2001, Edgard Jamhour Professor Edgard Jamhour VPN – Redes Virtuais Privadas.
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2001, Edgard Jamhour
Professor
Edgard Jamhour
VPN – Redes Virtuais Privadas
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2001, Edgard Jamhour
Motivação para as VPN’s
• PROBLEMA:– Como construir sistemas de informação de grande
amplitude geográfica sem arcar com custos excessivos com a infra-estrutura de comunicação.
EmpresaEmpresa
FilialFilial
FilialFilial
ParceiroParceiro
FuncionárioFuncionário
RepresentanteRepresentante
ParceiroParceiro
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2001, Edgard Jamhour
Soluções Usuais
• Utilizar o enlaces de comunicação temporários– LINHAS DISCADAS:
• sistema público de telefonia
• Utilizar enlaces de comunicação permanentes– LINHAS DEDICADAS ou PRIVATIVAS:
• Serviços disponibilizados por empresas de telecomunicação.
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2001, Edgard Jamhour
Acesso por linha discada
• Serviço de Acesso Remoto:– Implementado pelos sistemas operacionais comerciais
mais difundidos.– Permite que um usuário acesse um servidor por linha
discada.
MODEM MODEM
MODEM
PRECISA DE UM MODEM PARA
CADA USUÁRIO
PPP: POINT TO POINT PROTOCOL
RAS OU NAS
PSTN
REDE
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2001, Edgard Jamhour
PPP: Point to Point Protocol
• Permite criar conexão de rede através de links ponto a ponto.– O PPP é um protocolo do nível de enlace destinado a
transportar mensagens ponto a ponto. – O PPP supõem que o link físico transporta os pacotes na
mesma ordem em que foram gerados.
O PPP permite transportar diversos protocolos de
rede.IP
IPX
link físicolink físico
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2001, Edgard Jamhour
Frame PPP
• O Frame PPP segue uma variante da estrutura do HDLC (High-level Data Link Control)– FLAG: 0x7E– ADDRESS: Usualmente FF (broadcast)– CONTROL: 0x03– FCS: Checksum
FLAG ADDRESS CONTROL PROTOCOL FCS FLAG
8 bits 8 bits 8 bits 16 bits 16 bits 8 bits
DADOS
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2001, Edgard Jamhour
Sequência PPP
• Link Control Protocols (LCP)– Configura parâmetros do link como tamanho dos
quadros.
• Protocolos de Autenticação– Determina o método para validar a senha do usuário no
servidor. Pode variar de texto aberto até criptografia.
• Network control protocols (NCP):– Configura parâmetros específicos do protocolo
transportado, como IP, IPX, and NetBEUI.
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Acesso por linhas privativas
EMPRESA FILIAL
• Links Redundantes
• Alto custo e Pouca Flexibilidade
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2001, Edgard Jamhour
Tecnologias para Linhas Privativas
• Linhas privativas podem ser implementadas com:– ATM ou Frame-Relay
• Comunicação Orientada a Conexão– Connecion-Oriented
• Ambas as tecnologias permitem dividir a banda de um enlace físico através de circuitos virtuais.
• ATM:– VPI e VCI
• FRAME RELAY– DLCI
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2001, Edgard Jamhour
Circuitos Virtuais ATM
• ATM utiliza uma estrutura hierárquica para criar circuitos virtuais.
Enlace Físico
caminho virtual
VP
caminho virtual
VP
VC
VC
VC
VC
VC
VC
VPI VCI DADOS
CÉLULA
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Frame-Relay
• Frame-relay utiliza uma estrutura simples para criação de circuitos virtuais.
Enlace Físico
caminho virtual VP
Circuito Virtual
DLCI DADOS
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Estrutura Geral de Quadros
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Estrutura do Quadro Frame Relay
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2001, Edgard Jamhour
Quadro Frame-Relay
• DLCI: Data Link Connection Identifier– Número de 10 bits– DLCI indica a porta em que a rede de destino
está conectada.
• Normalmente o termo “porta” refere-se a porta física de um roteador.
• Todavia, as redes frame-relay podem ser implementadas também em switches ou bridges.
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2001, Edgard Jamhour
Velocidade do Frame-Relay
• O serviço frame-relay é oferecido normalmente como:–Frações de canais T1/E1
–Taxas completas de T1/E1
• Alguns vendedores oferecem frame relay até taxas T3:–45 Mbp.
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Backbone Embratel
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2001, Edgard Jamhour
Backbone Embratel
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2001, Edgard Jamhour
Rede Frame Relay
HUB
roteador
FRAD
usual
FRAD
REDE ATMREDE ATM
FRAME-RELAYFRAME-RELAY
REDE ATMREDE ATM
ATMATM
Interface Interface Frame-RelayFrame-Relay
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2001, Edgard Jamhour
CIR - Committed Information Rate
bits/s
tempo
CIR = média no intervalo Tc
CIR
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2001, Edgard Jamhour
SLA: Service Level Agreement
• SLA define as métricas usadas para descrever o desempenho de um serviço Frame Relay.
• Essas métricas pode ser usadas para estabelecer um contrato entre o provedor de serviço e um usuário ou entre provedores de serviço.– Frame Transfer Delay – Frame Delivery Ratio – Data Delivery Ratio – Service Availability
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2001, Edgard Jamhour
SERVIÇO Intranet EMBRATEL
BACKBONE EMBRATELQUALIDADE DE SERVIÇO
CONTROLADA
Empresa AEmpresa A
Empresa Empresa BB
Empresa Empresa BB Empresa Empresa AA
Internet Internet MundialMundial
INTERNET INTERNET VIAVIA
EMBRATELEMBRATEL
Empresa Empresa DDSEM QUALIDADE DE
SERVIÇO
DLCI=1DLCI=1
DLCI=10DLCI=10
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2001, Edgard Jamhour
VPN X Circuitos Virtuais
• Circuitos Virtuais ATM ou Frame Relay– Objetivo:
• Garantia de Qualidade de Serviço (QoS).
– Princípio: • Criam canais com QoS controlado.
– Limitação: • Depende do provedor de serviço.
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2001, Edgard Jamhour
VPN X Circuitos Virtuais
• VPN: Virtual Private Networks– Objetivos:
• Oferecer segurança através de redes IP potencialmente inseguras.
• Permitir o transporte de outros protocolos de rede sobre a Internet.
– Princípios:• Encapsulamento adcional de quadros e pacotes.
– Limitação:• Não oferece qualidade de serviço
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2001, Edgard Jamhour
Tipos de VPN
ENTRE DUAS MÁQUINAS
ENTRE UMA MÁQUINA E UMA REDE(VPN DE ACESSO)
ENTRE DUAS REDES(INTRANET OU
EXTRANET VPN)
rederede
InseguraInsegura
rederede
InseguraInsegura
rederede
InseguraInsegura
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2001, Edgard Jamhour
VPN = Tunelamento
rederede
InseguraInsegura
pacote protegido
rederede
InseguraInsegura pacote desprotegido
rederede
InseguraInsegura
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2001, Edgard Jamhour
Exemplo: VPN de Acesso
• Vendedor que precisa acessar a rede corporativa de um ponto remoto.
INTERNET
CATÁLOGO DE PRODUTOS
SISTEMA DE PEDIDOS
SERVIDORDE VPN
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Intranet VPN
• Permite construir uma intranet utilizando recursos de uma infra-estrutura de comunicação pública (e.g. Internet).
INTERNET
EMPRESA EMPRESA
VPN
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Extranet VPN
• Permite construir uma rede que compartilha parcialmente seus recursos com empresas parceiras (fornecedores, clientes, parceiros,etc.).
INTERNET
PARCEIROVPN
EMPRESAPARCEIRO
VPN
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2001, Edgard Jamhour
Conceitos Básicos de uma VPN
• TUNELAMENTO:– Permite tranportar pacotes com IP privado ou com
outros protocolos de rede através da Internet.
• AUTENTICAÇÃO:– Permite controlar quais usuários podem acessar a VPN– Reduz o risco de ataques por roubo de conexão e
spoofing.
• CRIPTOGRAFIA:– Garante a confidencialidade dos dados transportados
através da VPN.
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2001, Edgard Jamhour
TUNELAMENTO
• TUNELAR: Significa colocar as estruturas de dados de um protocolo da mesma camada do modelo OSI dentro do outro.
• Existem dois tipos de Tunelamento:– Camada 3: Transporta apenas pacotes IP
– Camada 2: Permite tranportar outros protocolos de rede: IP, NetBEUI, IPX.
CABEÇALHOQUADRO
CABEÇALHOPACOTE CRC
CABEÇALHOQUADRO
CABEÇALHOIP CRCCABEÇALHO
PACOTE IPTUNELAMENTO DA CAMADA 3
TUNELAMENTO DA CAMADA 2
DADOS
DADOS
CABEÇALHOQUADRO
CABEÇALHOPACOTE IP CRCDADOS
CABEÇALHOQUADRO
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2001, Edgard Jamhour
TUNELAMENTO
FISICA
ENLACE
REDE
TRANSPORTE
APLICAÇÃO
FISICA
ENLACE
REDE
SSL
APLICAÇÃO
FISICA
ENLACE
REDE
TRANSPORTE
APLICAÇÃO
FISICA
ENLACE
REDE
TRANSPORTE
APLICAÇÃO
TRANSPORTE
REDE IP (VPN)
REDE IP (VPN)
ENLACE PPP
Aplicação
S.O.
Placa de
Rede
Pilha
Normal SSLTunelamento
Camada 3
Tunelamento
Camada 2
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2001, Edgard Jamhour
Exemplo
REDE AREDE A REDE BREDE B
IPF1 IPF3 IPF4IPF2
IPF
IPQ1 IPQ2
IPF
IPF1 IPF4 DADOS
IPF1 IPF4 DADOSIPQ2IPQ1
IPF1 IPF4 DADOS
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2001, Edgard Jamhour
Autenticação
EMPRESAFILIAL
INTERNET
LOGIN LOGIN
NICInterface
VPN
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2001, Edgard Jamhour
Criptografia
REDE AREDE A REDE BREDE B
IPF1 IPF3 IPF4IPF2
IPF
IPQ1 IPQ2
IPF
IPF1 IPF4 DADOS
IPF IPF DADOSIPQ2IPQ1
IPF1 IPF4 DADOS
TODO O PACOTE, INCLUINDO O CABEÇALHO É CRIPTOGRAFADO.
XXXXXXXXXXXXXXXX
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2001, Edgard Jamhour
PROTOCOLOS PARA VPN
• L2F:– Layer 2 Fowarding Protocol (Cisco)
– Não é mais utilizado.
• PPTP:– Tunelamento de Camada 2
– Point-to-Point tunneling Protocol
• L2TP:– Tunelamento de Camada 2
– Level 2 Tunneling Protocol (L2TP)
– Combinação do L2F e PPTP
• IPSec:– Tunelamento de Camada 3
– IETF (Internet Engineering Task Force)
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2001, Edgard Jamhour
Protocolos para VPN
Protocolo Tunelamento Criptografia Autenticação Aplicação Típica
PPTP Camada 2 Sim Sim VPN de Acesso Iniciada no Cliente
L2TP Camada 2 Não Sim VPN de Acesso Iniciada no NAS
IPsec Camada 3 Sim Sim VPN de Acesso
Intranet e Extranet VPN
IPsec e L2TP
Camada 2 Sim Sim VPN de Acesso Iniciada no NAS
Intranet e Extranet VPN
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2001, Edgard Jamhour
PPTP: Point-to-Point tunneling Protocol
• Definido pelo PPTP Forum:– Ascend Communication, U.S. Robotics, 3Com
Corporation, Microsoft Corporation e ECI Telematics– Formalizado por RFC
• Requisitos para Utilização:– Os sistemas operacionais do cliente e do servidor
devem suportar PPTP– PPTP é o protocolo de tunelamento mais difundido no
mercado:• Windows, Linux, Roteadores, etc...
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2001, Edgard Jamhour
Cenários de Utilização do PPTP
• Cenários:
– A) Acesso por modem:• O cliente estabelece uma conexão com um
provedor (ISP) e depois com o servidor de VPN.
– B) Acesso por placa de rede:• O cliente já está na Internet, ele se conecta
diretamente ao servidor de VPN.• O cliente e o servidor da VPN se encontram
na mesma rede corporativa.
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2001, Edgard Jamhour
Tipos de Conexão
• O cliente tem acesso direto ao servidor, seja via linha discada, seja via rede.
ProtocoloTCP/IPIPX/SPXNetBEUI
possui protocolo PPTPinstalado e
serviço de dial up
possui protocolo PPTPinstalado e
serviço RAS configurado
ProtocoloTCP/IPIPX/SPXNetBEUI
permanente
discado
PLACA DE REDEMODEM
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2001, Edgard Jamhour
Opções de Configuração
Opção no Cliente: - Conexões Virtuais Simultâneas (1 no WINDOWS 95/98).- Criptografia- Método de Autenticação
Opções no Servidor: - Número de portas VPN - DHCP ou RAS - O cliente pode especificar seu IP (S/N) - Range de IP’s - Tipo de Autenticação - Criptografia de Dados (S/N) - Acesso ao servidor ou a toda rede.
PORTAS VPNPARA DISCAGEM
PORTAS VPNPARA RECEPÇÃO
discado
rede
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2001, Edgard Jamhour
Conexão PPTP
PSTN
INTERNET
ISP
EMPRESA
USUÁRIOREMOTO
TUNELPROVEDOR DE
ACESSO A INTERNET
REDE TELEFÔNICA
NASMODEM
MODEM
MODEM
MODEM
SERVIDOR
PPP
PPTP
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2001, Edgard Jamhour
Topologias de Conexão
O servidor VPN libera acesso a toda rede
RAS
RAS
Acesso apenas a esta máquina
Outro Servidor da Rede
PORTAS VPNPORTAS VPN
WINDOWS 95/98
WINDOWS 95/98
WINDOWS NT
WINDOWS 95/98
WINDOWS NT/LINUX
WINDOWS NT/LINUX
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2001, Edgard Jamhour
Exemplo
• 1) Situação Inicial– Considere um cliente e um servidor conectados
por uma rede TCP/IP.– Ambos possuem endereços pré-definidos.
IPNORMAL1
IPNORMAL2
SERVIDOR RAS
RANGE IPIPVPN1
IPVPN2
...
INTERNET
EXEMPLO:192.168.0.1
..192.168.0.254
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2001, Edgard Jamhour
Estabelecimento da Conexão PPTP
• 2) O cliente disca para o endereço IP do servidor.– Nesse processo, o cliente deve fornecer seu login e senha.– A conta do usuário deve existir no servidor, e ele deve ter
direitos de acesso via dial up.– O servidor atribui um IP para o cliente, e reconfigura suas rotas.
IPNORMAL2
IPNORMAL1
SERVIDOR RAS
RANGE IPIPVPN1
IPVPN2
...
INTERNET
LOGINSENHA
IPVPN E ROTAS
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2001, Edgard Jamhour
IP’s de tunelamento
• Uma conexão PPTP que encapsula protocolos TCP/IP em outro datagrama IP envolve a utilização de 2 pares de IP:– IP sem tunelamento
• cliente: IPNORMAL2 (e.g. 210.0.0.1)
• servidor: IPNORMAL1 (eg. 200.0.0.1)
– IP com tunelamento• cliente: IPVPN2 (192.168.0.2)
• servidor: IPVPN1 (192.168.0.1)
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2001, Edgard Jamhour
Rede Virtual
• Os clientes conectados a rede virtual utilizam o servidor RAS como roteador.
VPN
VPN
VPN
VPN
SERVIDOR RAS
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2001, Edgard Jamhour
Comunicação com Tunelamento
IPN2 IPN1
SERVIDOR RAS
IPVPN1IPVPN1IPVPN2IPVPN2
IPN2 IPN1 IPVPN2 IPVPN3
CLIENTE
IPN1 IPN3 IPVPN2 IPVPN3
IPN3
IPVPN3IPVPN3
CLIENTE
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2001, Edgard Jamhour
Porta de Controle
• O estabelecimento de uma conexão PPTP é feito pela porta de controle TCP 1723.
• Esta porte precisa ser liberada no firewall para implantar uma VPN de acesso.
17231723> 1024> 1024
configuração do link
autenticação
configuração de rotasTCPTCP
IP: Protocol Type = 2F
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Exemplo de VPN com Firewall
INTERNET
17231723>1023>1023
IP_Servidor_VPN
FIREWALL:
Liberar a porta TCP 1723 no IP = Servidor_VPN
Liberar o protocolo PPTP (Protocol Type=2F) para o IP=Servidor_VPN
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Segurança do PPTP
• PPTP fonece dois serviços de segurança:– Autenticação– Criptografia de Dados
• Diversos tipos de autenticação podem ser utilizadas:– CHAP: Standard Encrypted Authentication– MS-CHAP: Microsoft Encrypted Authentication
• Unico Método que Permite Criptografia
– PAP: Password Authentication Protocol• Autenticação Sem Criptografia
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2001, Edgard Jamhour
Autenticação por CHAP
• CHAP: Challeng HandShake Authentication Protocol– Definido pela RFC 1994 como uma extensão
para PPP• Não utiliza passwords em aberto• Um password secreto, criado apenas para a sessão,
é utilizado para o processo de autenticação. • CHAP permite repetir o processo de validação da
senha durante a conexão para evitar ataques por roubo de conexão.
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2001, Edgard Jamhour
Autenticação CHAP
• O processo utilizado é do tipo challenge-response:– a) O cliente envia sua identificação ao servidor (mas
não a senha)– b) O servidor responde enviando ao cliente uma
“challenge string”, única, criada no momento do recebimento do pedido.
– c) O cliente aplica um algoritmo RSA’s MD5 (one-way hashing), e combinado-se password e a string recebida.
– d) O servidor compara a senha criptografada recebida pelo usuário aplicado a mesma operação na senha armazenada localmente.
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Autenticação no CHAP
1. Pedido de Login (Identificação)
2. Challenge String
2. One-Way-Hash(Password+Challenge String) = RSA’s MD55
MD5
Senha +Challenge String
Digest
COMPARAÇÃO
4. VALIDAÇÃO
5. OK
http://www.cisco.com/warp/public/770/chapvuln-pub.shtml
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MD4 e MD5
• O Algoritmo MD5:
• Aceita uma mensagem de entrada de tamanho arbitrário e gera como resultado um “fingerprint” ou “message digest” de tamanho fixo (128 bits).– Probabilidade de duas
mensagens gerarem o mesmo digest: "computationally infeasible"
• Definido na RFC 1321.
• O Algoritmo MD4:
• Versão anterior do MD5, menos segura e mais rápida. – Probabilidade de duas
mensagens gerarem o mesmo digest: 264
• Definido na RFC 1320.• O site do RSA (
www.rsasecurity.com) indica que o MD4 deve ser considerado quebrado (1999).
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Autenticação por MS-CHAP
• MS-CHAP: Microsoft - Challenge HandShake Authentication Protocol
• Duas versões:– Versão 1:
• gera chaves criptográficas a partir apenas do password, por isso a chave não muda de uma sessão para outra.
• a autenticação é one-way: o cliente prova a indentidade para o servidor, mas não o contrário.
• a mesma chave de criptografia é utilizada para enviar e receber dados.
– Versão 2 (RFC 2759):• gera chaves criptográficas a partir do password e da challenge string,
por isso a chave muda a cada sessão.
• a autenticação é two-way (mutual authentication).
• gera uma chave de criptografia diferente para transmitir e para receber dados.
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Autenticação no MS-CHAP
1. Pedido de Login (Identificação)
2. Challenge String (CS1)
3. Challenge String (CS2) +MD4 (CS1+Password)
5) chave (CS2 + password)chave (CS1 + password)
RSA’s RC440 ou 128 bits (negociado)
6) chave (CS1 + password)chave(CS2 + password)
RSA’s RC440 ou 128 bits (negociado)
4. OK +MD4(CS1, CS2, Password)
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L2TP: Layer Two Tunneling Protocol
• Baseado nos Protocolos:– PPTP– L2F
• As mensagens do protocolo L2TP são de dois tipos:– Mensagens de controle:
• Utilizadas para estabelecer e manter as conexões
– Mensagens de dados:• Utilizadas para transportar informações
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2001, Edgard Jamhour
PPTP e L2TP
• PPTP:– Utiliza uma conexão TCP
para negociar o túnel, independente da conexão utilizada para transferir dados.
– Não possui mecanismos fortes de integridade dos pacotes (baseia-se apenas no PPP).
– Túneis são usualmente criados pelo cliente.
• L2TP:– Envia tanto as mensagens
de controle quanto os dados encapsulados em datagramas UDP.
– No Windows 2000, por exemplo, o cliente e o servidor utilizam a porta UDP 1701 para negociar os túneis L2TP.
– Túneis são usualmente criados automaticamente pelo NAS.
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2001, Edgard Jamhour
Tunelamento L2TP
• O tunelamento no L2TP é feito com o auxílio do protocolo UDP. • Observe como o L2TP é construído sobre o protocolo PPP.
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2001, Edgard Jamhour
Tipos de VPN de Acesso
• As VPNs de acesso podem ser de dois tipos, dependendo do ponto onde começa a rede segura:
A) Iniciada pelo Cliente
B) Iniciada pelo Servidor de Acesso a Rede (NAS)
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2001, Edgard Jamhour
Iniciada pelo Cliente
PSTN
INTERNET
ISP
EMPRESA
USUÁRIOREMOTO
TUNELPROVEDOR DE
ACESSO A INTERNET
REDE TELEFÔNICA
NASMODEM
MODEM
MODEM
MODEM
SERVIDOR
PPP
PPTPPPTP
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2001, Edgard Jamhour
Iniciada pelo Servidor de Acesso a Rede (NAS)
PSTN
INTERNET
ISP
EMPRESA
USUÁRIOREMOTO
PPP PPP
TUNELPROVEDOR DE
ACESSO A INTERNET
REDE TELEFÔNICA
NASMODEM
MODEM
MODEM
MODEM
SERVIDOR
PPP
PPTP
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2001, Edgard Jamhour
Conexão L2TP Típica
PSTN
INTERNET
EMPRESA
USUÁRIOREMOTO
PPP PPP
TUNEL
LACMODEM
MODEM
MODEM
MODEM
LNS
L2TPL2TP
PPPPPP
USUÁRIOREMOTO
MODEM
LAC: L2TP Access Concentrator
LNS: L2TP Network Server
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2001, Edgard Jamhour
L2TP
• Possui suporte as seguintes funções:– Tunnelamento de múltiplos protocolos– Autenticação– Anti-spoofing– Integridade de dados
• Certificar parte ou todos os dados
– Padding de Dados• Permite esconder a quantidade real de dados Transportados
• Não possui suporte nativo para criptografia.• Para se obter criptografia, o L2TP deve ser
combinado com o IPsec.