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VPN在校园网中的规划与实现

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VPN在校园网中的规划与实现

摘 要：随着网络技术的高速发展,网络已普及到了全社会的各方面,人们与网络的关系也日益密切,而随着高校网络的建设发展,网络在全校师生的工作、学习和生活中变得越来越重要,人们希望能够获得不间断的高质量的安全可靠的网络服务。特别是现今，高校分校区的建立更是要求我们认真规划和完善学校校园网络，如何为本部与分校区之间建立和完善高效可靠、稳定安全、面向应用和服务的校园网络更是成为学校信息化建设的重点。在有限的资金内，实现学校教学、科研、管理、运营等多个业务系统的“隔离和受控访问”。虚拟专用网（VPN)是现今Internet中适应性、安全性、和价格优势比较出色的技术之一.本文主要分析MPLS VPN技术特点和技术优势，分析校园网络建设的实际需求.对校园网的MPLS VPN做了规划和设计，研究了MPLS VPN环境下校园网络的规划和实施方案。
关键字：虚拟专用网；MPLS VPN；校园网；网络
VPN in campus network planning and Implementation
（1。 Qing Dao Technological University Communications ＆ Electronics College ， Shan Dong Qing Dao 266033 ， 2。 Jiao Zhou　Municipal Bureau of R＆T，Shan Dong Jiao Zhou 266300)
Abstract: with the rapid development of network technology, network has spread to the whole society each respect, it has a close relationship with the network， and along with the network development, network school teachers and students in the work， study and life become more and more important, people hope to obtain uninterrupted high quality the safe and reliable network services。 Nowadays， college campus area establishment request us to carefully planning and improve the campus network， how to and the campus area between the establishment and improvement of efficient and reliable, stable and safe for applications and services， the campus network is to become the school’s focus on building information .In the limited funds, school teaching， scientific research， management， implementation, operation and so on many business systems "isolation and controlled access". Virtual private network （VPN) is the Internet adaptability， safety， and price advantage compared with the excellent technology. This article mainly analyzes the MPLS VPN technical characteristic and advantage， analysis of the construction of the campus network practical demand。 On the campus network planning and design MPLS VPN， MPLS VPN environment on the campus network planning and implementation act。本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途
Key words： virtual private network； MPLS VPN； campus network; network planning
一、现有校园网分析
概述
随着计算机、通信和多媒体技术的发展，使得网络上的应用更加丰富。同时在多媒体教育和管理等方面的需求，对校园网络也提出了进一步的需求。因此需要高速的、安全可靠的、可扩展性的校园计算机网络来适应当前网络技术的告诉发展并且满足学校各方面的应用需求。学校领导和广大师生已经充分认识到这一点，那就是现今的教育是建立在信息化发展商的,未来的教育方法和手段必定架构在教育信息化之上，因此，开展网络化教学和远程教育等都是未来教育信息化的具体内容。
1、 校园网现状概况
旧有的校园网络，一般是在一个内部网络里面运行简单的路由协议,使得内部网络能够实现全网互联,内部各个部门之间能够实现纵向和横向的信息交流；同时,在一个出口处做NAT转换，使得内部网络能够通过该接口访问外部网络。
2、校园网不足之处的概况
随着各种各样的网络服务应用正在不断的更新以及分校区的建立，旧有的网络模型已经越来越不能适用于当前的教学环境，这就要求一个新的网络模型，不仅能够解决本校内部各个部门的纵向和横向之间的联系，同时也能让分校区跨地域、高速地、安全地访问本校服务器.VPN技术的发展正好满足本问题的解决.
二、 需求分析
1 功能需求：
随着现今学校规模不断扩大,特别是部分学校有分校区的建立，某些老师要在本校与分校之间不断地进行往来，随之而来的问题就是怎么让老师在分校的时候也能够通过网络跨地域安全可靠地访问本小区内部服务器，VPN提供了方法。
具体功能实现如下：
1> 学校内部采用专线和ADSL接入方式,各个部门采用动态主机分配协议DHCP分配IP。
2> 内部人员能偶通过专线和内部网络访问各个部门的服务器。
3> 在接入Internet的节点上做了网络冗余备份，防止主交换机因为硬件原因，整个内部网络down掉。
4> 在节点上运行MPLS VPN，使得分校区与本校之间能够在公网上建立起私网,防止外部非法访问和入侵，同时能够让在分校区的老师和同学快速访问本校资源.
2、技术需求:
从技术角度考虑，一个好的网络应该从它提供的服务和网络的安全性，在设计网络时至少应当具备以下几点:
1> 资源共享功能；
2> 网络内的各个用户可以共享数据库,实现办公自动化系统中的所有功能;
3> 通信服务功能；
4> 用户能够实现WEB服务和FTP服务，接入互联网，进行安全的数据访问；
5> 多媒体功能；
6> 能够进行电影的在线播放和视频会议，支持视频点播和视频会议并具有较好的粮食保证.
三、技术简介
1、VNP
1> 简介与功能
虚拟专用网（VPN）被定义为通过一个公用网络（通常是Internet）建立一个临时的、安全的链接，是一条通过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。使用这条隧道可以对数据进行几倍加密达到安全使用互联网的目的。虚拟专用网是对企业内部网的扩展。虚拟专用网可以版主远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公式的内部建立可信的安全链接，并保证数据安全传输.虚拟专用网可用于不断增长的移动用户的全球因特网接入，以实现安全链接；可用于实现企业网站之间安全通信的虚拟专用网，用于经济有效地连接到商业伙伴和用户的安全外联网虚拟专用网。
2> VPN可提供的功能: 防火墙功能、认证、加密、隧道化
VPN可以通过特殊加密的通讯协议链接到Internet上，在位于不同地方的两个或多个企业内部网之间建立一条专有的通讯线路。VPN技术原是路由器具有的重要技术之一，在交换机，防火墙设备或windows 2000等软件里也都支持VPN功能，一句话，VPN的核心就是在利用公共网络建立虚拟私有网。就像下图跨地域连接一样：

图.跨地域连接
3〉 VPN网路协议
  对于构建VPN来说，网络隧道技术是关键技术,它利用一种网络协议来传输另一种网络协议，主要利用网络隧道协议来实现该功能。目前， IP网上较为常见的隧道协议大致有两类：第2层隧道协议（包括PPTP、L2P、L2TP等）和第3层协议(包括IP Sec、MPLS等) .两者的区别主要在于用户数据在网络协议在栈的第几层被封装.
  第2层隧道协议中PPTP只能面对终端客户在两端建立单一隧道,而L2TP支持在两端点间使用多隧道,针对不同的服务对象质量创建不同的隧道，它们都支持Client-LAN 和LAN-LAN 的VPN网络类型。L2TP与PPTP的最大不同在于L2TP运行在UDP协议上，而不是TCP协议上。UDP省去了TCP中同步、检错、重传等机制，因此，L2TP速度很快。
  第3层隧道与第2层隧道相比优点在于其安全性、可扩展性及可靠性.现流行的第3层隧道协议主要有IP Sec 和MPLS，它们各有所长, IP Sec在会话认证和数据加密方面强于MPLS,而MPLS则在QOS和可扩展性方面更胜一于L2TP将控制包和数据包合二筹。
2、MPLS VPN技术
传统的VPN一般是通过GRE、L2TP、PPTP、IPSec协议等隧道协议来实现私有网络间数据流在公网上的传送。MPLS支持LSP隧道技术，而LSP本身就是公网上的隧道，所以用MPLS来实现VPN有天然的优势。MPLSVPN采用标签交换，一个标签对应一个用户数据，非常易于用户间数据的隔离,利用区分服务体系可以轻易的解决困扰传统IP 网络的QOS/COS问题，MPLS自身提供流量工程的能力，可以最大限度的优化配置网络资源，自动快速修复网络故障，提供可用性和高可靠性.MPLS提供了电信、计算机、有线电视网络三网融合的基础，除了ATM,是目前唯一可以提供高质量的数据、语音和视频相融合的多业务传送、包交换的网络平台。因此，基于MPLS技术的MPLSVPN，在灵活性、扩展性、安全性各个方面是当前技术最先进的VPN。
基于MPLS的VPN就是通过LSP将私有网络的不同分支连接起来，形成一个统一的网络，如图所示。基于MPLS的VPN还支持对不同VPN间的互通控制。

MPLS工作流程
3、MPLS VPN的实现方式
MPLSVPN的实现方式，根据Internet边界PE是否参与客户的路由,I奈特人体在建立基于IP/MPLS的VPN有两种选择：
1> 第三层的解决方案，通常称作是MPLS L2VPN
2〉 第二层的解决方案，通常称作是MPLS L2VPN
四、校园网VPN的规划
1、校园网的整体网络规划
大部分校园采用开放式的体系结构，易于扩充和调整：通信协议和设备都符合国际标准，整体设计结构采用Cisco三层标准模型：核心层、汇聚层、接入层。如下学校校园网的网络拓扑：

学校网络拓扑图
该图为简单网络拓扑图，在该校的校园网VPN规划中，分为内部规划与外部规划，内部规划是学校内部网络设计，而外部网络设计主要是有服务提供商来提供，而内部网络是分为本校与分校两部分,实际上，两部分配置大概相当。
2、校园网的内部规划：
在进行内部规划时候，最好进行相应的IP地址规划，这里暂不介绍下图为内部规划图：

内部规划图
如图所示，接入层就是各个部门的服务器，例如图书馆、生活部、高层公寓等，在该路由器上，我们要激活相应的DHCP配置和相关配置。
在汇聚层上，我们为了防止关键路由器出现错误而导致网络的中断，在汇聚层上做了路由器的冗余配置，虚拟了一个网关。核心层上,即网络节点CE端，我们在该路由器与PE间运行响应的MPLS VPN路由协议，同时要做好NAT转换到公网地址。
3、校园网的外部规划:
外部规划本来是网络服务供应商的职责，不需要用户自己处理。但其中涉及到MPLS VPN，做简单介绍:

如图所示,在外部规划中，首先,是在整个AS网络运行BGP协议，而且内部网络要建立IBGP关系,使得在AS100内的路由既能从BGP协议中查到路由，也能从IGP 协议查找到路由,这是由于BGP路由协议的同步规则,否则将在骨干网络上出现路由黑洞。同时，在PE端的VRF上,建立与CE的链接，将从CE端的路由重分不到BGP中,并且把BGP VPV4路由导出全局。最后，在对端PE的VRF上，导入VPNV4路由到本地路由,同时将BGP路由重分进PE与CE的路由协议内。
4、校园网MPLS VPN配置
1> 校园网内部配置

内部规划图
从图中可知道,在接入层中，由于每个接入层交换机的基本配置差不多相同,除了DHCP配置中所制定的IP地址有所出入外，其余的都没有多少改变，因此在实验时候，只用一个交换机代替，而冗余路由器和外部借口路由器都将标记出。
2〉 校园网外部配置,即MPLS VPN配置

外部规划图
从上图看到的只是电信网络为我们提供服务的骨干网络的一个小部分，其中电信为我们提供了MPLS VPN的PE设备，而本校和分校则需要配置相关的CE设备。
五、结论
MPLS VPN技术有以下优势：
（1)降低了成本
MPLS简化了ATM与IP的集成技术，使L2和L3技术保护了用户的前期投资。
（2）提高了资源利用率
由于网内实用标签交换，用户各个点的局域网可以使用重复IP地址,提高了IP资源利用率.
(3)提高了网络速度
由于使用标签交换，缩短了每一跳过程中地址搜素的时间，减少了数据在网络传输中的时间，提高了网络速度。
（4)提高了灵活性和可扩展性
由于MPLS使用的是Any To Any的连接，提高了网络的灵活性和可扩展性。灵活性方面，可以制定特殊的控制策略，满足不同用户的特殊需求,实现增值业务。扩容性包括：一方面网络中可以容纳的VPN数目更大；另一方面，在同一中的用户很容易扩充。
（5）方便用户
MPLS技术将被更广泛地应用在各个运营商的网络中，这回对企业用户建立全球的VPN带来极大便利。
（6）安全性高
采用MPLS作为通道机制实现透明报文传输，MPLS的LSP具有与帧中继和ATM VCC类似的高可靠安全性.
参考文献:
【1】 Doyle,J,Carroll。J。TCP/IP路由技术（第一卷）【M】。葛建立,吴建章。北京：人们邮电出版社，2009.6
【2】 Deal，R，Cisco VPN 完全配置指南【M】。北京：人民邮电出版社，2007.4
【3】 甘朝钦。VPN向下一代网络演进最现实合理的选择—MPLS L2 VPN【J】。电信技术，2004。（03）.
【4】 张剑。采用MPLS技术实现VPN[J］。计算机安全，2005，(03）。