网络安全技术——校园网安全建设

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• 本文为网络安全技术大作业报告，研究校园网安全建设，欢迎指正
• 项目背景

1.1 校园网络安全背景

随着信息技术的快速发展，校园网络已经成为教育、科研和管理的重要平台。校园网络的普及极大地提高了教育的效率和质量，但同时也带来了一系列安全问题。首先，网络攻击的威胁日益增加。黑客利用各种手段对校园网络进行攻击，包括但不限于DDOS攻击、SQL注入、跨站脚本攻击等，这些攻击可能导致校园网络服务中断，影响正常的教学和科研活动。

其次，数据泄露问题也日益严重。校园网络中存储了大量的敏感信息，如学生的个人信息、教师的研究成果等。一旦这些信息被非法获取，不仅会侵犯个人隐私，还可能对学校的声誉和师生的权益造成损害。此外，恶意软件的传播也是校园网络安全面临的挑战之一。恶意软件包括病毒、木马、勒索软件等，它们通过各种渠道传播，一旦感染校园网络，可能导致数据丢失、系统瘫痪等严重后果。

除了技术层面的威胁，校园网络安全还面临着管理上的挑战。许多学校在网络安全管理上缺乏有效的制度和规范，网络安全意识不强，技术防护措施不足，这些都为网络攻击和数据泄露提供了可乘之机。此外，随着移动设备的普及，校园网络的接入点增多，管理难度也随之增加。

• 需求分析

3.1 网络架构分析

1. 1. 1. 互联网服务供应商 (ISP)：ISP为学校网络提供了关键的互联网连接，是学校与外部网络沟通的桥梁。通过边界路由器（R），ISP与学校内部网络实现了稳定的数据传输。
      2. 边界路由器（R）：位于学校网络的边缘，负责管理进出网络的数据流量。它利用DHCP协议为内部设备自动分配IP地址，并设置ACL来筛选掉恶意流量，以保障网络安全。此外，边界路由器还配置了静态NAT，允许外部用户仅能访问学校网站。
      3. 服务器层 (COM)：学校内部的服务器层部署了Web服务器、FTP服务器和DNS服务器，为学生和教职工提供了丰富的网络服务。其中，Web服务器通过NAT转换技术，将内网地址192.168.10.1映射为公网地址103.32.56.77，允许外部用户通过80端口访问学校网站。
      4. 核心交换层 (AC1)：负责连接不同楼宇的汇聚交换机 (SWT)，提供高速数据传输。使用 VLAN 技术将网络划分成多个虚拟网络，例如 VLAN100、VLAN200、VLAN70 等，提高网络安全性。配置静态 NAT 转换，将内网 IP 地址转换为外网 IP 地址，使内部设备能够访问互联网。
      5. 汇聚交换层 (SWT)：位于网络架构的中间层，负责将来自接入层的流量有效地汇聚到核心交换层（AC1）。通过VLAN技术，SWT将网络划分为多个独立的区域，如办公楼、教学楼、宿舍楼和图书馆，方便管理和维护。
      6. 接入层 (SWT、AP1-4)：接入层设备负责为校园内的用户设备提供有线和无线网络接入服务。它们连接了用户设备，如电脑(PC1, PC2, PC3, PC4)、手机(Cellphone1、Cellphone、Cellphone3、Cellphone4)、笔记本电脑(STA1,、STA2、STA3、STA4)和其他终端( Client1、Client2、Client3、Client4)，使用户能够方便地接入学校网络并访问互联网和其他网络资源。使用 VLAN 技术将用户划分到不同的网络区域，例如办公楼 VLAN20、教学楼 VLAN30、宿舍楼VLAN40和图书馆 VLAN50 。
      7. 用户终端设备：电脑 (PC1, PC2, PC3, PC4,)、手机 (Cellphone1、Cellphone2、Cellphone3、Cellphone4) 、笔记本电脑 (STA1,、STA2、STA3、STA4) 和其他终端( Client1、Client2、Client3、Client4)。

3.2 边界安全分析

当前，校园网的WEB网站部署在一台服务器上，通过路由器进行一对一NAT映射到公网。尽管此架构能够基本满足网站对外提供服务的需求，但在网络安全建设方面存在较多边界安全风险。

3.2.1 当前存在的边界安全风险

（1）开放端口风险

①HTTP（端口80）：HTTP协议默认情况下进行明文传输，存在被攻击者通过嗅探工具截获数据包获取敏感信息的风险。此外，未加固的HTTP服务易受常见攻击，如SQL注入、跨站脚本攻击（XSS）等，可能导致数据泄露或篡改。

②远程桌面协议（端口3389）：RDP协议暴露在公网，容易成为暴力破解攻击、远程代码执行漏洞利用等攻击的目标。如果攻击者成功获取RDP访问权限，可能完全控制服务器，造成极大的安全隐患。

③FTP（端口21）：FTP协议同样以明文传输数据，易被攻击者通过嗅探手段截获登录凭据。此外，FTP服务易遭受暴力破解攻击，若未配置严格的安全策略，可能被上传恶意文件，威胁服务器安全。

④SMB（端口445、139）：SMB协议常用于文件共享，但其历史上存在诸多严重漏洞，如永恒之蓝（EternalBlue）漏洞，攻击者可利用此类漏洞进行网络蠕虫攻击或勒索软件传播，危害极大。

（2）NAT映射风险

尽管一对一NAT能够隐藏内网IP，但不能完全防止外部攻击。公网IP（103.32.56.77）直接映射到内网服务器（192.168.10.1），攻击者若能探测到公网IP并利用开放端口进行攻击，便可直接访问内网服务器，存在较大安全风险。

（3）缺乏边界防护设备

当前配置中未提及防火墙、入侵检测系统（IDS）等边界防护设备，意味着缺乏对外部攻击的实时监控和防御机制。没有适当的边界防护设备，系统易受多种网络攻击，如DDoS攻击、入侵尝试、数据泄露等，整体安全性较低。

（4）路由器安全配置不足

路由器作为网络边界的第一道防线，若未进行严格的安全配置，如使用弱口令、未关闭不必要的管理端口（如Telnet、SSH）、未启用安全日志等，容易成为攻击者的突破口，威胁整个网络的安全。

3.2.2 边界安全缺乏的危害

（1）数据泄露

边界安全不足可能导致攻击者通过入侵手段获取敏感信息，如用户数据、数据库内容、内部文档等。这不仅会引发严重的数据泄露事件，还会导致经济损失和信誉损失。

（2）服务中断

由于缺乏对DDoS攻击的防护，攻击者可以通过大规模流量攻击导致服务器瘫痪，影响网站的正常访问。这不仅影响用户体验，还会影响业务的连续性。

（3）系统被攻破

边界安全缺乏使得攻击者能够通过各种漏洞和后门进入内网，获取服务器控制权，进行恶意操作，如数据篡改、删除、植入恶意软件等，严重影响系统的稳定性和安全性。

（4）内部网络安全风险

一旦攻击者突破边界进入内网，便可以对内网其他设备进行横向移动，扩展攻击范围。这将进一步威胁整个网络的安全，增加内网所有设备的安全风险。

• 实施方案

4.1 建设后网络架构

该网络架构主要包含以下组成部分及其功能：

4.1.1 边界安全设备增强：

下一代防火墙（NGFW）：位于网络边缘，负责对进出网络的数据进行过滤和安全策略控制，保护内部网络免受外部攻击。其功能包括：NAT（网络地址转换）： 隐藏内部网络的IP地址，提高网络安全性。除了基本的包过滤和NAT功能外，NGFW提供深度数据包检查（DPI）、应用程序识别、以及基于应用程序的策略控制等高级功能。

Web应用防火墙（WAF）：专门保护WEB服务器免受跨站脚本（XSS）、SQL注入等常见的WEB攻击。

DDoS防护系统：用于检测和缓解分布式拒绝服务攻击，保护网络免受大规模流量攻击。

安全网关：提供邮件过滤、Web内容过滤和远程访问控制等功能。

IDS/IPS（入侵检测/入侵防御）：检测和阻止恶意攻击，例如扫描、攻击、病毒等。

4.1.2 安全远程办公增强：

IPSec VPN：允许远程办公人员通过安全的加密隧道连接到公司网络，实现远程访问内部资源的安全通信。

终端安全解决方案：包括防病毒、防恶意软件、数据加密和应用程序控制等，确保远程设备的安全。

零信任网络访问（ZTNA）：根据用户、设备和环境的上下文实施细粒度的访问控制。

4.1.3 核心层网络设备增强：

负载均衡器：分散流量到多个服务器，提高应用的可用性和响应速度。

核心交换机：具备高速数据转发能力，支持高级的流量管理和安全特性。

VRRP（虚拟路由器冗余协议）：提供高可用性，确保网络通信的稳定性。

4.1.4 汇聚层网络设备增强：

交换机：连接核心层设备和接入层设备，负责将数据转发到相应的目标设备。

流量分析器：监控网络流量，帮助识别异常模式和潜在的安全威胁。

网络服务头端（NSH）：支持服务链模式，允许流量通过一系列服务节点，如安全设备，以增强安全性。

4.1.5 接入层网络设备增强：

交换机：连接终端设备，例如PC、手机、无线AP等。

无线AP：提供无线网络连接，支持无线用户访问网络。

物理接入控制：确保只有授权设备能够连接到网络。

端口安全：在接入层交换机上实施端口安全策略，包括MAC地址绑定和端口安全模式。

4.1.6 其他设备增强：

内容分发网络（CDN）：加速WEB内容的分发，同时提供额外的一层安全防护。

云安全服务：利用云服务提供商的安全工具和服务，如云WAF、云DDoS防护等。

DNS服务器：用于域名解析，将域名转换为IP地址。

WEB服务器：提供网页服务。

DHCP服务器：为网络中的设备分配IP地址。

4.1.7 网络安全策略扩展：

网络划分：将网络划分为不同的VLAN（虚拟局域网），例如办公楼、教学楼、图书馆、食堂等，提高网络安全性和管理效率。

访问控制：通过防火墙和交换机配置访问控制策略，限制用户访问不同的网络资源。

安全认证：使用IPSec VPN进行身份验证，确保远程办公人员的安全连接。

监控和日志：监控网络流量和系统日志，及时发现并解决安全问题。

数据丢失预防（DLP）：监控、识别和保护敏感数据，防止数据泄露。

安全审计和合规性：定期进行安全审计，确保符合行业标准和法规要求。

安全意识培训：定期对员工进行安全意识教育，提高他们对网络安全的理解和应对能力。

应急响应计划：制定和维护一个全面的应急响应计划，以便在安全事件发生时迅速有效地响应。

供应链安全：评估和管理供应链中的安全风险，确保所有第三方服务和产品都符合安全标准。

4.2 边界安全建设

4.2.1 边界安全主要设备

下一代防火墙（NGFW）：位于网络边缘，执行高级安全策略和流量过滤。

Web应用防火墙 (WAF)：专门用于保护WEB服务器，防御针对WEB应用的攻击。

DDoS防护系统：用于检测和缓解分布式拒绝服务攻击。

安全网关：提供邮件过滤、Web内容过滤和远程访问控制。

入侵检测系统/入侵防御系统 (IDS/IPS)：检测和阻止恶意攻击。

4.2.2 设备部署位置

1. NGFW和WAF部署在WEB服务器前端，直接面对来自互联网的流量。
2. DDoS防护系统部署在网络入口，以早期检测和吸收大规模流量攻击。
3. 安全网关部署在邮件服务器和远程访问点之前，以过滤和控制进出流量。
4. IDS/IPS可以部署在网络的关键点，如DMZ边界或核心网络区域。

4.2.3 设备作用描述

1. NGFW提供深度数据包检查（DPI）、应用程序识别、基于应用程序的策略控制等。
2. WAF防御跨站脚本（XSS）、SQL注入等WEB攻击。
3. DDoS防护系统保护网络免受大规模流量攻击。
4. 安全网关过滤邮件内容，控制Web资源访问。
5. IDS/IPS检测和防御恶意攻击。

4.2.4 设备选型及购买

厂商	型号	吞吐量	最大并发连接数	VPN性能	入侵防御功能	价格
Palo Alto Networks	PA-3220	5 Gbps	500,000	1.9 Gbps	支持	￥65,000
Cisco	ASA 5525-X	10 Gbps	1,000,000	2 Gbps	支持	￥80,000
Fortinet	FortiGate 400E	20 Gbps	2,000,000	4 Gbps	支持	￥70,000
Sophos	SF330	3 Gbps	100,000	-	支持	￥40,000

4.3 入侵检测建设

4.3.1 入侵检测主要设备

入侵检测系统（IDS）的选型对于网络安全的建设至关重要。推荐使用以下三款设备：

1. Cisco Firepower 2130
2. Palo Alto Networks PA-820
3. Fortinet FortiGate 200E

4.3.2 设备作用描述

实时监控:实时分析进出网络的所有数据包，确保及时发现异常活动。

威胁识别:通过综合利用签名库和行为分析技术，识别已知的攻击模式以及未知的异常行为。

事件记录:记录所有安全事件，确保详细的审计追踪和分析能力。

报警通知:在检测到潜在威胁时，立即向网络管理员发送报警通知，确保及时响应。

4.3.3 设备选型及购买建议

为了选择最佳的入侵检测设备，我们对几款主流设备的性能参数进行了详细比较：

设备型号	厂家	检测能力	吞吐量	并发连接数	安全特性	价格
Cisco Firepower 2130	Cisco	高	10 Gbps	5,000,000	IPS, AMP, URL	价格较高
Palo Alto PA-820	Palo Alto	高	8 Gbps	4,500,000	Threat Prevention, WildFire	价格适中
Fortinet FortiGate 200E	Fortinet	高	12 Gbps	6,000,000	UTM, Application Control, Web Filtering	价格适中

根据对比结果，结合校园网络实际需求和预算，提出以下购买建议：

Cisco Firepower 2130：适用于需要高性能和全面安全功能的大型网络。

Palo Alto PA-820：适用于中小型网络，注重性价比和威胁预防能力。

Fortinet FortiGate 200E：适用于流量需求高的中大型网络。

设备购买渠道

建议通过官方网站、授权经销商或认证的第三方电商平台购买。

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