VLAN i tunelowanie

Przemysłowe Sieci Informatyczne
Tunelowanie, VLAN, VPN
Opracował dr inż. Jarosław Tarnawski
Plan wykładu






Definicja tunelowania
Powody tunelowania
Wirtualne sieci lokalne VLAN
Konfiguracja Przemysłowych przełączników EDSMoxa508 do pracy w VLAN
Tunelowanie RS232 w Ethernecie
Wirtualne sieci prywatne VPN
Tunelowanie

Definicja tunelowania (ang. tunneling)
Zestawianie połączenia pomiędzy dwoma (być może, ale
niekoniecznie odległymi) hostami dające wrażenie
połączenia bezpośredniego.

Tunel wykorzytuje technikę enkapsulacji jednego
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 bezpieczeństwa - łączenie tunelowania z
wykorzystaniem metod kryptograficznych celem
utworzenia kanału krytpograficznego.
Techniki tunelowania
 Techniki









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


datagramowe:
strumieniowe:
TLS (Transport Layer Security),
SSL (Secure Socket Layer)
Tunelowanie z wykorzystaniem sieci
publicznych
sieć ogólnodostępna
stanowiąca TUNEL
Fabryka1 – sieć firmowa np.
Modbus
Fabryka2 – sieć firmowa np.
Profibus
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 być 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
omijania blokowanych portów i
usług

mHaker.pl
Aplikacje
http-tunnel


Tunelowanie w Automatyce
 Tunelowanie
różne sieci polowe








w celach łączenia sieci różnego typu
Profibus
Ethernet
LON
EIB
CAN
biurowe,
korporacyjne
 Tunelowanie
w celu zabezpieczeń
 Tunelowanie w celu połączeń rozproszonych elementów firmy
 Tunelowanie w celu uzyskania możliwości zdalnego nadzoru
Przykład tunelowania
Przykład tunelowania
Przykład tunelowania
VLAN (ang Virtual LAN)



VLAN to grupa urządzeń ulokowanych gdziekolwek w
sieci, ale komunikujących się tak jak gdyby były w sieci
LAN.
VLAN - sieć 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
urządzeń
sieciowych
VLAN
Znakowanie ramek i trunk
Aby do pojedynczej sieci VLAN można było przypisać fizyczne
porty kilku przełączników, konieczne jest przekazywanie
między przełącznikami oprócz ramek,także informację o
numerze (ID) Vlanu aby 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
VLANów poprzez 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 znakować ramki podczas wysyłania do
przełącznika, gdzie czynność 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 wartość 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 urządzeń w
sieci, prostota i szybkość rekonfiguracji
 Podniesienie
bezpieczeństwa – komunikować 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 Sieć Prywatna), można opisać
jako tunel, przez który płynie ruch w ramach sieci prywatnej pomiędzy
klientami końcowymi 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 kompresować lub szyfrować
w celu zapewnienia lepszej jakości lub większego poziomu bezpieczeństwa
przesyłanych danych.
Określenie "Wirtualna" oznacza, że sieć 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 końcowe mogą korzystać z VPN dokładnie tak jak gdyby istniało
pomiędzy nimi fizyczne łącze prywatne. Rozwiązania oparte na VPN
powinny być stosowane np. w sieciach korporacyjnych firm, których zdalni
użytkownicy dosyć często pracują ze swoich domów na
niezabezpieczonych łączach. Wirtualne Sieci Prywatne charakteryzują się
dość dużą efektywnością, nawet na słabych łączach (dzięki kompresji
danych) oraz wysokim poziomem bezpieczeństwa (ze względu na
szyfrowanie).
VPN
VPN ma trzy rodzaje zastosowań:
 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
sieć prywatna
VPN korzysta z publicznej
infrastruktury
telekomunikacyjnej, która
dzięki stosowaniu
protokołów tunelowania,
szyfrowania i procedur
bezpieczeństwa zachowuje
poufność 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 sieć (przeważnie skupioną) dzielić
na mniejsze podsieci (wydzielać logicznie)

Ogólnie VPNP pozwala łączyć podsieci (przeważnie
rozproszone) w większą podsieć
Bibliografia



MOXA EtherDevice™ Switch EDS-508 Series User’s
Manual
Sieci VPN. Zdalna praca i bezpieczeństwo danych, Helion
2008
VPN za darmo, Krystian Ryłko, PC World