用VLAN解决宿舍网络安全问题

    大学宿舍网络的管理可以评定为“最难管理的网络”之一。有些用户安装ARP防火墙，开启主动防御，且设置了较大的值，这样网络被大量的无用ARP 数据包占据。另外一个现象，很多用户没有安装杀毒软件或者没有及时升级，计算机被病毒感染后，向网络发送大量的病毒包。在交换机性能不变的情况下，数据包转发量恒定，ARP 包和病毒包多了，有效数据包就少了，所以网络的传输速度就明显慢了下来，且过多的无用数据包还会导致交换机性能的下降?

    启示：传统VLAN无法应对大学宿舍

    传统的解决方法是给每个客户分配一个VLAN和相关的IP子网，通过使用VLAN，每个客户被从第2层隔离开，可以防止任何恶意的行为和Ethernet 的信息探听。 然而，这种分配每个客户单一VLAN和IP子网的模型造成了巨大的可扩展方面的局限。这些局限主要有下述几方面：

    * VLAN的限制：交换机固有的VLAN数目的限制；
    * 复杂的STP：对于每个VLAN，每个相关的Spanning Tree的拓扑都需要管理；
    * IP地址的紧缺：IP子网的划分势必造成一些IP地址的浪费；
    * 路由的限制：每个子网都需要相应的默认网关的配置，如果使用HSRP，每个子网都需相应的缺省网关的配置

　　很多厂商的交换机中引入了一种新的VLAN机制，主要作用是将客户端只能与自己的缺省网关通信。这一新的VLAN特性就是专用VLAN（Private VLAN，PVLAN）。这种特性是不但适合大学校园，也很适用于IDC。
　　
　　IDC环境是一个典型的多客户的服务器群结构，每个托管客户从一个公共的数据中心中的一系列服务器上提供Web服务，属于不同客户的服务器之间的安全就显得至关重要。一个专用VLAN不需要多个VLAN和IP子网就提供了这样的安全连接。在这一模型中，所有的服务器都接入专用VLAN，从而实现了所有服务器与缺省网关的连接，而与专用VLAN内的其他服务器没有任何访问。

 分析：Private VLAN技术

　　Private VLAN是工作在第二层的网络技术。在Private VLAN的概念中，交换机端口有三种类型：Isolated port，Community port, Promisc- uous port。
　　
　　它们分别对应不同的VLAN类型：Isolated port属于Isolated PVLAN，Community port属于Community PVLAN，而代表一个Private VLAN整体的是Primary VLAN，前面两类VLAN需要和它绑定在一起，同时它还包括Promiscuous port。在Isolated PVLAN中，Isolated port只能和Promiscuous port通信，彼此不能交换流量。
　　
　　在Community PVLAN中，Community port不仅可以和Promiscuous port通信，而且彼此也可以交换流量。Promiscuous port 与路由器或第3层交换机接口相连，它收到的流量可以发往Isolated port和Community port。
　　
　　PVLAN的应用对于保证接入网络的数据通信的安全性是非常有效的，用户只需与自己的默认网关连接，一个PVLAN不需要多个VLAN和IP子网就提供了具备第2层数据通信安全性的连接，所有的用户都接入PVLAN，从而实现了所有用户与默认网关的连接，而与PVLAN内的其他用户没有任何访问。PVLAN功能可以保证同一个 VLAN中的各个端口相互之间不能通信，但可以穿过Trunk端口。这样即使同一VLAN中的用户，相互之间也不会受到广播的影响。
　　
　　在思科高端Cisco 6000和Cisco 4000 系列交换机上可以配置私有vlan，但在华为的一些低端产品上就提供了此项功能。

 深入：配置PVLAN的步骤

   配置PVLAN的步骤包括：配置Primary VLAN、配置Secondary VLAN、设置Primary VLAN和Secondary VLAN间的映射关系，以上任务都是必选的，一旦启用PVLAN就必须配置。具体配置命令参考下面的建议。

  （1）设置VTP的transparent（透明）模式
   COS交换机
     set vtp mode transparent

   IOS交换机
  （privileged） vlan database
                （vlan_database） vtp transparent

   在创建一个私用VLAN之前，您必须配置VTP为transparent（透明）模式。私用VLAN必须在单台交换机上配置，不能有其他交换机上VLAN的成员端口。私用VLAN也能带所有其他类型的Cisco交换机不知道的TLV。

   （2）创建主（primary）私用VLAN
       COS交换机
        set vlan primary_number pvlan-type primary

   IOS交换机
    （global） vlan primary_number
            （vlan-config） private-vlan primary

    你必须首先创建主（primary）私用VLAN。后面的步骤要用主VLAN号（primary_number）来绑定次（secondary）VLAN和映射混杂（promiscuous）端口。

  （3）创建isolated（被隔离）VLAN和community（群体）VLAN

   COS交换机
     set vlan secondary_number pvlan-type [isolated | community   |twoway-community]

   IOS交换机
     （global） vlan secondary_number
            （vlan-config） private-vlan [isolated | community]

    配置isolated（被隔离）或community（群体）次VLAN来划分端口和控制流量。每一个这样的VLAN的（primary_number）都必须彼此不同和唯一，和主VLAN的number也要不同。Isolated（被隔离）VLAN的成员只能和在第6步中映射的混杂（promiscuous）端口进行通信。双向（two-way）的群体就像一个普通的群体一样，但是有更多功能：能用访问控制列表检查进出（双向） VLAN的流量，而且在私用VLAN内提供了更强的安全性。

    （4）把isolated（被隔离）VLAN和community（群体）VLAN绑定到主VLAN上

    COS交换机
       set pvlan primary_number secondary_number

    IOS交换机
    （global） vlan primary_number
               （vlan-config） private-vlan association secondary_number_list [addsecondary_number_list]

    这条命令把次VLAN关联或者说绑定到主VLAN上。对于IOS命令来说，add选项允许以后关联其他VLAN。

   （5）将端口加入isolated（被隔离）VLAN和community（群体）VLAN

    COS交换机
          set pvlan primary_number secondary_number mod/port [sc0]

    IOS交换机
    （global） interface type mod/port
               （interface） switchport
               （interface） switchport mode private-vlan host
               （interface） switchport mode private-vlan host-association primary_number               secondary_number

    在已经创建和关联好了主次VLAN之后，必须把端口划给VLAN。对于COS交换机来说，可以把sc0接口加到私用VLAN中。

    （6）给isolated（被隔离）VLAN和community（群体）VLAN映射混杂（promiscuous）端口

    COS交换机
           set pvlan mapping primary_number secondary_number mod/port

    IOS交换机
   （global） interface type mod/port
                  （interface） switchport
                  （interface） switchport mode private-vlan promiscuous
                  （interface） switchport mode private-vlan mapping primary_number                   secondary_number

    在把端口划给次VLAN之后，为了能访问到isolated（被隔离）VLAN或者community（群体）VLAN之外，必须将VLAN映射到一个混杂（promiscuous）端口。

   （7）给isolated（被隔离）VLAN和community（群体）VLAN映射MSFC接口（可选）

    COS交换机 COS set pvlan mapping primary_number secondary_number 15/1 session 15
               （privileged）config t
               （global）interface vlan primary_number
               （interface）ip address address mask
    IOS交换机 （global） interface primary_number
                （interface） ip address address mask
               （interface） private-vlan mapping primary_number secondary_number

    如果您的交换机有一块MSFC，那么可以将私用VLAN映射到MSFC。对于运行COS的交换机来说，要把VLAN映射到端口15/1（对于在于2槽的MSFC来说是16/1），然后将VLAN接口上的IP地址配置为主VLAN的number。对于IOS交换机来说，要找到primary_number的VLAN接口，然后把主次VLAN是映射到那个端口。

    提示：你可以配置私用边缘VLAN。3500XL交换机使用受保护端口（protected port）的概念来控制交换机上的流量。3500XL上受保护端口不会向同一交换机上的另一个受保护端口转发流量。这样做和isolated（被隔离）VLAN类似，因为受保护的端口彼此不能通信。使用下面的命令配置受保护的端口。要配置一个私用边缘VLAN，可以选定接口，键入命令port protected。为了核实该端口已经处于受保护的模式，可以使用命令show port protected。

   （8）核实PVLAN的运行
    在配置私用VLAN之后，可以使用下面的命令来核实它的运行：
    COS交换机
    show pvlan number
    show pvlan mapping
    show pvlan capability mod/port

    IOS交换机
    show vlan private-vlan [type]
    show interface private-vlan mapping
    show interface type mod/port switchport

    解决：PVLAN配置案例

    这是一所外国语大学的网络拓扑图，由于考虑到安全的原因，我们只分隔出本案例中需要说明的部分，参见下图。
     

    在这个案例中，需要交换机Sw-access1的端口1和2配置成了受保护的端口，它们都在VLAN 10里，Sw-core1上的VLAN 10服务器（VLAN10 Server）也在VLAN 10里。这就让PC只能连接到这台服务器，而不会连接到其它服务器。在汇集交换机上还创建了私用VLAN 90，它包括一次community VLAN 901和一个isolated VLAN 900，端口3/46的服务器2和端口3/48服务器3都在community VLAN 901内，而连接到端口3/1和3/2的服务器在isolated VLAN 900内。使10.10.90.5和10.10.90.6之间不能通讯，10.10.90.7和10.10.90.8能够互相通讯，但这四台主机都可以和10.10.90.2通讯。所有这些设备都被映射到连接在端口1/2上的路由器。

    1．核心交换机Sw-core1的设置清单
    Sw-core1#vlan database
    Sw-core1（vlan）#vtp transparent
    Sw-core1（vlan）#exit

    Sw-core1#conf t
    Sw-core1（config）#vlan 90
    Sw-core1（config-vlan）#private-vlan primary
    Sw-core1（config-vlan）#vlan 900
    Sw-core1（config-vlan）#private-vlan isolated
    Sw-core1（config-vlan）#vlan 901
    Sw-core1（config-vlan）#private-vlan community
    Sw-core1（config-vlan）#vlan 90
    Sw-core1（config-vlan）#private-vlan association 900,901
    Sw-core1（config-vlan）#interface range fastethernet 3/1 – 2
    Sw-core1（config-if）#switchport mode private-vlan host
    Sw-core1（config-if）#switchport mode private-vlan host-association 90 900
    Sw-core1（config-if）#no shut
    Sw-core1（config-if）#interface range fastethernet 3/46 , 3/48
    Sw-core1（config-if）#switchport
    Sw-core1（config-if）#switchport mode private-vlan host
    Sw-core1（config-if）#switchport mode private-vlan host-association 90 901
    Sw-core1（config-if）#no shut
    Sw-core1（config-if）#interface gigabitethernet 1/2
    Sw-core1（config-if）#switchport
    Sw-core1（config-if）#switchport mode private-vlan promiscuous
    Sw-core1（config-if）#switchport mode private-vlan mapping 90 900,901
    Sw-core1（config-if）#no shut
    Sw-core1（config-if）#interface vlan 90
    Sw-core1（config-if）#ip address 10.10.90.1 255.255.255.0
    Sw-core1（config-if）#private-vlan mapping 90 900,901
    Sw-core1（config-if）#no shut
    Sw-core1（config-if）#end
    Sw-core1#copy running-config startup-config

   （2）负责宿舍里面接入的交换机配置清单

    Sw-access1# configure terminal
    Sw-access1（config）#interface fastethernet 0/1
    Sw-access1（config-if）#switchport access vlan 10
    Sw-access1（config-if）#port protected
    Sw-access1（config-if）#interface fastethernet 0/1
    Sw-access1（config-if）#switchport access vlan 10
    Sw-access1（config-if）#port protected
    Sw-access1（config-if）#interface gigabitethernet 0/1
    Sw-access1（config-if）#switchport mode trunk
    Sw-access1（config-if）#switchport trunk encapsulation dot1q
    Sw-access1（config-if）#end
    Sw-access1# copy running-config startup-config