[计算机网络] VPN技术

VPN技术

1. 概述

虚拟专用网络 （VPN）技术利用互联网服务提供商 （ISP）和网络服务提供商（NSP）的网络基础设备，在公用网络中建立专用的数据通信通道。VPN的主要优点包括节约成本和提供安全保障。

优点：

• VPN可以节约成本
• 为安全提供保障

2. VPN类型

VPN主要有三种应用方式：远程接入VPN、内联网VPN、外联网VPN。

1. 远程接入VPN（Access VPN）

   远程接入VPN允许移动用户在外部网络上访问内部网络。例如，一些学校和企业的门户平台只有在内网环境下才能访问，通过远程接入VPN，用户可以在任何地方安全地连接到这些内部资源。

   

2. 内联网VPN

   内联网VPN将两个内部网络通过公用网络连接起来，形成一个逻辑上的局域网。这种方式可以用于连接不同办公室、分支机构，使其共享内部资源，提升整体协作效率。

3. 外联网VPN

   外联网VPN使得不同的用户在逻辑上的局域网中不平等。通常用于合作伙伴或客户之间的安全通信，在保护公司内部资源的同时，提供必要的访问权限。

3. 使用的技术

3.1 隧道技术

隧道技术主要是利用隧道协议来传输另外一种协议。隧道由隧道开通器（TI）、有路由能力的公用网络和隧道终止器（TT）组成。隧道可以将数据流量强制传输到特定的目的地，隐藏私有的网络地址、在IP网络上传输非IP协议的数据包，简单的来说，隧道技术就像现实生活中的隧道，它可以从一地到一地，而它穿过的"大山"在这里就是外网。

3.1.1 实现方式

隧道的实现主要分为两个过程：封装、解封装。

• 封装：由隧道开通器（TI）完成，将数据包封装在隧道协议的外壳内。
• 解封装：由隧道终止器（TT）完成，将数据包从隧道协议的外壳中解封。

3.1.2 基本类型

隧道有两种基本类型：主动式隧道和被动式隧道

主动式隧道（Access VPN）：

​ 客户端主动与目标隧道服务器建立连接。这种方式，客户端需要安装所需要的隧道协议

被动式隧道（Intranet VPN、Extranet VPN）：

​ 被动式隧道主要用于两个内部网络之间的固定连接，所以需要先交给隧道服务器A，在接收到数据后，将其强制通过已建立的隧道传输到对端的隧道服务器。

4. VPN相关协议

在VPN技术中，隧道协议用于在公用网络上建立安全的通信通道。根据工作在OSI模型中的层次，可以将隧道协议分为第二层隧道协议和第三层隧道协议。

4.1 第二层隧道协议

第二层隧道协议工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。常见的第二层隧道协议包括PPTP和L2TP。

4.1.1. PPTP（Point-to-Point Tunneling Protocol）

PPTP是由微软和其他厂商开发的早期VPN协议。它在PPP（Point-to-Point Protocol）基础上进行封装，通过互联网传输PPP帧。

特点：

• 简单易用：PPTP配置相对简单，广泛支持于Windows操作系统。
• 性能较好：由于其较轻的协议开销，PPTP具有良好的传输性能。
• 安全性较低：PPTP的加密机制（通常是MPPE）相对较弱，容易受到攻击。

4.1.2. L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）

L2TP是由思科和微软共同开发的协议，结合了PPTP和L2F（Layer 2 Forwarding）的特点。L2TP本身不提供加密功能，通常与IPSec一起使用，以提供强大的加密和认证机制。

特点：

• 灵活性高：L2TP可以通过多种网络（如ATM、帧中继等）传输数据。
• 安全性好：当与IPSec结合使用时，L2TP/IPSec提供了强大的加密和认证功能。
• 性能较差：由于双重封装（L2TP和IPSec），L2TP/IPSec的性能可能不如其他协议。

L2TP主要是由LAC（L2TP接入集中器）和LNS（L2TP网络服务器）构成。

• LAC：用于客户端的L2TP来接发呼叫、建立隧道，为客户端提供通过PNST、ISDN、xDSL等方式的接入网路服务。
• LNS：隧道的终点。

L2TP具有两种报文格式：控制报文、数据报文。

• L2TP控制报文：用于隧道的建立、维护与断开。使用的是UDP1701端口，对封装后的UDP数据报使用IPSec ESP进行加密处理并认证。
• L2TP数据报文：负责传输用户的数据。

4.2 第三层隧道协议

第三层隧道协议工作在OSI模型的第三层，即网络层。常见的第三层隧道协议包括IPSec和GRE。

4.2.1. IPSec（Internet Protocol Security）

IPSec是一套用于保护IP通信的协议，提供了认证、数据完整性和加密功能。IPSec通常用于保护VPN连接，尤其是站点到站点VPN和远程接入VPN。

特点：

• 强大的安全性：IPSec提供了强大的加密和认证机制，如AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload）。
• 灵活性高：IPSec可以保护任何基于IP的协议，是一种通用的安全解决方案。
• 复杂性高：IPSec配置和管理相对复杂，需要专业知识。

4.2.2. GRE（Generic Routing Encapsulation）

GRE是一种简单的隧道协议，用于在一个协议中封装另一种协议。GRE本身不提供加密或认证功能，通常与IPSec结合使用以提供安全性。

特点：

• 协议支持广泛：GRE可以封装多种协议，包括IP、IPX和AppleTalk。
• 简单易用 ：GRE配置相对简单，适用于多种应用场景。
  身不提供加密或认证功能，通常与IPSec结合使用以提供安全性。