Đồ Án Công nghệ IP-VPN

TÊN ĐỀ TÀI: Công nghệ IP-VPN
Information
[TABLE]
[TR]
[TD="width: 5%"][/TD]
[TD="width: 90%"]Mục lục
Mục lục i
Danh mục hình vẽ v
Danh mục bảng viii
Ký hiệu viết tắt ix
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: BỘ GIAO THỨC TCP/IP 3
1.1 Khái niệm mạng Internet 3
1.2 Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP 4
1.3 Các giao thức trong mô hình TCP/IP 5
1.3.1 Giao thức Internet 5
1.3.1.1 Giới thiệu chung 5
1.3.1.2. Cấu trúc IPv4 6
1.3.1.3. Phân mảnh IP và hợp nhất dữ liệu 8
1.3.1.4. Địa chỉ và định tuyến IP 9
1.3.1.4. Cấu trúc gói tin IPv6 9
1.3.2. Giao thức lớp vận chuyển 11
1.3.2.1. Giao thức UDP 11
1.3.2.2. Giao thức TCP 12
1.4 Tổng kết 17
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG RIÊNG ẢO TRÊN INTERNET IP-VPN 18
2.1 Gới thiệu về mạng riêng ảo trên Internet IP-VPN 18
2.1.1 Khái niệm về mạng riêng ảo trên nền tảng Internet 18
2.1.2 Khả năng ứng dụng của IP-VPN 18
2.2 Các khối cơ bản trong mạng IP-VPN 19
2.2.1 Điều khiển truy nhập 20
2.2.2 Nhận thực 21
2.2.3 An ninh 21
2.2.4 Truyền Tunnel nền tảng IP-VPN 22
2.2.5 Các thỏa thuận mức dịch vụ 24
2.3 Phân loại mạng riêng ảo theo kiến trúc 24
2.3.1 IP-VPN truy nhập từ xa 24
2.3.2 Site-to-Site IP-VPN 26
2.3.2.1 Intranet IP-VPN 26
2.3.2.2 Extranet IP-VPN 27
2.4 Các giao thức đường ngầm trong IP-VPN 28
2.4.1 PPTP (Point - to - Point Tunneling Protocol) 29
2.4.1.1 Duy trì đường ngầm bằng kết nối điều khiển PPTP 29
2.4.1.2 Đóng gói dữ liệu đường ngầm PPTP 30
2.4.1.3 Xử lí dữ liệu đường ngầm PPTP 31
2.4.1.4 Sơ đồ đóng gói 31
2.4.2 L2TP (Layer Two Tunneling Protocol) 32
2.4.2.1 Duy trì đường ngầm bằng bản tin điều khiển L2TP 33
2.4.2.2 Đường ngầm dữ liệu L2TP 33
2.4.2.3 Xử lý dữ liệu đường ngầm L2TP trên nền IPSec 34
2.4.2.4 Sơ đồ đóng gói L2TP trên nền IPSec 34
2.5 Tổng kết 36
CHƯƠNG 3: GIAO THỨC IPSEC CHO IP-VPN 37
3.1 Gới thiệu 37
3.1.1 Khái niệm về IPSec 37
3.1.2 Các chuẩn tham chiếu có liên quan 38
3.2 Đóng gói thông tin của IPSec 40
3.2.1 Các kiểu sử dụng 40
3.2.1.1 Kiểu Transport 40
3.1.1.2 Kiểu Tunnel 41
3.2.2 Giao thức tiêu đề xác thực AH 42
3.2.2.1 Giới thiệu 42
3.2.2.2 Cấu trúc gói tin AH 42
3.2.2.3 Quá trình xử lý AH 44
3.2.3 Giao thức đóng gói an toàn tải tin ESP 47
3.2.3.1 Giới thiệu 47
3.2.3.2 Cấu trúc gói tin ESP 47
3.2.3.3 Quá trình xử lý ESP 50
3.3 Kết hợp an ninh SA và giao thức trao đổi khóa IKE 55
3.3.1 Kết hợp an ninh SA 55
3.3.1.1 Định nghĩa và mục tiêu 55
3.3.1.2 Kết hợp các SA 56
3.3.1.3 Cơ sở dữ liệu SA 57
3.3.2 Giao thức trao đổi khóa IKE 57
3.3.2.1 Bước thứ nhất 58
3.3.2.2 Bước thứ hai 60
3.3.2.3 Bước thứ ba 62
3.3.2.4 Bước thứ tư 64
3.3.2.5 Kết thúc đường ngầm 64
3.4 Những giao thức đang tồn tại ứng dụng cho xử lý IPSec 64
3.4.1 Mật mã bản tin 64
3.4.1.1 Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu DES 64
3.4.1.2 Tiêu chuẩn mật mã hóa dữ liệu gấp ba 3DES 65
3.4.2 Toàn vẹn bản tin 65
3.4.2.1 Mã nhận thực bản tin băm HMAC 66
3.4.2.2 Thuật toán MD5 66
3.4.2.3 Thuật toán băm an toàn SHA 66
3.4.3 Nhận thực các bên 67
3.4.3.1 Khóa chia sẻ trước 67
3.4.3.2 Chữ ký số RSA 67
3.4.3.3 RSA mật mã nonces 67
3.4.4 Quản lí khóa 68
3.4.4.1 Giao thức Diffie-Hellman 68
3.4.4.2 Quyền chứng nhận CA 69
3.5 Ví dụ về hoạt động của một IP-VPN sử dụng IPSec 70
3.6 Tổng kết 71
CHƯƠNG 4: AN TOÀN DỮ LIỆU TRONG IP-VPN 73
4.1 Giới thiệu 73
4.2 Mật mã 74
4.2.1 Khái niệm mật mã 74
4.2.2 Các hệ thống mật mã khóa đối xứng 75
4.2.2.1 Các chế độ làm việc ECB, CBC 75
4.2.2.2 Giải thuật DES (Data Encryption Standard) 77
4.2.2.3 Giới thiệu AES (Advanced Encryption Standard) 79
4.2.2.4Thuật toán mật mã luồng (stream cipher) 80
4.2.3 Hệ thống mật mã khóa công khai 81
4.2.3.1 Giới thiệu và lý thuyết về mã khóa công khai 81
4.2.3.2 Hệ thống mật mã khóa công khai RSA 82
4.2.4 Thuật toán trao đổi khóa Diffie-Hellman 84
4.3 Xác thực 85
4.3.1 Xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu 85
4.3.1.1 Giản lược thông điệp MD dựa trên các hàm băm một chiều 86
4.3.1.2 Mã xác thực bản tin MAC dựa trên các hàm băm một chiều sử dụng khóa 89
4.3.1.3 Chữ ký số dựa trên hệ thống mật mã khóa công khai 91
4.3.2 Xác thực nguồn gốc dữ liệu 92
4.3.2.1 Các phương thức xác thực 92
4.3.2.2 Các chứng thực số (digital certificates) 94
CHƯƠNG 5: THỰC HIỆN IP-VPN 98
5.1 Giới thiệu 98
5.2 Các mô hình thực hiện IP-VPN 99
5.2.1 Access IP-VPN 100
5.2.1.1 Kiến trúc khởi tạo từ máy khách 100
5.2.1.2 Kiến trúc khởi tạo từ máy chủ truy nhập NAS 101
5.2.2 Intranet IP-VPN và Extranet IP-VPN 101
5.2.3 Một số sản phẩm thực hiện IP-VPN 102
5.3 Ví dụ về thực hiện IP-VPN 102
5.3.1 Kết nối Client-to-LAN 103
5.3.2 Kết nối LAN-to-LAN 105
5.4 Tình hình triển khai VPN ở Việt Nam 106
KẾT LUẬN 107
Tài liệu tham khảo 108
Các website chính 109


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với xu hướng IP hóa mạng viễn thông hiện nay, vấn đề đảm bảo an ninh cho dữ liệu khi truyền qua mạng IP là vấn đề mang tính chất tất yếu. Đối với các tổ chức có phạm vi hoạt động rộng khắp, nhân viên luôn di chuyển trong quá trình làm việc thì việc truyền thông dữ liệu một cách an toàn với chi phí thấp, giảm nhẹ các công việc quản lý hoạt động của mạng luôn được đặt ra, và IP-VPN là một giải pháp hiệu quả. Theo như dự đoán của nhiều hãng trên thế giới thì thị trường VPN sẽ là thị trường phát triển rất mạng trong tương lai.
Thực tế thì VPN không phải là một khái niệm mới. Nó được định nghĩa là mạng kết nối các site khách hàng đảm bảo an ninh trên cơ sở hạ tầng mạng chung cùng với các chính sách điều khiển truy nhập và đảm bảo an ninh như một mạng riêng. Đã có rất nhiều phương án triển khai VPN như: X.25, ATM, Frame Relay, leased line Tuy nhiên khi thực hiện các giải pháp này thì chi phí rất lớn để mua sắm các thiết bị, chi phí cho vận hành, duy trì, quản lý rất lớn và do doanh nghiệp phải gánh chịu trong khi các nhà cung cấp dịch vụ chỉ đảm bảo về một kênh riêng cho số liệu và không chắc chắn về vấn đề an ninh của kênh riêng này.
Với IP-VPN, các doanh nghiệp sẽ giảm được chi phí cho vận hành, duy trì quản lý đơn giản, khả năng mở rộng tại các vùng địa lí khác nhau một cách linh hoạt và không hạn chế. Vấn đề an toàn của số liệu khi truyền bị phụ thuộc nhiều vào các giải pháp thực hiện IP-VPN của doanh nghiệp, ví dụ như giao thức đường ngầm sử dụng, các thuật toán mã hóa đi kèm và độ phức tạp của các thuật toán mã hóa này nhưng không phụ thuộc vào kiến trúc cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông.
Mục đích của đồ án “Công nghệ IP-VPN” là tìm hiểu những vấn đề kỹ thuật cơ bản có liên quan đến việc thực hiện IP-VPN, nội dung cụ thể như sau:
 Chương 1: Bộ giao thức TCP/IP. Chương này trình bày khái niệm của mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP. Trong đó tập trung đến 2 lớp là lớp Internet và lớp vận chuyển. Đây là lớp giao thức nền tảng chung cho các thiết bị trong mạng Internet, là cơ sở quan trọng cho nền tảng các mạng dựa trên IP. Qua đấy chúng ta cũng nhận ra rằng mạng Internet nguyên thủy hoàn toàn không hỗ trợ các dịch vụ an ninh và IP-VPN là một trong giải pháp cho vấn đề an ninh Internet.
 Chương 2: Công nghệ mạng riêng ảo trên Internet IP-VPN. Chương này bắt đầu với việc phân tích khái niệm IP-VPN, ưu điểm của nó để có thể trở thành một giải pháp có khả năng phát triển mạnh trên thị trường. Tiếp theo là trình bày về các khối chức năng cơ bản của IP-VPN, phân loại mạng riêng ảo theo cấu trúc của nó. Cuối cùng là trình bày về các giao thức đường ngầm sử dụng cho IP-VPN. Ở đây chỉ trình bày một cách khái quát nhất về hai giao thức đường ngầm hiện đang tồn tại và các sản phẩm tương đối phổ biến trên thị trường là PPTP và L2TP.
 Chương 3: Giao thức IPSec cho IP-VPN. Chương này trình bày các vấn đề sau đây: thứ nhất là giới thiệu, khái niệm về giao thức IPSec và các chuẩn RFC có liên quan. Thứ hai, trình bày vấn đề đóng gói thông tin IPSec, cụ thể là hai giao thức đóng gói là AH (nhận thực tiêu đề) và ESP (đóng gói an toàn tải tin). Thứ ba, trình bày về kết hợp an ninh SA và giao thức trao đổi khóa IKE để thiết lập các chính sách và tham số cho kết hợp an ninh giữa các bên VPN. Thứ tư, giới thiệu về các giao thức đang tồn tại ứng dụng cho IPSec, bao gồm có: mật mã bản tin, toàn vẹn bản tin, nhận thực các bên và quản lý khóa. Cuối cùng là một ví dụ về IP-VPN sử dụng giao thức đường ngầm IPSec.
 Chương 4: An toàn dữ liệu trong IP-VPN. Nội dung của chương này là một số thuật toán được áp dụng để đảm bảo an toàn dữ liệu cho IP-VPN dựa trên IPSec. Đối với vấn đề an toàn dữ liệu có 2 vấn đề chính đó là mật mã dữ liệu và xác thực dữ liệu. Đối với mật mã dữ liệu, tồn tại hai thuật toán là khóa đối xứng và khóa công khai. Ở đây đã trình bày chi tiết về thuật toán khóa đối xứng DES và cơ sở lí thuyết của thuật toán khóa công khai. Ngoài ra, phần này còn trình bày về trao đổi khóa Diffie-Hellman. Đối với xác thực dữ liệu có hai vấn đề trọng tâm là xác thực nguồn gốc dữ liệu và xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu: thuật toán MD5/SHA-1để đảm bảo vấn đề toàn vẹn dữ liệ; giới thiệu các phương pháp xác thực và chứng thực số để xác định nguồn gốc dữ liệu.
 Chương 5: Thực hiện VPN. Do có nhiều hãng tham gia phát triển các sản phẩm cho IP-VPN và mỗi hãng lại có nhiều dòng sản phẩm nên thực tế có rất nhiều mô hình thực hiện VPN. Chương này giới thiệu một số mô hình cụ thể thực hiện IP-VPN. Phần cuối của chương giới thiệu tình hình thị trường VPN Việt Nam.
Tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo Ths. Nguyễn Thúy Hằng và các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông thuộc ọc viện công nghệ Bưu chính viễn thông đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như làm đồ án này.

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 nămg 2005
Sinh viên: Nguyễn Đức Cường
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]



​