Mục lục bài họcĐang ở d03-b4
← IB Computer Science
0/32 bài đã học xong
Chương 3 · Networks · Bài 4/4 của chương · bài 12/32 của IB Computer Science

Virtual Private Networks, Cloud Computing and Network Design

Mạng riêng ảo, điện toán đám mây và thiết kế mạng
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

Why a VPN exists. A worker in a café needs to reach the company's file server as if sitting in the office, but the path runs over the public internet, where any intermediate node can read unencrypted traffic. A virtual private network builds a tunnel: the original packet is encrypted, then wrapped inside a new packet addressed to the VPN server at the edge of the company network (encapsulation). An eavesdropper sees only that traffic is flowing between the laptop and the VPN server. At the far end the outer packet is stripped, the inner packet decrypted and delivered inside the private network. Three technologies make this work: tunnelling (encapsulation), encryption of the payload, and authentication of both ends so that the server accepts only genuine users and the client cannot be lured to a fake server. Companies also use VPNs to join branch offices into one private network over public lines instead of leasing dedicated circuits.

What a VPN does not do. It protects the path, not the endpoints: a laptop infected with malware carries the malware into the company network through a perfectly secure tunnel, which is why VPN access is usually combined with endpoint checks. It adds latency and processing overhead, and a consumer VPN merely moves the point of trust from the café's network to the VPN provider.

Cloud computing. Instead of owning servers, an organisation rents computing from a provider over the internet. A public cloud shares the provider's infrastructure among many customers: pay per use, instant scaling, no upfront purchase or maintenance, but data lives in the provider's data centres, possibly in another country, under the provider's security. A private cloud applies the same virtualisation and automatic provisioning to servers the organisation owns: full control and easier legal compliance, but capital cost and scaling limited by the hardware already bought. A hybrid cloud keeps sensitive data private and lets peak load overflow to the public cloud — a retailer's product pages on the public cloud at holiday peaks, its customer records private — at the price of the most complex operation and security. Evaluation always turns on four questions: what data, what law, how variable the load, and whether the organisation has technical staff.

Designing a network. A design question gives an organisation and asks for hardware, media, topology and security with justification. Work from constraints: distances decide copper versus fibre; mobility decides wireless; the number of devices and traffic pattern decide switch layout and where bandwidth must be highest; the boundary with the internet decides where the router and firewall go; separate subnets or VLANs keep student traffic away from servers; and redundancy — two links, a second switch — is justified where downtime costs more than the extra hardware. A justified design with a diagram scores; a list of expensive equipment does not.

Giải thích tiếng Việt

Vì sao có VPN. Một nhân viên ở quán cà phê cần tới máy chủ tệp của công ty như đang ngồi ở văn phòng, nhưng đường đi chạy qua internet công cộng, nơi bất kỳ nút trung gian nào cũng đọc được lưu lượng không mã hoá. Mạng riêng ảo xây một đường hầm: gói gốc được mã hoá rồi bọc trong một gói mới có địa chỉ đích là máy chủ VPN ở rìa mạng công ty (đóng gói). Kẻ nghe trộm chỉ thấy có lưu lượng giữa laptop và máy chủ VPN. Ở đầu kia, gói ngoài bị bóc, gói trong được giải mã và chuyển vào mạng riêng. Ba công nghệ làm việc này: đường hầm (đóng gói), mã hoá tải trọng, và xác thực hai đầu để máy chủ chỉ nhận người dùng thật và máy khách không bị dụ tới máy chủ giả. Công ty cũng dùng VPN để nối các chi nhánh thành một mạng riêng qua đường công cộng thay vì thuê kênh riêng.

VPN không làm gì. Nó bảo vệ đường đi, không bảo vệ điểm cuối: một laptop nhiễm mã độc mang mã độc vào mạng công ty qua một đường hầm hoàn toàn an toàn, đó là lý do truy cập VPN thường đi kèm kiểm tra máy đầu cuối. Nó thêm độ trễ và chi phí xử lý, và VPN cho người tiêu dùng chỉ dời điểm tin cậy từ mạng quán cà phê sang nhà cung cấp VPN.

Điện toán đám mây. Thay vì sở hữu máy chủ, tổ chức thuê năng lực tính toán của nhà cung cấp qua internet. Đám mây công cộng chia sẻ hạ tầng của nhà cung cấp giữa nhiều khách hàng: trả theo dùng, co giãn tức thì, không mua trước hay bảo trì, nhưng dữ liệu nằm ở trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp, có thể ở nước khác, dưới bảo mật của họ. Đám mây riêng áp dụng cùng công nghệ ảo hoá và cấp phát tự động lên máy chủ tổ chức sở hữu: kiểm soát toàn bộ và tuân thủ luật dễ hơn, nhưng tốn vốn và co giãn bị giới hạn bởi phần cứng đã mua. Đám mây lai giữ dữ liệu nhạy cảm ở riêng và để tải đỉnh tràn sang công cộng — trang sản phẩm của nhà bán lẻ ở công cộng vào mùa lễ, hồ sơ khách hàng ở riêng — với cái giá là vận hành và bảo mật phức tạp nhất. Đánh giá luôn xoay quanh bốn câu hỏi: dữ liệu nào, luật nào, tải biến động ra sao, và tổ chức có đội kỹ thuật không.

Thiết kế mạng. Câu hỏi thiết kế cho một tổ chức và yêu cầu thiết bị, đường truyền, cấu trúc liên kết và bảo mật có biện minh. Làm từ ràng buộc: khoảng cách quyết định đồng hay quang; di động quyết định không dây; số thiết bị và kiểu lưu lượng quyết định bố trí switch và nơi băng thông phải cao nhất; ranh giới với internet quyết định chỗ đặt router và tường lửa; mạng con hoặc VLAN riêng giữ lưu lượng học sinh xa máy chủ; và dự phòng — hai đường, switch thứ hai — được biện minh ở nơi thời gian ngừng tốn hơn phần cứng thêm. Một thiết kế có biện minh kèm sơ đồ ghi điểm; một danh sách thiết bị đắt tiền thì không.

VPN: ĐƯỜNG HẦM QUA MẠNG CÔNG CỘNG · ĐÁM MÂY: AI GIỮ MÁY CHỦ MÁY Ở XA quán cà phê, nhà MẠNG CÔNG TY máy chủ VPN ở rìa INTERNET CÔNG CỘNG — ai cũng có thể nghe gói đã MÃ HOÁ bọc trong gói mới → kẻ nghe chỉ thấy: có lưu lượng từ A tới B đóng gói (bọc gói gốc trong gói ngoài) + mã hoá + xác thực hai đầu = đường hầm VPN bảo vệ ĐƯỜNG ĐI, không bảo vệ máy: máy nhiễm mã độc vẫn mang mã độc vào mạng công ty ĐÁM MÂY CÔNG CỘNG thuê máy chủ của nhà cung cấp dùng chung hạ tầng với khách khác trả theo dùng · co giãn tức thì không mua trước · không bảo trì dữ liệu ở đâu? ai xem được? ĐÁM MÂY RIÊNG máy chủ của chính tổ chức nhưng ảo hoá, cấp phát tự động kiểm soát toàn bộ · tuân thủ luật mua trước · tự bảo trì co giãn bị giới hạn bởi phần cứng đã mua ĐÁM MÂY LAI dữ liệu nhạy cảm ở riêng tải đột biến tràn sang công cộng web bán hàng mùa lễ: công cộng hồ sơ khách hàng: riêng phức tạp nhất để vận hành và bảo mật câu hỏi đánh giá luôn là: dữ liệu nào, luật nào, tải có biến động không, và tổ chức có đội kỹ thuật không
Nửa trên của hình vẽ một mạng riêng ảo: một máy ở quán cà phê hay ở nhà nối tới mạng công ty qua internet công cộng, nơi bất kỳ ai trên đường đi cũng có thể nghe. Đường hầm màu xanh là cách VPN giải quyết: gói tin gốc được mã hoá rồi bọc trong một gói mới có địa chỉ của máy chủ VPN ở rìa mạng công ty, nên kẻ nghe chỉ thấy có lưu lượng từ A tới B mà không biết nội dung hay đích thật. Ba thành phần của đường hầm là đóng gói, mã hoá và xác thực hai đầu. Dòng đỏ là giới hạn hay bị quên: VPN bảo vệ đường đi chứ không bảo vệ máy — một máy nhiễm mã độc vẫn mang mã độc vào mạng công ty qua đường hầm rất an toàn đó. Nửa dưới so sánh ba mô hình đám mây. Đám mây công cộng là thuê máy chủ của nhà cung cấp dùng chung với khách khác, trả theo mức dùng, co giãn tức thì, không mua trước và không bảo trì, nhưng phải hỏi dữ liệu ở đâu và ai xem được. Đám mây riêng là máy chủ của chính tổ chức nhưng được ảo hoá và cấp phát tự động, kiểm soát toàn bộ và dễ tuân thủ luật, nhưng phải mua trước và co giãn bị giới hạn bởi phần cứng đã có. Đám mây lai giữ dữ liệu nhạy cảm ở riêng và để tải đột biến tràn sang công cộng — trang bán hàng mùa lễ ở công cộng, hồ sơ khách hàng ở riêng — và là mô hình phức tạp nhất để vận hành và bảo mật. Dòng cuối là bốn câu hỏi của mọi bài đánh giá: dữ liệu nào, luật nào, tải có biến động không, và tổ chức có đội kỹ thuật không.
Ví dụ — Ví dụ 1 — VPN có giải quyết được vấn đề của một công ty không

Một công ty tư vấn 200 nhân viên làm việc từ xa qua Wi-Fi công cộng. Sau một vụ rò rỉ, giám đốc đề xuất: mọi người bắt buộc dùng VPN công ty, và như vậy an ninh sẽ được giải quyết. Hãy đánh giá.

Giải.

VPN giải quyết đúng một vấn đề — và giải quyết tốt. Trên Wi-Fi công cộng, bất kỳ ai cùng mạng đều có thể chặn bắt lưu lượng không mã hoá, và một điểm truy cập giả có thể đứng giữa. VPN mã hoá toàn bộ lưu lượng từ laptop tới máy chủ VPN của công ty và xác thực máy chủ, nên nghe trộm trên đường đi và điểm truy cập giả đều bị vô hiệu. Nếu vụ rò rỉ đến từ chặn bắt trên đường, VPN là câu trả lời đúng.

Nhưng ba lỗ hổng vẫn nguyên. Một, điểm cuối: một laptop nhiễm mã độc, hoặc bị mất khi chưa mã hoá ổ đĩa, mang toàn bộ quyền truy cập vào mạng công ty qua đường hầm rất an toàn đó; VPN không kiểm tra máy có sạch không. Hai, xác thực người: nếu VPN chỉ cần mật khẩu và mật khẩu bị lừa đảo qua email, kẻ tấn công vào thẳng mạng riêng với tư cách nhân viên. Ba, bên trong mạng: một khi đã vào, người dùng VPN thường thấy mọi máy chủ, nên một tài khoản bị chiếm lộ toàn bộ thay vì một phần.

Đề xuất đầy đủ. VPN bắt buộc cộng xác thực hai yếu tố, mã hoá ổ đĩa và phần mềm kiểm tra máy trước khi cho vào đường hầm, và phân đoạn mạng để mỗi nhóm chỉ thấy máy chủ mình cần. Kết luận: câu an ninh sẽ được giải quyết sai vì nhầm một lớp bảo vệ với toàn bộ; bảo mật là nhiều lớp, và VPN chỉ là lớp đường truyền.

Ví dụ — Ví dụ 2 — chọn mô hình đám mây cho một bệnh viện

Một bệnh viện cần lưu hồ sơ bệnh án (luật buộc lưu trong nước và bảo mật nghiêm ngặt), vận hành cổng đặt lịch khám cho công chúng có lượng truy cập tăng gấp mười vào mùa dịch, và có đội kỹ thuật 8 người. Hãy đề xuất mô hình và biện minh.

Giải.

Bước 1 — phân loại theo dữ liệu và luật. Hồ sơ bệnh án bị luật buộc lưu trong nước và là dữ liệu nhạy cảm nhất; cổng đặt lịch chứa ít dữ liệu nhạy cảm hơn (tên, giờ hẹn) và đối mặt công chúng. Hai loại này có yêu cầu trái ngược nên không nên dùng cùng một mô hình.

Bước 2 — hồ sơ bệnh án: đám mây riêng. Luật loại đám mây công cộng nước ngoài ngay lập tức; kể cả nhà cung cấp trong nước, bệnh viện vẫn phải chứng minh kiểm soát toàn bộ với cơ quan quản lý. Máy chủ của chính bệnh viện, ảo hoá để cấp phát linh hoạt, với đội 8 người đủ để vận hành. Tải của hồ sơ bệnh án ổn định, không cần co giãn đột biến, nên nhược điểm chính của đám mây riêng không thành vấn đề.

Bước 3 — cổng đặt lịch: đám mây công cộng. Tải tăng gấp mười theo mùa là kịch bản đúng của co giãn theo dùng: mua máy chủ đủ cho đỉnh nghĩa là 90% thời gian máy chạy không; thuê công cộng chỉ trả cho lúc cần. Cổng đối mặt công chúng cũng hưởng lợi từ hạ tầng chống tấn công từ chối dịch vụ của nhà cung cấp lớn. Dữ liệu đặt lịch chỉ cần tên và giờ; hồ sơ thật không rời đám mây riêng.

Bước 4 — nối hai phần: đám mây lai, và cái giá của nó. Cổng công cộng phải hỏi đám mây riêng còn chỗ khám không, nên cần một kết nối được kiểm soát chặt — chỉ một dịch vụ được phép hỏi, qua đường mã hoá, không được đọc hồ sơ. Đây chính là nơi phức tạp và rủi ro tập trung: một lỗi ở giao diện này lộ đám mây riêng ra công cộng. Đội 8 người phải dành người cho việc này. Kết luận: mô hình lai, với ranh giới được vẽ theo luật và theo độ biến động của tải, và với giao diện giữa hai bên là điểm phải bảo vệ nhất.

Bẫy hay mất điểm — Bẫy 1 — nói VPN giải quyết an ninh. VPN bảo vệ đường đi; máy nhiễm mã độc và mật khẩu bị lừa vẫn đi qua đường hầm.
Bẫy 2 — nêu ưu điểm đám mây mà không hỏi dữ liệu ở đâu. Luật về nơi lưu dữ liệu loại phương án trước khi chi phí kịp lên tiếng.
Bẫy 3 — thiết kế mạng bằng cách liệt kê thiết bị. Mỗi lựa chọn phải gắn với một ràng buộc: khoảng cách, di động, ranh giới internet, chi phí ngừng hoạt động.
Phải nhớ — Chốt bài 4. Bốn thứ mang vào phòng thi. Một, VPN là đóng gói cộng mã hoá cộng xác thực, bảo vệ đường đi chứ không bảo vệ máy. Hai, ba mô hình đám mây và câu hỏi dữ liệu nào, luật nào, tải nào, đội nào. Ba, lai đặt ranh giới theo luật và độ biến động, và giao diện giữa hai bên là điểm yếu. Bốn, thiết kế mạng từ ràng buộc, dự phòng chỉ khi ngừng hoạt động tốn hơn phần cứng.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Networks gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →