Написал Hiten M. Pandya.

Этот раздел послужит вам руководством по настройке IPsec и его использованию в среде FreeBSD и Microsoft® Windows® 2000/XP, соединяемых безопасным способом. Для настройки IPsec необходимо ознакомиться с процессом сборки ядра (Гл. 8).

IPsec это протокол, расположенный поверх слоя Internet Protocol (IP). Он позволяет двум или более хостам связываться защищенным способом (отсюда и название протокола). ``Сетевой стек'' FreeBSD IPsec основан на реализации KAME, поддерживающей оба семейства протоколов, IPv4 и IPv6.

Обратите внимание, что на данный момент невозможно использовать подсистему ``Fast IPsec'' вместе с KAME реализацией IPsec. Обратитесь к странице справочника fast_ipsec(4) за дальнейшей информацией.

IPsec состоит из двух субпротоколов:

ESP и AH могут быть использованы вместе или по отдельности, в зависимости от обстоятельств.

IPsec может быть использован или для непосредственного шифрования трафика между двумя хостами (транспортный режим); или для построения ``виртуальных туннелей'' между двумя подсетями, которые могут быть использованы для защиты соединений между двумя корпоративными сетями (туннельный режим). Последний обычно называют виртуальной частной сетью (Virtual Private Network, VPN). За детальной информацией о подсистеме IPsec в FreeBSD обратитесь к странице справочника ipsec(4).

Для включения поддержки IPsec в ядре, добавьте следующие параметры к файлу настройки ядра:

Если желательна поддержка отладки IPsec, должна быть также добавлена следующая строка:

Не существует стандарта VPN. Они могут быть реализованы множеством различных технологий, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Этот раздел представляет сценарий и стратегию реализации VPN для этого сценария.

Исходные условия таковы:

Внутренние IP адреса двух сетей не должны пересекаться. Хотя вероятно теоретически возможно использование комбинации VPN технологии и NAT для настройки такой конфигурации, эта конфигурация будет кошмарна.

Если две сети, которые вы пытаетесь соединить, используют один и тот же диапазон приватных адресов (например, обе используют 192.168.1.x), номера в одной из сетей необходимо изменить.

Топология сети может выглядеть примерно так:

Здесь два публичных IP адреса. Для упоминания их в дальнейшем будут использоваться буквы. Если вы увидите эти буквы, замените их на свои публичные IP адреса. Также обратите внимание, что у обеих шлюзов внутренний адрес заканчивается на .1 и диапазоны приватных адресов двух сетей различны (192.168.1.x и 192.168.2.x соответственно). Все компьютеры локальных сетей настроены на использование в качестве шлюза по умолчанию компьютера с адресом, оканчивающимся на .1.

С сетевой точки зрения замысел в том, чтобы каждая сеть видела компьютеры из другой сети так, как если бы они были непосредственно подключены к тому же самому маршрутизатору -- хотя и немного медленному маршрутизатору, иногда теряющему пакеты.

Это означает, что (например) компьютер 192.168.1.20 может запустить

и это будет прозрачно работать. Компьютеры с Windows должны видеть компьютеры в другой сети, просматривать сетевые ресурсы, и так далее, точно так же, как и для компьютеров в локальной сети.

И все это безопасным способом. Это означает, что трафик между сетями зашифрован.

Создание VPN между этими двумя сетями это многошаговый процесс. Этапы создания VPN таковы:

Предположим, что вы работаете на шлюзе сети #1 (с публичным адресом A.B.C.D, приватным адресом 192.168.1.1) и запускаете ping 192.168.2.1, т.е. на приватный адрес машины с IP адресом W.X.Y.Z. Что должно произойти, чтобы это сработало?

Как вы можете увидеть, это требует ``туннеля'' между двумя сетями. Два конца ``туннеля'' это IP адреса A.B.C.D и W.X.Y.Z. Туннель используется для передачи трафика с приватными IP адресами через интернет.

В FreeBSD этот туннель создается с помощью устройства generic interface, или gif. Как вы можете догадаться, интерфейс gif на каждом хосте должен быть настроен с четырьмя IP адресами; два для публичных IP адресов и два для приватных IP адресов.

В ядро обеих компьютеров FreeBSD должна быть встроена поддержка устройства gif. Вы можете сделать это, добавив строку:

к файлу настройки ядра на обеих компьютерах, с последующей компиляцией, установкой и перезагрузкой.

Настройка туннеля это двухшаговый процесс. Во-первых, необходимо задать сведения о внешнем (или публичном) IP адресе с помощью gifconfig(8). Затем о приватном IP адресе с помощью ifconfig(8).

На шлюзе сети #1 для настройки туннеля вам потребуется запустить следующие две команды.

На другом шлюзе подобные команды, но с IP адресами в обратном порядке.

Затем вы можете запустить:

для просмотра настройки. Например, на шлюзе сети #1 вы увидите:

Как вы можете видеть, был создан туннель между физическими адресами A.B.C.D и W.X.Y.Z, для тунеллирования разрешен трафик между 192.168.1.1 и 192.168.2.1.

Это также добавляет запись к таблице маршрутизации на обеих машинах, вы можете проверить запись командой netstat -rn. Вот вывод этой команды на шлюзе сети #1.

Как показывает значение поля ``Flags'', это маршрут к хосту, что означает, что каждый шлюз знает, как достичь другого шлюза, но не знает как достичь остальной части соответствующей сети. Эта проблема будет быстро решена.

Вероятно, на обеих машинах запущен межсетевой экран. VPN должен обходить его. Вы можете разрешить весь трафик между двумя сетями, или включить правила, защищающие каждый конец соединения от другого.

Это сильно упрощает тестирование настройки межсетевого экрана, если вы разрешаете весь трафик через VPN. Вы всегда можете Вы всегда можете усилить защиту позже. Если вы используете на шлюзах ipfw(8), команда вроде этой

разрешит весь трафик между двумя концами VPN без влияния на другие правила межсетевого экрана. Очевидно, вам потребуется запустить эту команду на обеих шлюзах.

Этого достаточно для включения ping с одного шлюза на другой. На 192.168.1.1, вы сможете запустить

и получить ответ, и аналогично на другом шлюзе.

Однако, машины в другой сети пока недоступны. Это из-за маршрутизации -- хотя шлюзы знают, как связаться друг с другом, они не знают, как связаться с сетью за другим шлюзом.

Для решения этой проблемы вы должны добавить статический маршрут на каждом шлюзе. Команда на первом шлюзе будет выглядеть так:

Она говорит ``Для достижения хостов в сети 192.168.2.0, отправляйте пакеты хосту 192.168.2.1''. Вам потребуется запустить похожую команду на другом шлюзе, но с адресами 192.168.1.x.

IP трафик с хостов в одной сети теперь может достичь хосты в другой сети.

Теперь создано две трети VPN между двумя сетями, поскольку это ``виртуальная (virtual)'' ``сеть (network)''. Она еще не приватная (private). Вы можете протестировать ее с помощью ping(8) и tcpdump(1). Войдите на шлюз и запустите

В другой сессии на этом же хосте запустите

Вы увидите примерно такие строки:

Как вы видите, ICMP сообщения пересылаются вперед и назад незашифрованными. Если вы использовали с tcpdump(1) параметр -s для получения большего объема данных пакета, то увидите больше информации.

Конечно же это неприемлемо. В следующем разделе мы обсудим защиту соединения между двумя сетями, так что весь трафик будет автоматически шифроваться.

Для защиты соединения мы будем использовать IPsec. IPsec предоставляет хостам механизм определения ключа для шифрования и для последующего использования этого ключа для шифрования данных между двумя хостами.

Здесь будут рассмотрены два аспекта настройки.

Безопасное соединение и политика безопасности поддерживаются ядром, и могут быть изменены программами пользователя. Однако перед тем, как вы сможете сделать это, необходимо настроить поддержку протоколов IPsec и Encapsulated Security Payload (ESP) в ядре. Это делается добавлением в настройку ядра параметров:

с последующим перекомпилированием, переустановкой и перезагрузкой. Как и прежде вам потребуется сделать это с ядрами на обеих шлюзах.

При настройке параметров безопасности (security associations) у вас есть два варианта. Вы можете настроить их вручную для обеих хостов, задав алгоритм шифрования, ключи для шифрования и так далее, или использовать даемоны, реализующие Internet Key Exchange protocol (IKE), который сделает это за вас.

Рекомендуется последнее. Помимо прочего, этот способ более прост.

Редактирование и отображение политики безопасности выполняется с помощью setkey(8). По аналогии, setkey используется для настройки таблиц политики безопасности ядра так же, как route(8) используется для настройки таблиц маршрутизации ядра. setkey также может отображать текущие параметры безопасности, и продолжая аналогию дальше, это соответствует netstat -r.

Существует множество даемонов для управления параметрами безопасности в FreeBSD. Здесь будет описано использование одного из них, racoon. racoon находится в категории security/ коллекции портов FreeBSD и устанавливается обычным способом.

racoon должен работать на обеих шлюзах. На каждом из хостов он настраивается с IP адресом другого конца VPN, и секретным ключом (по вашему выбору, должен быть одним и тем же на обеих шлюзах).

Эти два даемона подключаются друг к другу, подтверждают, что они именно те, за кого себя выдают (используя секретный ключ, заданный вами). Затем даемоны генерируют новый секретный ключ и используют его для шифрования трафика через VPN. Они периодически изменяют этот ключ, так что даже если атакующий сломает один из ключей (что теоретически почти невозможно) это не даст ему слишком много -- он сломал ключ, который два даемона уже сменили на другой.

Настройки racoon сохраняются в ${PREFIX}/etc/racoon. Этот файл не требует слишком больших изменений. Другим компонентом настройки racoon, который потребуется изменить, является ``предварительный ключ''.

В настройке по умолчанию racoon ищет его в файле ${PREFIX}/etc/racoon/psk.txt. Необходимо отметить, что предварительный ключ не используется для шифрования трафика через VPN соединение это просто маркер, позволяющий управляющим ключами даемонам доверять друг другу.

psk.txt содержит строку для каждого удаленного сервера, с которым происходит соединение. В этом примере два сервера, каждый файл psk.txt будет содержать одну строку (каждый конец VPN общается только с другим концом.

На шлюзе #1 эта строка будет выглядеть примерно так:

То есть публичный IP адрес удаленной стороны, пробел и текстовая строка, секретная фраза.

На шлюзе #2 строка будет выглядеть примерно так:

То есть публичный IP адрес удаленной стороны и та же секретная фраза. Перед запуском racoon режим доступа к файлу psk.txt должен быть установлен в 0600 (т.е. запись и чтение только для root).

Вы должны запустить racoon на обеих шлюзах. Вам также потребуется добавить правила для включения IKE трафика, передающегося по UDP через порт ISAKMP (Internet Security Association Key Management Protocol). Опять же, они должны быть расположены насколько возможно ближе к началу набора правил.

Как только racoon будет запущен, вы можете попробовать выполнить ping с одного шлюза на другой. Соединение все еще не зашифровано, но racoon установит параметры безопасности между двумя хостами -- это может занять время и вы можете заметить небольшую задержку перед началом ответа команды ping.

Как только параметры безопасности установлены, вы можете просмотреть их используя setkey(8). Запустите

на любом из хостов для просмотра информации о параметрах безопасности.

Это одна сторона проблемы. Другая сторона это настройка политики безопасности.

Для создания разумной политики безопасности давайте вспомним, что уже было настроено. Это рассмотрение относится к обеим концам соединения.

Каждый отправляемый IP пакет имеет заголовок, содержащий информацию о пакете. Заголовок включает IP адреса источника и назначения. Как мы уже знаем, приватные IP адреса, такие как 192.168.x.y, не могут появиться в интернет. Они должны быть сначала включены внутрь другого пакета. В этом пакете приватные IP адреса источника и назначения заменяются публичными IP адресами.

То есть исходящий пакет, который выглядит примерно так:

будет инкапсулирован в другой пакет, выглядящий примерно так:

Этой инкапсуляцией занимается устройство gif. Как вы можете видеть, теперь у пакета есть реальный IP адрес, исходный пакет был включен в этот пакет в виде данных, которые передаются через интернет.

Конечно, мы хотим зашифровать весь трафик между VPN. Вы можете сформулировать это на словах так:

``Если пакет отправляется с A.B.C.D, и предназначен для W.X.Y.Z, расшифровать его, используя необходимые параметры безопасности.''

``Если пакет отправляется с W.X.Y.Z, и предназначен для A.B.C.D, расшифровать его, используя необходимые параметры безопасности.''

Это похоже на желаемое, но не совсем то. Если вы сделаете это, весь трафик от и к W.X.Y.Z, даже если он не является частью VPN, будет зашифрован. Правильная политика такова:

``Если пакет отправляется с A.B.C.D, в нем инкапсулирован другой пакет и адрес назначения W.X.Y.Z, зашифровать его, используя необходимые параметры безопасности.''

``Если пакет отправляется с W.X.Y.Z, в нем инкапсулирован другой пакет и адрес назначения A.B.C.D, зашифровать его, используя необходимые параметры безопасности.''

Тонкое, но необходимое различие.

Политика безопасности также устанавливается с использованием setkey(8)  В setkey(8) предусмотрен язык определения политики setkey(8). Вы можете или ввести инструкции по настройке со стандартного ввода, или использовать параметр -f для задания файла, содержащего эти инструкции.

Настройка на шлюзе #1 (где есть публичный IP адрес A.B.C.D) для включения шифрования всего предназначенного W.X.Y.Z трафика:

Поместите эти команды в файл (например, /etc/ipsec.conf) и запустите

spdadd указывает setkey(8) добавить правило к базе данных политики безопасности. Остальная часть строки указывает какие пакеты будут соответствовать политике. A.B.C.D/32 и W.X.Y.Z/32 это IP адреса и сетевые маски, определяющие сети или хосты, к которым будет применяться данная политика. В данном случае мы хотим применить их к трафику между этими двумя хостами. Параметр ipencap сообщает ядру, что эта политика должна применяться только к пакетам, инкапсулирующим другие пакеты. Параметр -P out сообщает, что эта политика применяется к исходящим пакетам, и ipsec -- то, что пакеты будут зашифрованы.

Оставшаяся часть строки определяет, как эти пакеты будут зашифрованы. Будет использоваться протокол esp, а параметр tunnel показывает, что пакет в дальнейшем будет инкапсулирован в IPsec пакет. Повторное использование A.B.C.D и W.X.Y.Z предназначено для выбора используемых параметров безопасности, и наконец параметр require разрешает шифрование пакетов, попадающих под это правило.

Это правило соответствует только исходящим пакетам. Вам потребуется похожее правило, соответствующее входящим пакетам.

Обратите внимание, что вместо in используется out и IP адреса переставлены.

Другому шлюзу (с публичным IP адресом W.X.Y.Z) потребуются похожие правила.

Наконец, вам потребуется добавить правила к межсетевому экрану для включения прохождения пакетов ESP и IPENCAP в обе стороны. На обеих хостах потребуется добавить следующие правила:

Поскольку правила симметричны, можно использовать их без изменения на обеих хостах

Исходящие пакеты теперь будут выглядеть примерно так:

Когда эти пакеты будут получены на удаленном конце VPN соединения, они будут расшифрованы (используя параметры безопасности, о которых договорился racoon). Затем они будут переданы интерфейсу gif, который ``развернет'' второй слой, оставив пакет с внутренними адресами, который сможет попасть во внутреннюю сеть.

Вы можете проверить безопасность тем же ping(8), который использовался ранее. Сначала войдите на шлюз A.B.C.D и запустите:

В другой сессии на том же хосте запустите

В этот момент вы должны увидеть примерно это:

Теперь, как видите, tcpdump(1) показывает ESP пакеты. Если вы попытаетесь просмотреть их с параметром -s, то вероятно увидите нечто непонятное, поскольку применяется шифрование.

Поздравляем. Вы только что настроили VPN между двумя удаленными сетями.

А на шлюзе #2 таким:

Двух приведенных шагов должно быть достаточно для настройки и включения VPN. Машины в каждой сети смогут обращаться друг к другу по IP адресам, и весь трафик через соединение будет автоматически надежно зашифрован.