VPN技术详解(下）
日期：2013-06-16 浏览次数：20996 次
VPN技术详解(下）
吕晓波
（紧接中篇）
数据传输阶段
一旦完成上述4阶段的协商，PPP就开始在连接对等双方之间转发数据。每个被传送的数据报都被封装在PPP包头内，该包头将会在到达接收方之后被去除。如果在阶段1选择使用数据压缩并且在阶段4完成了协商，数据将会在被传送之间进行压缩。类似的，如果如果已经选择使用数据加密并完成了协商，数据（或被压缩数据）将会在传送之前进行加密。
点对点隧道协议（PPTP）
PPTP是一个第2层的协议，将PPP数据桢封装在IP数据报内通过IP网络，如Internet传送。PPTP还可用于专用局域网络之间的连接。RFC草案“点对点隧道协议”对PPTP协议进行了说明和介绍。该草案由PPTP论坛的成员公司，包括微软，Ascend，3Com，和ECI等公司在1996年6月提交至IETF。可在如下站点http://www.ietf.org http://www.ietf.org参看草案的在线拷贝.PPTP使用一个TCP连接对隧道进行维护，使用通用路由封装（GRE）技术把数据封装成PPP数据桢通过隧道传送。可以对封装PPP桢中的负载数据进行加密或压缩。图7所示为如何在数据传递之前组装一个PPTP数据包。
第2层转发（L2F）
L2F是Cisco公司提出隧道技术，作为一种传输协议L2F支持拨号接入服务器将拨号数据流封装在PPP桢内通过广域网链路传送到L2F服务器（路由器）。L2F服务器把数据包解包之重新注入（inject)网络。与PPTP和L2TP不同，L2F没有确定的客户方。应当注意L2F只在强制隧道中有效。（自愿和强制隧道的介绍参看“隧道类型”）。
第2层隧道协议（L2TP）
L2TP结合了PPTP和L2F协议。设计者希望L2TP能够综合PPTP和L2F的优势。
L2TP是一种网络层协议，支持封装的PPP桢在IP，X.25，桢中继或ATM等的网络上进行传送。当使用IP作为L2TP的数据报传输协议时，可以使用L2TP作为Internet网络上的隧道协议。L2TP还可以直接在各种WAN媒介上使用而不需要使用IP传输层。草案RFC“第2层隧道协议”对L2TP进行了说明和介绍。该文档于1998年1月被提交至IETF。可以在以下网站http://www.ietf.org http://www.ietf.org获得草案拷贝。
IP网上的L2TP使用UDP和一系列的L2TP消息对隧道进行维护。L2TP同样使用UDP将L2TP协议封装的PPP桢通过隧道发送。可以对封装PPP桢中的负载数据进行加密或压缩。图8所示为如何在传输之前组装一个L2TP数据包。
PPTP与L2TP
PPTP和L2TP都使用PPP协议对数据进行封装，然后添加附加包头用于数据在互联网络上的传输。尽管两个协议非常相似，但是仍存在以下几方面的不同：
1.PPTP要求互联网络为IP网络。L2TP只要求隧道媒介提供面向数据包的点对点的连接。L2TP可以在IP（使用UDP），桢中继永久虚拟电路（PVCs),X.25虚拟电路（VCs）或ATM VCs网络上使用。
2.PPTP只能在两端点间建立单一隧道。L2TP支持在两端点间使用多隧道。使用L2TP，用户可以针对不同的服务质量创建不同的隧道。
3.L2TP可以提供包头压缩。当压缩包头时，系统开销（overhead）占用4个字节，而PPTP协议下要占用6个字节。
4.L2TP可以提供隧道验证，而PPTP则不支持隧道验证。但是当L2TP或PPTP与IPSEC共同使用时，可以由IPSEC提供隧道验证，不需要在第2层协议上验证隧道。
IPSec隧道模式
IPSEC是第3层的协议标准，支持IP网络上数据的安全传输。本文将在“高级安全”一部分中对IPSEC进行详细的总体介绍，此处仅结合隧道协议讨论IPSEC协议的一个方面。除了对IP数据流的加密机制进行了规定之外，IPSEC还制定了IPoverIP隧道模式的数据包格式，一般被称作IPSEC隧道模式。一个IPSEC隧道由一个隧道客户和隧道服务器组成，两端都配置使用IPSEC隧道技术，采用协商加密机制。
为实现在专用或公共IP网络上的安全传输，IPSEC隧道模式使用的安全方式封装和加密整个IP包。然后对加密的负载再次封装在明文IP包头内通过网络发送到隧道服务器端。隧道服务器对收到的数据报进行处理，在去除明文IP包头，对内容进行解密之后，获的最初的负载IP包。负载IP包在经过正常处理之后被路由到位于目标网络的目的地。
IPSEC隧道模式具有以下功能和局限：
1.只能支持IP数据流
2.工作在IP栈（IPstack）的底层，因此，应用程序和高层协议可以继承IPSEC的行为。
3.由一个安全策略（一整套过滤机制）进行控制。安全策略按照优先级的先后顺序创建可供使用的加密和隧道机制以及验证方式。当需要建立通讯时，双方机器执行相互验证，然后协商使用何种加密方式。此后的所有数据流都将使用双方协商的加密机制进行加密，然后封装在隧道包头内。
关于IPSEC的详细介绍参看本文稍后的“高级安全”部分。
隧道类型
可以创建不同类型的隧道。
1.自愿隧道（Voluntarytunnel)
用户或客户端计算机可以通过发送VPN请求配置和创建一条自愿隧道。此时，用户端计算机作为隧道客户方成为隧道的一个端点。
2.强制隧道（Compulsorytunnel）
由支持VPN的拨号接入服务器配置和创建一条强制隧道。此时，用户端的计算机不作为隧道端点，而是由位于客户计算机和隧道服务器之间的远程接入服务器作为隧道客户端，成为隧道的一个端点。
目前，自愿隧道是最普遍使用的隧道类型。以下，将对上述两种隧道类型进行详细介绍。
自愿隧道
当一台工作站或路由器使用隧道客户软件创建到目标隧道服务器的虚拟连接时建立自愿隧道。为实现这一目的，客户端计算机必须安装适当的隧道协议。自愿隧道需要有一条IP连接（通过局域网或拨号线路）。使用拨号方式时，客户端必须在建立隧道之前创建与公共互联网络的拨号连接。一个最典型的例子是Internet拨号用户必须在创建Internet隧道之前拨通本地ISP取得与Internet的连接。
对企业内部网络来说，客户机已经具有同企业网络的连接，由企业网络为封装负载数据提供到目标隧道服务器路由。
大多数人误认为VPN只能使用拨号连接。其实，VPN只要求支持IP的互联网络。一些客户机（如家用PC）可以通过使用拨号方式连接Internet建立IP传输。这只是为创建隧道所做的初步准备，并不属于隧道协议。
强制隧道
目前，一些商家提供能够代替拨号客户创建隧道的拨号接入服务器。这些能够为客户端计算机提供隧道的计算机或网络设备包括支持PPTP协议的前端处理器（FEP），支持L2TP协议的L2TP接入集线器（LAC）或支持IPSec的安全IP网关。本文将主要以FEP为例进行说明。为正常的发挥功能，FEP必须安装适当的隧道协议，同时必须能够当客户计算机建立起连接时创建隧道。
以Internet为例，客户机向位于本地ISP的能够提供隧道技术的NAS发出拨号呼叫。例如，企业可以与某个ISP签定协议，由ISP为企业在全国范围内设置一套FEP。这些FEP可以通过Internet互联网络创建一条到隧道服务器的隧道，隧道服务器与企业的专用网络相连。这样，就可以将不同地方合并成企业网络端的一条单一的Internet连接。
因为客户只能使用由FEP创建的隧道，所以称为强制隧道。一旦最初的连接成功，所有客户端的数据流将自动的通过隧道发送。使用强制隧道，客户端计算机建立单一的PPP连接，当客户拨入NAS时，一条隧道将被创建，所有的数据流自动通过该隧道路由。可以配置FEP为所有的拨号客户创建到指定隧道服务器的隧道，也可以配置FEP基于不同的用户名或目的地创建不同的隧道。
自愿隧道技术为每个客户创建独立的隧道。FEP和隧道服务器之间建立的隧道可以被多个拨号客户共享，而不必为每个客户建立一条新的隧道。因此，一条隧道中可能会传递多个客户的数据信息，只有在最后一个隧道用户断开连接之后才终止整条隧道。
高级安全功能
虽然Internet为创建VPN提供了极大的方便，但是需要建立强大的安全功能以确保企业内部网络不受到外来攻击，确保通过公共网络传送的企业数据的安全。
对称加密与非对称加密（专用密钥与公用密钥）
对称加密，或专用密钥（也称做常规加密）由通信双方共享一个秘密密钥。发送方在进行数学运算时使用密钥将明文加密成密文。接受方使用相同的密钥将密文还原成明文。RSA RC4算法，数据加密标准（DES），国际数据加密算法（IDEA）以及Skipjack加密技术都属于对称加密方式。
非对称加密，或公用密钥，通讯各方使用两个不同的密钥，一个是只有发送方知道的专用密钥，另一个则是对应的公用密钥，任何人都可以获得公用密钥。专用密钥和
吕晓波
（紧接中篇）
数据传输阶段
一旦完成上述4阶段的协商，PPP就开始在连接对等双方之间转发数据。每个被传送的数据报都被封装在PPP包头内，该包头将会在到达接收方之后被去除。如果在阶段1选择使用数据压缩并且在阶段4完成了协商，数据将会在被传送之间进行压缩。类似的，如果如果已经选择使用数据加密并完成了协商，数据（或被压缩数据）将会在传送之前进行加密。
点对点隧道协议（PPTP）
PPTP是一个第2层的协议，将PPP数据桢封装在IP数据报内通过IP网络，如Internet传送。PPTP还可用于专用局域网络之间的连接。RFC草案“点对点隧道协议”对PPTP协议进行了说明和介绍。该草案由PPTP论坛的成员公司，包括微软，Ascend，3Com，和ECI等公司在1996年6月提交至IETF。可在如下站点http://www.ietf.org http://www.ietf.org参看草案的在线拷贝.PPTP使用一个TCP连接对隧道进行维护，使用通用路由封装（GRE）技术把数据封装成PPP数据桢通过隧道传送。可以对封装PPP桢中的负载数据进行加密或压缩。图7所示为如何在数据传递之前组装一个PPTP数据包。
第2层转发（L2F）
L2F是Cisco公司提出隧道技术，作为一种传输协议L2F支持拨号接入服务器将拨号数据流封装在PPP桢内通过广域网链路传送到L2F服务器（路由器）。L2F服务器把数据包解包之重新注入（inject)网络。与PPTP和L2TP不同，L2F没有确定的客户方。应当注意L2F只在强制隧道中有效。（自愿和强制隧道的介绍参看“隧道类型”）。
第2层隧道协议（L2TP）
L2TP结合了PPTP和L2F协议。设计者希望L2TP能够综合PPTP和L2F的优势。
L2TP是一种网络层协议，支持封装的PPP桢在IP，X.25，桢中继或ATM等的网络上进行传送。当使用IP作为L2TP的数据报传输协议时，可以使用L2TP作为Internet网络上的隧道协议。L2TP还可以直接在各种WAN媒介上使用而不需要使用IP传输层。草案RFC“第2层隧道协议”对L2TP进行了说明和介绍。该文档于1998年1月被提交至IETF。可以在以下网站http://www.ietf.org http://www.ietf.org获得草案拷贝。
IP网上的L2TP使用UDP和一系列的L2TP消息对隧道进行维护。L2TP同样使用UDP将L2TP协议封装的PPP桢通过隧道发送。可以对封装PPP桢中的负载数据进行加密或压缩。图8所示为如何在传输之前组装一个L2TP数据包。
PPTP与L2TP
PPTP和L2TP都使用PPP协议对数据进行封装，然后添加附加包头用于数据在互联网络上的传输。尽管两个协议非常相似，但是仍存在以下几方面的不同：
1.PPTP要求互联网络为IP网络。L2TP只要求隧道媒介提供面向数据包的点对点的连接。L2TP可以在IP（使用UDP），桢中继永久虚拟电路（PVCs),X.25虚拟电路（VCs）或ATM VCs网络上使用。
2.PPTP只能在两端点间建立单一隧道。L2TP支持在两端点间使用多隧道。使用L2TP，用户可以针对不同的服务质量创建不同的隧道。
3.L2TP可以提供包头压缩。当压缩包头时，系统开销（overhead）占用4个字节，而PPTP协议下要占用6个字节。
4.L2TP可以提供隧道验证，而PPTP则不支持隧道验证。但是当L2TP或PPTP与IPSEC共同使用时，可以由IPSEC提供隧道验证，不需要在第2层协议上验证隧道。
IPSec隧道模式
IPSEC是第3层的协议标准，支持IP网络上数据的安全传输。本文将在“高级安全”一部分中对IPSEC进行详细的总体介绍，此处仅结合隧道协议讨论IPSEC协议的一个方面。除了对IP数据流的加密机制进行了规定之外，IPSEC还制定了IPoverIP隧道模式的数据包格式，一般被称作IPSEC隧道模式。一个IPSEC隧道由一个隧道客户和隧道服务器组成，两端都配置使用IPSEC隧道技术，采用协商加密机制。
为实现在专用或公共IP网络上的安全传输，IPSEC隧道模式使用的安全方式封装和加密整个IP包。然后对加密的负载再次封装在明文IP包头内通过网络发送到隧道服务器端。隧道服务器对收到的数据报进行处理，在去除明文IP包头，对内容进行解密之后，获的最初的负载IP包。负载IP包在经过正常处理之后被路由到位于目标网络的目的地。
IPSEC隧道模式具有以下功能和局限：
1.只能支持IP数据流
2.工作在IP栈（IPstack）的底层，因此，应用程序和高层协议可以继承IPSEC的行为。
3.由一个安全策略（一整套过滤机制）进行控制。安全策略按照优先级的先后顺序创建可供使用的加密和隧道机制以及验证方式。当需要建立通讯时，双方机器执行相互验证，然后协商使用何种加密方式。此后的所有数据流都将使用双方协商的加密机制进行加密，然后封装在隧道包头内。
关于IPSEC的详细介绍参看本文稍后的“高级安全”部分。
隧道类型
可以创建不同类型的隧道。
1.自愿隧道（Voluntarytunnel)
用户或客户端计算机可以通过发送VPN请求配置和创建一条自愿隧道。此时，用户端计算机作为隧道客户方成为隧道的一个端点。
2.强制隧道（Compulsorytunnel）
由支持VPN的拨号接入服务器配置和创建一条强制隧道。此时，用户端的计算机不作为隧道端点，而是由位于客户计算机和隧道服务器之间的远程接入服务器作为隧道客户端，成为隧道的一个端点。
目前，自愿隧道是最普遍使用的隧道类型。以下，将对上述两种隧道类型进行详细介绍。
自愿隧道
当一台工作站或路由器使用隧道客户软件创建到目标隧道服务器的虚拟连接时建立自愿隧道。为实现这一目的，客户端计算机必须安装适当的隧道协议。自愿隧道需要有一条IP连接（通过局域网或拨号线路）。使用拨号方式时，客户端必须在建立隧道之前创建与公共互联网络的拨号连接。一个最典型的例子是Internet拨号用户必须在创建Internet隧道之前拨通本地ISP取得与Internet的连接。
对企业内部网络来说，客户机已经具有同企业网络的连接，由企业网络为封装负载数据提供到目标隧道服务器路由。
大多数人误认为VPN只能使用拨号连接。其实，VPN只要求支持IP的互联网络。一些客户机（如家用PC）可以通过使用拨号方式连接Internet建立IP传输。这只是为创建隧道所做的初步准备，并不属于隧道协议。
强制隧道
目前，一些商家提供能够代替拨号客户创建隧道的拨号接入服务器。这些能够为客户端计算机提供隧道的计算机或网络设备包括支持PPTP协议的前端处理器（FEP），支持L2TP协议的L2TP接入集线器（LAC）或支持IPSec的安全IP网关。本文将主要以FEP为例进行说明。为正常的发挥功能，FEP必须安装适当的隧道协议，同时必须能够当客户计算机建立起连接时创建隧道。
以Internet为例，客户机向位于本地ISP的能够提供隧道技术的NAS发出拨号呼叫。例如，企业可以与某个ISP签定协议，由ISP为企业在全国范围内设置一套FEP。这些FEP可以通过Internet互联网络创建一条到隧道服务器的隧道，隧道服务器与企业的专用网络相连。这样，就可以将不同地方合并成企业网络端的一条单一的Internet连接。
因为客户只能使用由FEP创建的隧道，所以称为强制隧道。一旦最初的连接成功，所有客户端的数据流将自动的通过隧道发送。使用强制隧道，客户端计算机建立单一的PPP连接，当客户拨入NAS时，一条隧道将被创建，所有的数据流自动通过该隧道路由。可以配置FEP为所有的拨号客户创建到指定隧道服务器的隧道，也可以配置FEP基于不同的用户名或目的地创建不同的隧道。
自愿隧道技术为每个客户创建独立的隧道。FEP和隧道服务器之间建立的隧道可以被多个拨号客户共享，而不必为每个客户建立一条新的隧道。因此，一条隧道中可能会传递多个客户的数据信息，只有在最后一个隧道用户断开连接之后才终止整条隧道。
高级安全功能
虽然Internet为创建VPN提供了极大的方便，但是需要建立强大的安全功能以确保企业内部网络不受到外来攻击，确保通过公共网络传送的企业数据的安全。
对称加密与非对称加密（专用密钥与公用密钥）
对称加密，或专用密钥（也称做常规加密）由通信双方共享一个秘密密钥。发送方在进行数学运算时使用密钥将明文加密成密文。接受方使用相同的密钥将密文还原成明文。RSA RC4算法，数据加密标准（DES），国际数据加密算法（IDEA）以及Skipjack加密技术都属于对称加密方式。
非对称加密，或公用密钥，通讯各方使用两个不同的密钥，一个是只有发送方知道的专用密钥，另一个则是对应的公用密钥，任何人都可以获得公用密钥。专用密钥和
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