静态黑洞路由网络架构在校园网应用的配置方案①

龚文涛,郎颖莹

1(中国石油大学(华东)信息化建设处,青岛 266580)2(中国石油大学(华东)教育发展中心,青岛 266580)

路由协议是TCP/IP协议族中重要成员之一[1,2],其选路过程实现的效率高低会直接影响到整个Internet网络的工作效率.按照路由协议应用范围的不同,路由协议主要分为两种:内部网络协议(interior gateway protocol)和外部网关协议(exterior gateway protocol).

常见的内部网络协议包括:RIP-1,RIP-2,IGRP,ISIS和OSPF.其中前3种路由协议均是采用距离向量算法,IS-IS和OSPF采用的是链路状态算法;外部网关协议是EGP(Exterior Gateway Protocol),是为一个简单的树形拓扑结构设计的,适用于树状拓扑的网络[3,4].

路由协议通过在互联网中的路由器之间共享路由信息来支持可路由协[5,6].路由信息在互联网中相邻的路由器之间传递,以此来保证所有路由器知道到其它路由器的路径信息,依托路由协议来构建路由表,以路由表描述网络拓扑结构;路由协议与路由器协同工作,执行路由选择和数据包转发功能.路由协议主要运行于路由器上,路由协议是用来确定到达路径的,常见的路由协议包括RIP,OSPF,IS-IS,BGP等协议.

路由协议主要是为网络信息节点上网所用,但是有一种情况是需要主动断开网络服务,结合高校的网络信息安全工作来说,出现下面两种情况,需要主动断开网络信息服务:一是网络攻击针对某个IP或者IP段,会引发一定区域内的网络震荡,导致网络瘫痪;二是或者个别服务器被黑客攻击后,需要及时断开其网络服务,则需要通过主动干预方法来降低其二次网络安全事故带来的不利影响.针对此,需要在路由协议层面对其进行处理,使得其不够上网,而静态路由协议里面的黑洞路由可以用来处理非常时期的突发网络安全事件,本文分析和总结静态路由和静态黑洞路由相关概念,提出一种基于高校网络信息安全空间领域下的黑洞路由器配置,给出核心网络架构及配置流程,最终通过网络测试黑洞路由配置的有效性.

1 静态路由与黑洞路由概述

1.1 静态黑洞路由概念及功效分析

静态路由是由用户或者网络管理员人工配置的路由信息,当网络局部的拓扑结构或者网络链路状态发生变更之后,网络管理员则需要人工手动去修改路由表中的相关静态路由数据.静态路由比较适应于小规模、架构简单的网络拓中,网络管理员容易掌握网络拓扑架构,较方便配置正确的静态路由策略.

静态黑洞路由是静态路由的一种,所谓静态黑洞路由,是将所有无关路由吸入其中,使它们有来无回的路由.黑洞路由,其实就是一条特殊的静态路由,下一跳指向null0口,一个不存在的口,结果就是将匹配这条路由的数据包丢弃.提到黑洞路由就要提一下null0接口.null0口是个永不down的口,一般用于管理,admin建立一个路由条目,将接到的某个源地址转向null0接口,这样对系统负载影响非常小.

黑洞路由功效:如果同样的功能用ACL(地址访问控制列表)实现,则流量增大时CPU利用率会明显增加.所以,设置黑洞路由一直是解决固定DOS攻击的最好办法.相当于洪水来临时,在洪水途经的路上附近挖一个不见底的巨大深坑,然后将洪水引入其中.黑洞路由最大的好处是充分利用了路由器的包转发能力,对系统负载影响非常小.

1.2 常见路由协议优先级分析

常见的路由协议以H3C公司研发的网络架构下的路由优先级来说:Direct直连路由的优先级是0,级别最高;ospf路由的优先级是10;is-is路由的优先级是15;static静态路由优先级是60;rip路由优先级是100,需要对静态路由进行配置,如果黑洞路由器上面的黑洞静态路由优先级是60.

默认前提下,如果是OSPF路由,则其优先级静态路由要高,则默认配置优先级别为60即可;但是如果该目标ip地址在他区域也是配置的静态路,则在黑洞路由器上配置的静态黑洞路由优先级要高于该ip地址的静态路由优先级,否则其发布路由后,会导致黑洞路由配置无效.在静态黑洞路由配置完成后,需要对其路由信息进行测试,以确保黑洞路由确实起作用.

1.3 网络安全管理引入黑洞路由的意义和作用

伴随网络安全局势日益严峻,国内外黑客对高校的攻击呈现出攻击范围广、攻击频率高的趋势,如何有效阻隔和及时处理被黑客攻击成功之后的网络故障点对提升网络安全管理工作水平有着重要意义和作用.

当高校的网络安全事件发生或者要主动查封安全故障点的时,通过黑洞路由的配置,能够快速将故障点查封,并减少对整个网络的负面影响,当黑洞路由配置完毕之后,当去往某一目的地的静态路由具有“blackhole”属性时,无论配置的下一跳地址是什么,该路由的出接口均为NULL 0接口,任何去往该目的地的IP报文都将被丢弃,并且不通知源主机.

综上所述,从校园网络安全管理角度来看,配置黑洞路由是一种非常有效的网络安全防御策略,当网络管理员获悉网络遭受内外攻击之后,查明攻击目的地址,则可以通过配置黑洞路由的方法来丢弃去往目的地址的报文数据,使得被配置黑洞路由的网络主机无法上网,无法主动访问外网或者被动被外网访问,达到一种网络安全防护目的.

2 静态黑洞路由校园网应用架构方案设计

2.1 基于静态黑洞路由的网络架构设计

基于静态黑洞路由的网络架构如图1所示,在核心架构中,主要包括学校核心路由器和黑洞路由器,配置的核心流程需要对其Vlan来配置端口绑定,配置接口IP地址,配置对接的OSPF协议,配置路由信息等.

图1 黑洞路由器架构图

基于静态路由网络架构需要配置黑洞路由器一台,单模前兆光纤两对,单模前兆模块2对.需要配置的路由协议:学校核心路由器配置路由协议是OSPF,而黑洞路由器,则需要在接口Vlan配置OSPF协议基础上,还需要配置其默认静态路由指向学校核心路由器.

2.2 静态核心路由器中校园网络核心配置计

学校核心路由器网络配置要点,是要将核心路由器的网络与黑洞路由器网络互联互通,并且能够及时将黑洞路由器上面的路由及时学习并且发布,这样达到黑洞路由查封网络服务目的.学校核心路由器与黑洞路由器接口地址要用自动学习能力性强,不需要人工干预的OSPF路由,并且将其添加到核心的OSPF域里,接口链路要求捆绑,达到链路冗余备份的要求.

需要配置核心的直连Vlan,配置接口IP地址,并且将其添加到核心的OSPF域里,为其Vlan配置专用的链路和接口,在接口上面配置Vlan信息,有时候,需要配置强制前兆,如果是对应的接口类型不一致,需要通过强制千兆将光纤链路打通.

具体的配置如下所示,构建编号为2034的专用Vlan,并且配置其接口地址.

学校核心路由器Vlan及ip地址配置如下:

学校核心路由器链路一号端口配置如下:

2.3 黑洞路由器网络设计思路分析

在黑洞路由器配置核心流程是配置专用的Vlan,编号为2034,对应于核心路由器的专用Vlan,并且与之配置同一个网段的IP接口地址,配置其专用的端口、专用链路,配置默认静态路由,指向学校核心路由器,其他需要配置的则是将其IP地址、端口Vlan及链路信息进行配置,对其黑洞路由进行配置,出于网络安全管理需求,还需要配置访问控制列表以确定其网络管理人员的登录管理,黑洞路由器Vlan及IP地址配置如下:

黑洞路由器访问控制列表配置:

黑洞路由器路由接口配置:

黑洞路由器一号及二号端口配置如下:

黑洞路由器OSPF路由信息配置如下:

黑洞路由器默认静态路由配置:

ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.129

以需要配置黑洞路由的IP地址172.19.253.197为例,配置静态路由脚本如下:

ip route-static 172.19.253.197 32 null0

2.4 黑洞路由处理网络事故案例

黑洞路由测试案例:在正常情况下,网络可达某台主机,其IP地址为172.19.253.197,配置黑洞路由之前,tracert测试如下:

此时,假设172.19.253.197被人攻击并产生极坏影响,需要第一时间查封其网络,则需要登录黑洞路由器里并配置黑洞路由策略如下:

通过测试案例说明,在黑洞路由查看路由信息,已经指向null0接口,并且无法访问到有网络安全隐患的IP地址,说明黑洞路由已经起作用.这也是验证了当有校园网络安全事故发生之后,通过本文提出的静态黑洞路由网络架构黑洞路由及时处理,第一时间能够查封故障点,进而有效降低网络安全事故的二次危害.

3 总结

本文分析静态路由概念、重点就作为静态路由之一的黑洞路由的概念及作用做了研究与总结,分析黑洞路由的起源和黑洞路由的配置运行机理,分析和总结常见路由协议的优先级,并且从网络安全管理角度分析高校网络管理中引入黑洞路由的意义和作用,总结黑洞路由架构与学校核心路由器的架构设计,给出核心路由器与黑洞路由器的核心流程与配置,最终给出解决黑洞路由器与学校核心路由器的具体配置方案,进行黑洞路由配置测试.

1 Park J,Sandhu R.The UCONABC usage control model.ACM Transactions on Information and System Security,2004,7(1):128–174.[doi:10.1145/984334]

2 赵冶东,张东亮,李渊,等.路由交换技术.北京:清华大学出版社,2012:51–55.

3 唐伟,郭伟.无线传感器网络中的最大生命期基因路由算法.软件学报,2010,21(7):1646–1656.

4 Hill B.Cisco完全手册.肖国尊,贾蕾,译.北京:电子工业出版社,2002:33–37.

5 李诚,李华伟.网络处理器中处理单元的设计与实现.计算机工程,2007,33(2):252–254.

6 Comer DE.网络处理器与网络系统设计.张建忠,陶智华译.北京:机械工业出版社,2004:5–15.