ chấp nhận các luồng thông tin qua cổng
80, nếu thông tin không đi qua một cổng được chỉ định, hoặc không bắt
nguồn từ 1 IP, chúng sẽ bị hủy lập tức
Với tính năng "SYN cookies", NetScaler có thể đáp ứng các SYN messages - packets khởi đầu cho 1 TCP/IP connection(được sử dụng trong "SYN flood"
DoS attack) mà không xung đột với tài nguyên của chính nó
Với NetScaler, Google phòng chống được DoS attack từ tầng 4, đối với tầng 7 đã có công cụ được cài trên các Web server xử lý
Thiết lập kiến trúc cân bằng tải cho các server trọng điểm sẽ làm gia tăng
thời gian chống chọi của hệ thống với cuộc tấn công ĐoS
4.3 Phương pháp bảo mật cho bản tin báo hiệu của hệ thống
Bản tin báo hiệu là một thành phần rất quan trọng trong các cuộc gọi VoIP
của hệ thống Call Center, vì nó chứa các thông tin liên quan đến người sử dụng, các
thông số để thiết lập và giải phóng cuộc gọi nên nó thường trở thành mục tiêu tấn
công, cũng vì thế đã có nhiều phương pháp bảo mật cho các bản tin báo hiệu nàỵ
4.3.1 Phương pháp chứng thực 2 chiều TLS (Transport Layer Security)
TLS là một giao thức bảo mật ở tầng chuyển vận (lớp 4 trong mô hình OSI),
được định nghĩa trong RFC 4346, nó cung cấp khả năng chứng thực chung cho cả
client và server, tính tin cậy cũng như toàn vẹn của các bản tin. Giao thức này được chia làm 2 giao thức nhỏ: TLS bản ghi ( TLS Record Protocol) và TLS bắt tay (TLS
Handshake Protocol).
4.3.1.1 TLS bản ghi ( hay TLS RP - TLS Record Protocol )
Nhằm mục đích duy trì một kết nối bảo mật giữa hai điểm (ví dụ client và server). Quá trình thương lượng về các công cụ bảo mật (ví dụphương pháp mã hóa
hay trao đổi khóa) cho kết nối được thực hiện bởi TLS bắt tay hay TLS HP.
4.3.1.2 TLS bắt tay (hay TLS HP – TLS Handshake Protocol )
Được sử dụng để chứng thực cả client và server và thương lượng cách thức bảo mật giữa client và server (ví dụ thuật toán mã hóa và keys). Quá trình bắt tay (TLS Handshake) phải được thực hiện thành công trước khi quá trình truyền dẫn dữ
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG Hình 4. 7: TLS Handshake
Quá trình bắt tay được thực hiện trình tựnhư sau:
Qua hai gói tin Hello (Client Hello và Server Hello), Client và Server sẽ thỏa thuận một danh sách các thuật toán mà chúng sử dụng trong các bước tiếp theọ
Thông tin chứng thực của Server và khóa công khai của nó sẽ được gửi cho Client qua Certificate Messagẹ
Client dựa vào Certificate Message mà nó nhận được, kiểm tra tính xác thực của Server rồi lấy ra khóa công khaị Sau đó, Client tạo ra một số ngẫu nhiên gọi là Pre-Master Secret Key, rồi đóng gói khóa này bằng khóa công khai của Server thành một bản tin gọi là Client KeyExchange và gửi lại cho
Server. Đồng thời hàm tạo khóa dẫn xuất (Key Derivation Function – KDF) tạo ra Master Key từ Pre-Master Secret Keỵ
Bên phía Server giải mã bản tin Client Key Exchange bằng khóa bí mật của
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG
dẫn xuất (KDF) như Client, Server cũng tạo ra Master Key từ Pre-Secret Master Keỵ
Với Master Key mà nó vừa nhận được, Client tạo ra bản tin chứa mã xác thực MAC (Message Authentication Code) bằng cách mã hóa lại bản tin nó vừa nhận được từ Server, bản tin này gọi là Finished Message và được Client gửi trả lại cho Server.
Tương tự, Server cũng sẽ gửi 1 bản tin Finished về cho Client. Cả Server và Client cùng kiểm tra tính toàn vẹn của các bản tin. Nếu quá trình kiểm tra thành công, Server và Client sẽ cùng nhau sử dụng khóa Master Secret.
Sau khi đã có được khóa Master Secret, tất cả các bản tin báo hiệu SIP sẽ được mã hóa toàn bộ bằng khóa này rồi mới được truyền đị Hình sau miêu tả cách các gói tin được mã hóa trước khi chuyển đi:
Hình 4. 8: Mã hóa TLS
Dữ liệu ban đầu được chia nhỏ ra, chèn thêm MAC rồi mã hóạ Sau đó TLS
Record Header sẽ được gắn vào đầu mỗi góị Thông tin trong header bao gồm loại,
độ dài và phiên bản TLS.
Ưu điểm của TLS:
Cung cấp một phương pháp chứng thực chung cho cả Client và Server. Bảo đảm tính tin cậy và toàn vẹn cho gói tin, có thểđược sử dụng để chống lại một cách hiệu quả các loại tấn công nghe lén, MITM, các tấn loại tấn công can thiệp vào gói tin.
Với sự phổ biến sẵn có của SSL nên việc triển khai TLS trở nên đơn giản và dễđược chấp nhận bởi các nhà cung cấp thiết bị
Có thể bảo vệđược quá trình thương thảo phương pháp bảo mật giữa Client và Server.
Chiếm ít tài nguyên xử lý của thiết bị nếu đem so sánh với các phương pháp
CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT CHO HỆ THỐNG Nhược điểm của TLS:
Cần phải có một kiến trúc trao đổi khóa PKI đểđảm bảo được tính bảo mật. Không cung cấp một kết nối đầu cuối tới đầu cuối, các kết nối TLS chỉđược triển khai trên từng đoạn của kết nốị
Không tương thích với UDP, giao thức được sử dụng phổ biến trong VoIP. Trong thực tế, nhiều kiến trúc VoIP chỉ sử dụng một giao thức duy nhất cho tầng chuyển vận là UDP.
Vẫn có thể bị tấn công DoS, ví dụ làm tràn ngập các gói TCP để làm kiệt quệ khảnăng xử lý của hệ thống.
4.3.2 Secure Real Time Protocol (SRTP) – phương pháp bảo mật cho bản tin thời gian thực
SRTP, được định nghĩa trong RFC 3711, là một biến thể của RTP, được tạo ra nhằm mục đích cung cấp tính xác thực, tin cậy và toàn vẹn của các gói tin thời gian thực (thoại hay video) và các ứng dụng đa phương tiện. Sau đây là một số đặc tính nổi bật của SRTP:
o Khảnăng tích hợp với các giải pháp mã hóa mớị