VPN的基础介绍

2023-08-14 阿豪的笔记

VPN即虚拟专用网，用于在公用网络上构建私人专用虚拟网络，并在此虚拟网络中传输私网流量。VPN把现有的物理网络分解成逻辑上隔离的网络，在不改变网络现状的情况下实现安全、可靠的连接。

VPN具有以下两个基本特征：

专用网络：对于VPN用户，使用VPN与使用传统专网没有区别。VPN与底层承载网络之间保持资源**，即VPN资源不被网络中非该VPN的用户所使用，且VPN能够提供足够的安全保证，确保VPN内部信息不受外部侵扰。
虚拟：用户不再需要拥有实际的专用长途数据线路，而是利用Internet的长途数据线路建立自己的私有网络。VPN用户内部的通信是通过公共网络进行的，而这个公共网络同时也可以被其他非VPN用户使用，VPN用户获得的只是一个逻辑意义上的专网。

VPN常见技术

隧道技术：隧道两端封装、解封装，用以建立数据通道
身份认证：保证接入VPN的*作人员的合法性、有效性
数据认证：数据在网络传输过程中不被非法篡改
加解密技术：保证数据在网络中传输时不被非法获取
密钥管理技术：在不安全的网络中安全地传递密钥

VPN的产生背景

在VPN（Virtual Private Network）出现之前，跨越Internet的数据传输只能依靠现有物理网络，具有很大的不安全因素。

如下图所示，某企业的总部和分支机构位于不同区域（比如位于不同的国家或城市），当分支机构员工需访问总部服务器的时候，数据传输要经过Internet。由于Internet中存在多种不安全因素，则当分支机构的员工向总部服务器发送访问请求时，报文容易被网络中的黑客窃取或篡改。最终造成数据泄密、重要数据被**等后果。

图1 VPN出现前的报文传输

为了防止信息泄露，可以在总部和分支机构之间搭建一条物理专网连接，但其费用会非常昂贵，此时可以考虑采用VPN的方案进行解决。

VPN封装原理

VPN的基本原理是利用隧道（Tunnel）技术，对传输报文进行封装，利用VPN骨干网建立专用数据传输通道，实现报文的安全传输。

隧道技术使用一种协议封装另外一种协议报文（通常是IP报文），而封装后的报文也可以再次被其他封装协议所封装。

在上图中展示的网络中，如果存在VPN隧道，则数据传输如下图所示。当分支机构员工访问总部服务器时，报文封装过程如下：

图2 经过VPN封装后的报文传输

报文发送到**1时，**1识别出该用户为VPN用户后，发起与总部**即**2的隧道连接，从而**1和**2之间建立VPN隧道。
**1将数据封装在VPN隧道中，发送给**2。
**2收到报文后进行解封装，并将原始数据发送给最终接收者，即服务器。
反向的处理也一样。VPN**在封装时可以对报文进行加密处理，使Internet上的非法用户无法读取报文内容，因而通信是安全可靠的。

VPN的优势

VPN和传统的数据专网相比具有如下优势：

安全：在远端用户、驻外机构、合作伙伴、供应商与公司总部之间建立可靠的连接，保证数据传输的安全性。
廉价：利用公共网络进行信息通讯，企业可以用更低的成本连接远程办事机构、出差人员和业务伙伴。
支持移动业务：支持驻外VPN用户在任何时间、任何地点的移动接入，能够满足不断增长的移动业务需求。
可扩展性：由于VPN为逻辑上的网络，物理网络中增加或修改节点，不影响VPN的部署。

VPN的应用场景及选择

VPN适用于以下基本场景，以及从以下场景中衍生的复杂场景。通过对比各种VPN的特点，可选择适合的VPN类型。

site-to-site VPN

site-to-site VPN即两个局域网之间通过VPN隧道建立连接。

如下图所示，企业的分支和总部分别通过**1和**2连接到Internet。出于业务需要，企业分支和总部间经常相互发送内部机密数据。为了保护这些数据在Interner中安全传输，在**1和**2之间建立VPN隧道。

图3 site-to-site VPN组网图

这种场景的特点为：两端网络均通过固定的**连接到Internet，组网相对固定。且访问是双向的，即分支和总部都有可能向对端发起访问。适用于比如连锁超市、政府机关、银行等的业务通信。

此场景可以使用以下几种VPN实现：IPSec、L2TP、L2TP over IPSec、GRE over IPSec、IPSec over GRE。

两端相互访问较频繁，传输的数据为机密数据，且任何用户都能访问对端内网，无需认证时，可采用IPSec方式。
只有一端访问另一端，且访问的用户必须通过用户认证时，可采用L2TP方式。
如果只有一端访问另一端，传输数据为机密数据，且访问的用户必须通过用户认证，可采用L2TP over IPSec方式，安全性更高。
GRE over IPSec隧道和IPSec over GRE隧道都可以用来安全的传输数据，两者的区别在于对数据的封装顺序不同。GRE over IPSec在报文封装时，是先GRE封装然后再IPSec封装；IPSec over GRE在报文封装时，是先IPSec封装再GRE封装。
由于IPSec无法封装组播报文，因此IPSec over GRE隧道也无法传输组播数据。如果隧道两端要传输组播数据时，就要采用GRE over IPSec方式。

client-to-site VPN

client-to-site VPN即客户端与企业内网之间通过VPN隧道建立连接。

如下图所示，外出差员工（客户端）跨越Internet访问企业总部内网，完成向总部传送数据、访问内部服务器等需求。为确保数据安全传输，可在客户端和企业**之间建立VPN隧道。

图4 client-to-site VPN组网图

这种场景的特点为：客户端的地址不固定。且访问是单向的，即只有客户端向内网服务器发起访问。适用于企业出差员工或临时办事处员工通过手机、电脑等接入总部远程办公。

此场景可以使用以下几种VPN实现：SSL、IPSec（IKEv2）、L2TP、L2TP over IPSec。

如果对客户端没有要求，但是待访问的服务器要针对不同类型用户**不同的服务、制定不同的策略等，可采取SSL方式。
出差员工或临时办事处员工，如果需要频繁访问某几个固定的总部服务器，且服务器功能对全部用户都**的情况下，可采取L2TP over IPSec方式。

BGP/MPLS IP VPN

BGP/MPLS IP VPN主要用于解决跨域企业互连等问题。当前企业越来越区域化和国际化，同一企业的不同区域员工之间需要通过服务提供商网络来进行互访。服务提供商网络往往比较庞大和复杂，为严格控制用户的访问，确保数据安全传输，需在骨干网上配置BGP/MPLS IP VPN功能，实现不同区域用户之间的访问需求。

BGP/MPLS IP VPN为全网状VPN，即每个PE和其他PE之间均建立BGP/MPLS IP VPN连接。服务提供商骨干网的所有PE设备都必须支持BGP/MPLS IP VPN功能。

图5 BGP/MPLS IP VPN组网图

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