Tunelowanie, VLAN, VPN

Przemysłowe Sieci Informatyczne04.06.2009

Opracował dr inż. Jarosław Tarnawski

Plan wykładu

• Definicja tunelowania

• Powody tunelowania

• Wirtualne sieci lokalne VLAN

• Konfiguracja Przemysłowych przełączników EDS-Moxa508 do pracy w VLAN

• Tunelowanie RS232 w Ethernecie

• Wirtualne sieci prywatne VPN

Tunelowanie

• Definicja tunelowania (ang. tunneling)

Zestawianie połączenia pomiędzy dwoma (byd może, ale niekoniecznie odległymi) hostami dające wrażenie połączenia bezpośredniego.

• Tunel wykorzytuje technikę enkapsulacjijednego protokołu w innym, umożliwia zastosowanie mechanizmów szyfrowania lub translacji transmitowanych danych.

• Zwykle jeden protokół jest nośnikiem innego

Powody tunelowania

translacja protokołów i technologii - łączenie ze sobą sieci lokalnych pracujących w różnych technologiach (IPX, TCP/IP, ...) za pośrednictwem publicznych sieci rozległych (Frame Relay, ATM, X.25, IP, ...),

względy bezpieczeostwa - łączenie tunelowania z wykorzystaniem metod kryptograficznych celem utworzenia kanału krytpograficznego.

Techniki tunelowania

Techniki datagramowe: – L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol), – GRE (Generic Routing Encapsulation), – GTP (GPRS Tunnelling Protocol), – PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol), – PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet), – PPPoA (Point-to-Point Protocol over ATM), – IP-IP Tunneling, – IPsec, – IEEE 802.1Q (Ethernet VLANs),

Techniki strumieniowe: – TLS (Transport Layer Security), – SSL (Secure Socket Layer)

Tunelowanie z wykorzystaniem sieci publicznych

Fabryka1 – sieć firmowa np.

Modbus

Fabryka2 – sieć firmowa np.

Profibus

sieć ogólnodostępna

stanowiąca TUNEL

Biuro i pion ekonomiczny

firmy – sieć firmowa np.

Ethernet

Tunelowanie z SSH

Tunelowanie w oparciu o SSH polega na przesyłaniu niezabezpieczonych pakietów protokołów TCP przez bezpieczny protokół SSH. W tunelowaniu SSH wyróżnia się dwa rodzaje przekierowania portów: – lokalne (wychodzące) - przekierowujące ruch przychodzący na

port lokalny na odpowiedni port zdalny, – zdalne (przychodzące) - przekierowujące ruch przychodzący na

port na serwerze na odpowiedni port lokalny. Tunelowanie w oparciu o SSH może byd wykorzystane do

umożliwienia dostępu do sieci korporacyjnej, do której nie jest on możliwy w sposób bezpośredni. Posiadając odpowiednie konto SSH na dostępnym serwerze, możliwe jest zestawienie tunelu SSH do usługi na własnym komputerze w korporacji.

• Najczęściej tunelowane protokoły POP3, SMTP, HTTP, FTP

• Rys www.ssh.com

Wykorzystanie tunelowania do omijania blokowanych portów i usług

• mHaker.pl

• Aplikacje

• http-tunnel

Tunelowanie w Automatyce

Tunelowanie w celach łączenia sieci różnego typu– różne sieci polowe Profibus Ethernet LON EIB CAN

– biurowe, – korporacyjne

Tunelowanie w celu zabezpieczeo Tunelowanie w celu połączeo rozproszonych elementów

firmy Tunelowanie w celu uzyskania możliwości zdalnego nadzoru

Przykład tunelowania

Przykład tunelowania

Przykład tunelowania

VLAN (ang Virtual LAN)

• VLAN - sied komputerowa wydzielona logicznie w ramach innej, większej sieci fizycznej

• VLAN służy głównie do logicznego podziału sieci fizycznie dołączonych do tego samego urządzenia (switcha)

Powody budowy VLAN

Logiczna zamiast sprzętowej organizacja (sieci przemysłowej/korporacyjnej.

Dzielenie sieci na grupy użytkowe:– Inżynierowie

– Ekonomiści

– Zarządzanie

– Serwis/obsługa IT Tworzenie hierarchii Tworzenie typów użytkowników np. streaming, e-

mail, WWW, itd.

VLAN

• Podstawowe założenie Ethernetu – dostęp każdy z każdym

Gdy potrzebna jest

Separacja wymagałoby

to większej liczby

urządzeo

sieciowych

VLAN

Znakowanie ramek i trunk

Aby do pojedynczej sieci VLAN można było przypisad fizyczne porty kilku przełączników, konieczne jest przekazywanie między przełącznikami oprócz ramek,także informację o numerze (ID) Vlanuaby odległy przełącznik przekazał ją do właściwej sieci wirtualnej.

Tą funkcję spełnia znakowanie lub tagowanie (tagging) opisane w dokumencie IEEE 802.1Q. Dzięki temu mechanizmowi możliwe jest transmitowanie ramek należących do wielu różnych VLANówpoprzez jedno fizyczne połączenie zwane trunk. Ramka znakowana jest po wejściu do portu przełącznika, przekazywana

jest między przełącznikami, następnie kierowana jest na port/ porty wyjściowe, gdzie usuwane są znaczniki przed wysłaniem ramki do hosta. W niektórych przypadkach, karty sieciowe hostów potrafią znakowad ramki podczas wysyłania do przełącznika, gdzie czynnośd ta jest omijana.

IEEE 802.1Q

Standard IEEE 802.3Q określa metodę znakowania ramek przynależnych do odpowiedniego VLAN. Pole TPID (Tag Protocol Information) jest znacznikiem protokołu. Jednobitowe pole CFI (Canonical Format Indicator) wykorzystane jest dla osiągnięcia zgodności ethernet – Token Ring. Urządzenia Ethernet zawsze ustawiają w ramce wartośd pola CFI =1. Pole TCI (Tag Control Information) jest informacją kontrolną znacznika. Pierwsze 3 bity występują dla utrzymania zgodności z protokołem 802.1p (QoS) i przenoszą informację o priorytecie ramki. W polu VLAN ID przenoszony jest numer sieci wirtualnej, do której należy dana ramka. Maksymalna liczba VLANów wynosi 212-2 czyli 4096.

Zalety płynące z VLAN

Prosta programowa konfiguracja ulokowania urządzeo w sieci, prostota i szybkośd rekonfiguracji

Podniesienie bezpieczeostwa – komunikowad się mogą tylko uprawnione podsieci. Np. operator jest logicznie odseparowany od pionu zarządzania

Uporządkowanie ruchu sieciowego

Przykład VLAN z MOXA 508

Przykład VLAN z MOXA 508

VPN (ang. Virtual Private Network)

VPN (ang. Virtual Private Network, Wirtualna Sied Prywatna), można opisad jako tunel, przez który płynie ruch w ramach sieci prywatnej pomiędzy klientami koocowymi za pośrednictwem publicznej sieci (takiej jak Internet) w taki sposób, że węzły tej sieci są przezroczyste dla przesyłanych w ten sposób pakietów. Taki kanał może opcjonalnie kompresowad lub szyfrowad w celu zapewnienia lepszej jakości lub większego poziomu bezpieczeostwa przesyłanych danych.

Określenie "Wirtualna" oznacza, że sied ta istnieje jedynie jako struktura logiczna działająca w rzeczywistości w ramach sieci publicznej, w odróżnieniu od sieci prywatnej, która powstaje na bazie specjalnie dzierżawionych w tym celu łącz. Pomimo takiego mechanizmu działania stacje koocowe mogą korzystad z VPN dokładnie tak jak gdyby istniało pomiędzy nimi fizyczne łącze prywatne. Rozwiązania oparte na VPN powinny byd stosowane np. w sieciach korporacyjnychfirm, których zdalni użytkownicy dosyd często pracują ze swoich domów na niezabezpieczonych łączach. Wirtualne Sieci Prywatne charakteryzują się dośd dużą efektywnością, nawet na słabych łączach (dzięki kompresji danych) oraz wysokim poziomem bezpieczeostwa (ze względu na szyfrowanie).

VPN

VPN ma trzy rodzaje zastosowao:

sieci dostępowe - łączą zdalnych użytkowników: czyli pracowników mobilnych, konsultantów, sprzedawców, lokalne filie, z siedzibą firmy;

intranet - łączy odległe oddziały tej samej firmy;

ekstranet - zapewnia ograniczony dostęp do sieci firmowej zaufanym partnerom biznesowym.

Wirtualna sied prywatna VPN korzysta z publicznej infrastruktury telekomunikacyjnej, która dzięki stosowaniu protokołów tunelowania, szyfrowania i procedur bezpieczeostwa zachowuje poufnośd danych.

Rys. PC World

Najczęściej spotykane protokoły VPN

Bezpieczne sieci VPN można tworzyć za

pomocą jednego z trzech protokołów: L2TP

(Layer 2 Tunneling Protocol), IPSecurity

lub SSL/TLS (Secure Sockets

Layer/Transport Layer Security).

Dominującym obecnie protokołem jest

IPSec, ale coraz większą popularnością

cieszy się SSL/TLS.

Open VPN darmowa aplikacja do budowy VPN

OpenVPN

openvpn.net

OpenVPN to jedno z najpopularniejszych rozwiązań SSL VPN. Służy do budowy

sieci VPN opartych na protokole SSL/TLS. Jest łatwy w obsłudze i ma

rozbudowane możliwości konfiguracyjne. Są wersje do kilku systemów

operacyjnych, m.in. do: Linuksa, Windows, OpenBSD, FreeBSD, NetBSD, Solarisa.

Wersja 2, potrafi obsługiwać wielu klientów w tym samym porcie. Klient różni

się od serwera odmiennym plikiem konfiguracyjnym. Załączona pomoc opisuje,

w jaki sposób wygenerować pary certyfikatów za pomocą programu OpenSSL -

najpierw trzeba zainstalować pakiet OpenSSL oraz bibliotekę LZO,

przeprowadzającą kompresję.

Konfiguracja OpenVPN jest bardzo prosta nawet dla niedoświadczonego

użytkownika systemów VPN i oprócz instalacji niezbędnych pakietów, wymaga

ustawienia kilku parametrów w pliku konfiguracyjnym .ovpn.

VPN

Wdrażając bezpieczne sieci VPN, należy mieć na uwadze, że:

•przesył między użytkownikami powinien być szyfrowany i

uwierzytelniany;

•część protokołów wykorzystywanych w VPN przeprowadza

uwierzytelnienie, ale nie szyfrowanie;

•klucze kryptograficzne należy zmieniać w miarę możliwości jak

najczęściej i przechowywać bezpiecznie;

•poziom i mechanizmy bezpieczeństwa powinny być zgodne po dwóch

stronach ustanawianego tunelu;

•nikt poza administratorem sieci nie może mieć dostępu do parametrów

bezpieczeństwa.

Różnica pomiędzy VLAN i VPN

• Obie sieci mają nazwę sieci virtualnych

• Ogólnie VLAN pozwala sied (przeważnie skupioną) dzielid na mniejsze podsieci (wydzielad logicznie)

• Ogólnie VPNP pozwala łączyd podsieci (przeważnie rozproszone) w większą podsied

Bibliografia

• MOXA EtherDevice™ Switch EDS-508 Series User’s Manual

• Sieci VPN. Zdalna praca i bezpieczeostwo danych, Helion 2008

• VPN za darmo, Krystian Ryłko, PC World