Vorlesung VPN: Drahtgebunden und drahtlos Fachbereich Informatik (FB 20) Lehrstuhl Prof. J. Buchmann

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1 Vorlesung VPN: Drahtgebunden und drahtlos Fachbereich Informatik (FB 20) Lehrstuhl Prof. J. Buchmann WS-05 / V In Zusammenarbeit mit dem CAST-Forum Dr. Wolfgang Böhmer Skript: wboehmer@cdc.informatik.tu-darmstadt.de

2 Vorlesungsinhalte (6/9) 6 Varianz der VPN-Typen 1 VPN Einsatzmöglichkeiten 1. Intranet-VPN (Site-toSite) 2. Extranet-VPN (End-to-End) 3. Remote-Access-VPN (End-to-Site) 2 Eckpunkte für den Einsatz eines VPN 1. VPN-Sicherheitspolitik 2. VPN und Firewall 3. VPN und Router 4. Quality-of-Service in VPN / DiffServ in VPN 7 VPN-Basistechnologien 1 Tunneling 2 GRE-Verfahren als Vorbild für weitere Verfahren 3 Layer-2-Techniken (L2F, PPTP, L2TP, L2Sec) 4 Technologie-Vergleich 5 Absicherung der Layer-2 Techniken (IPSec, EAP-TLS) VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 2 / 16

3 VPN-Strukturen Speziell für VPN der unteren OSI-Layer sind im Verlauf der Zeit mehrere ähnliche Tunnelprotokolle entworfen worden. Point-to-Point Tunneling Protokoll (PPTP) von Microsoft, das im Grund eine Erweiterung PPP-Verbindung darstellt. Unterstützt werden die Protokolle IP, IPX, Netbios und Netbui. Internet Protocol Security (IPSec), das gemäß der IETF durch mehrere RCFs spezifiziert wurde. Layer-2-Tunneling Protocol (L2TP), das aus zwei unterschiedlichen Entwicklungszweigen hervorgegangen ist und ebenfalls durch mehrere RFCs spezifiziert wurde. Service Architektur Technologien Access VPN Intranet und Extranet VPN Vom Endgerät aufgebaut vom Netzzugang (NAS) initiiert IP-Tunnel Virtual Circuit MPLS, MPλS L2F/L2TP,IPSec, PSTN, xdsl, Mobile- IP,Kabel, Luftschnittstelle GRE, IPSec Frame-Relay, ATM IP oder IP over ATM VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 3 / 16

4 Tunneling eine allgemeine Betrachtung Tunneling: Der Versuch zwei Netze zur Zusammen-arbeit zu bringen. Sonderfall: Quell- und Zielhost hängen am gleichen Netztyp, dazwischen liegt ein anderer Netztyp. Beispiel: Eine internationale Bank mit einem TCP/IP basierten Ethernet in Paris und London ist über einem dazwischenliegenden PTT-WAN verbunden. Ethernet in Paris verhält sich wie eine serielle Verbindung WAN Tunnel 1 2 IP IP IP Ethernet-Rahmen Auto Paris Mehrfachprotokoll Router IP-Paket im Nutzdaten-feld des WAN-Paketes Ärmelkanal Mehrfachprotokoll Router Ethernet in London Ethernet-Rahmen Auto London VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 4 / 16

5 Tunneling In IP-Netzen Lapto p Computer-A Standort-X Sicherheitsgatway -1- A B Payload Tunneling ist ein Konzept, mit dem beliebige Datenpakete über ein (unsicheres) Transitnetz im Huckepackverfahren weitergeleitet werden können. Tunnelanfang wird durch den zusätzlichen IP-Header bestimmt Tunnelendpunkt wird durch den Wegfall den zusätzlichen Header (1,2) definiert. Serve r verschlüsselt Ziel Daten Quelle 1 2 A B P a y l o a d Internet A B Sicherheitsgateway -2- Payload Computer- B Standort-Y Ziel Daten Quelle Computer- C VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 5 / 16

6 General Routing Encapsulation (GRE) Tunnel Erster Tunnel-Standard seit 1994, (RFC-1701,1702) Prinzip des Tunnels GRE-Header (Protokoll-Kopf) Eigentliche (ursprüngliche) Protokoll-Kopf (delivery-header) Nutzlast (Payload) Falls Seq.Nr. = 1 und Ack.Nr. = 1 erfolgt eine Datenflusskontrolle gemäß dem Sliding Window-Prinzip S A 0000 Ver=1 Protocol Type = x880b (PPP) Payload Length Call ID Sequence Number (optional) Acknowledge Number (optional) IP-Header GRE-Header PPP-Header L3-Daten VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 6 / 16

7 L2F (Layer-2-Forwarding) Entstand zur gleichen Zeit wie das L2TP-Verfahren (CISCO, Northern Telekom und SHIVA) Bedeutung geht heute zugunsten des PPTP-Verfahren zurück Standard gemäß RFC-2341 L2F ist nicht an das IP-Protokoll gebunden L2F unterstützt mehrere logische Kanäle Internet Heimarbeitsplatz POP Intranet Host PPP PPP ISP-Netzwerk ISP-Netzwerk L2F Tunnel L2F Tunnel Lokales-Netzwerk Lokales-Netzwerk VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 7 / 16

8 PPTP (Point-to-Point-Tunneling-Protokoll) Entstand in der Zusammenarbeit von Microsoft, 3COM, ECI Telematics, Ascend Communications und US Robotics PC-Endgerät DFÜ-Verbindung PPP-Frame PPTP Access Concentrator (PAC) Kontrollverbindung (Out-Band) Erweiterung des PPP Protokoll PPTP-Tunnel verhält sich wie eine out-band-lösung Authentifizierungsverfahren PAP, CHAP, MS-CHAP Absicherung mittels MPPE- Verfahren (RC4) PPP-Header (Multiprotokollfähig) GRE-Header Payload Length Call-ID Sequence Number Tunnel-IP-Header IP-Adresse (PAC) IP-Adresse (PNS) PPP- Frame ohne Flags und FCS Transit IP-Paket Internet bzw. IP-Netz PPTP Network Server (PNS) Host File-Server VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 8 / 16

9 Austausch von Kontrollnachrichten beim PPTP Verfahren PC- Endgerät DFÜ PPTP-Access Concentrator (PAC) IP-Netz (Transitnetz) PPTP-Network Server (PNS) LAN Server im Intranet Aufbau TCP-Sitzung Port 1723 Die Kontrollnachrichten (gestrichelt) werden im Out-Band-Verfahren ausgetauscht. Eine TCP-Verbindung wird als Basis für die Kontrollverbindung zwischen PAC und PNS aufgebaut. Zeit Verbindungsanfrage (IC) Verbindungsannahme (IC+) aktive Verbindung Start-CC-Request Start-CC-Reply Kontrollverbindung afgebaut Echo-Request Echo-Reply IC-Request IC-Reply IC-Connect Datenaustausch Kontroll- Verbindungsaufbau Prüfung der Verbindungsbereitschaft (keep-alive) Sessionaufbau Der eigentliche Datenaustausch erfolgt in einem gesicherten Tunnel. Verbindungstrennung CD-Notify Stop-CC-Request CC-Request Stop-CC-Reply Sessionabbau Kontroll- Verbindungsabbau Kontrollverbindung abgebaut Abbau TCP-Sitzung VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 9 / 16

10 L2TP-Tunnel über eine PPP-Verbindung PC-Endgerät DFÜ-Verbindung PPP-Frame L2TP Access Concentrator (LAC) T L x x S x O P x Ver=2 Length (optional) Tunnel ID Session ID Ns (optional) Nr (optional) Offset Size (optional) Offset Padding (optional) PPP-Header (Multiprotokollfähig) PPP- Frame ohne Flags und FCS Transit IP-Paket Internet bzw. IP-Netz L2TP-Header Tunnel-ID Session-ID L2TP-Header MT AVP 1 AVP i UDP-Header Absender-Port Empfänger-Port: M H rsvd Length Vendor ID Attribute Type Attribute Value (Fortsetzung) Attribute Value Tunnel-IP-Header IP-Adresse (LAC) IP-Adresse (LNS). etc. L2TP Network Server (LNS) Host File-Server VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 10 / 16

11 Auf- und Abbau einer L2TP Kontroll- und Tunnelverbindung Der (IC) löst die eigentliche Verbindung aus. Durch Flagsetzung im T-Feld (1,0) wird eine Kontrollnachricht von einer Datennachricht unterschieden. Es können mehrere logische PPP- Verbindungen gleichzeitig unterhalten werden. Ein Verbindungsabbruch heißt nur bei der letzten logischen PPP- Verbindung auch gleich Tunnelabbruch. (ZLB-Message) Beim Dial-Out geschieht der gesamte Vorgang in entgegengesetzte Richtung. PC- Endgerät DFÜ Verbindungsanfrage (IC) Verbindungsannahme (IC+) aktive Verbindung PPP(IP) Verbindungsabbau (CCL) Verbindungsabbau (CCL-) Verbindungstrennung L2TP-Access Concentrator (LAC) SCCRQ ICRQ CDN IP-Netz (Transitnetz) ZLB ACK ICRP ICCN Tunnel SCCRP Tunnel IP[UDP[L2TP[PPP(IP)]]] ZLB ACK ZLB ACK ZLB ACK Hello Hello StopCCN SCCCN L2TP-Network Server (LNS) LAN Kontroll- Verbindungsaufbau (Tunnel) Prüfung der Verbindungsbereitschaft (keep-alive) Sessionaufbau IP Sessionabbau Prüfung der Verbindungsbereitschaft (keep-alive) Server im Intranet ZLB ACK Tunnel abgebaut Kontroll- Verbindungsabbau VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 11 / 16

12 Vergleich Layer-2-Techniken Eigenschaften PPTP L2F L2TP Standard / Status RFC-2637 (informell) RFC-2341 (informell) RFC-2661 (Standard) Medium IP/GRE IP/UDP,FR,ATM IP/UDP,FR,ATM Private Adresszuweisung Ja Ja ja Multiprotokoll Unterstützung Ja Ja ja Kanäle Eingang und Ausgang Eingang Eingang und Ausgang Protokoll Kontrolle über TCP Port 1723 Kontrolle über UDP Port 1701 Kontrolle über UDP Port 1701 Verschlüsselung Microsoft PPP (Encryption MPPE) PPP Encryption (MPPE) ; IPSec optional PPP Encryption (MPPE/ECP) ; IPSec optional Authentifizierung PPP (Authentifizierung User) PPP Authentifizierung (user);ipsec optional (Paket) PPP Authentifizierung (user); IPSec optinal (Paket) Tunnel-Modus Typischerweise voluntary Tunnel-Modus Compulsory Tunnel-Modus Voluntary & compulsory Tunnel-Modus Mehrere Kanäle pro Tunnel Nein ja ja PPP multilink Unterstützung Nein Ja Ja VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 12 / 16

13 L2Sec gemäß dem Vorschlag von RFC-2716 L2Sec bildet im Kern eine gesicherte PPP-Verbindung in Form einer Dial-In- Lösung ab. Es wird der bei PPP vorhandene Verbindungskontrollmechanismus (Link Control Protocol, LCP) durch einen Authentifizierungsprozess (Extensible Authentication Protocol, EAP (RFC-2284), ergänzt Zusätzlich wird eine Verschlüsselung TLS/SSL eingesetzt, so dass ein L2TP- EAP-TLS-Protocol entstand. Ähnliche Konstrukte sind bei der Cisco-WLAN Lösung (AP 1200) zu finden. VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 13 / 16

14 Vertraulichkeit bei L2TP mittels IPSec Ein L2TP-Tunnel wird in ein UDP-Paket gekapselt transportiert. a oben) Eine Absicherung reicht nur bis zum Sicherheitsgateway (LNS). b oben) Um eine vollständige Ende-zu-Ende Absicherung zu erlangen müssen beide Endgeräte IPSec-fähig sein. a unten) IPSec-Absicherung nur zwischen LAC und LNS PC-Endgerät L2TP fähig a b PC-Endgerät PPP-Client b c IP IP DFÜ PPP PPP DFÜ L2TP-Access Concentrator (LAC) a IP-Netz (Transitnetz) L2TP IP-Sec IP-Sec IP-Netz (Transitnetz) L2TP IP-Sec IP-Sec IP-Sec L2TP-Network Server (LNS) PPP L2TP-Network Server (LNS) LAN IP IP LAN Server im Intranet Server im Intranet VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 14 / 16

15 Übungen 1. Wie arbeitet das Sliding Window Prinzip? 2. Wie ist beim Layer-2 Tunneling der Aspekt der Vertraulichkeit geregelt? 3. Wie ist beim Layer-2 Tunneling der Aspekt der Integrität geregelt? 4. Welche weitere Möglichkeiten kennen Sie, um in einem Layer-2 Tunneling die Vertraulichkeit zu garantieren? VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 15 / 16

16 Literatur Tanenbaum, Andrew. S.: Computernetzwerke, 3.revidierte Auflage, Prentice Hall, Pearson Studium; München 2000; ISBN Comer, D, E.: Computernetzwerke und Internets, Neuauflage, Pearson Education, München 2000; ISBN Detken, Kai-Oliver; Eren, Evren.: Extranet, VPN-Technik zum Aufbau sicherer Unternehmensnetze; Addison-Wesley, ein Imprint der Pearson Education Deutschland GmbH, München 2001; ISBN X. VPN-Virtual Private Networks / Vorlesung / WS-05 / TU-Darmstadt /TI Folie 16 / 16

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