Enterprise Network Infrastructure & High Availability
Thiết kế và mô phỏng hệ thống mạng an toàn cho doanh nghiệp quy mô vừa theo kiến trúc Collapsed Core trên Cisco Packet Tracer; phân chia VLAN, định tuyến liên VLAN, dự phòng gateway bằng HSRP, dự phòng uplink bằng Spanning Tree và bảo vệ biên mạng bằng Firewall ASA.
Cisco Packet TracerCisco IOSVLANHSRPFirewall ASA
01 / Overview
Tổng quan & mục tiêu dự án
Mô hình được xây dựng cho doanh nghiệp có nhiều phòng ban, máy chủ, thiết bị không dây, camera và máy in. Hệ thống tập trung vào ba yêu cầu: phân vùng và quản lý lưu lượng, kiểm soát truy cập giữa các khu vực, đồng thời duy trì khả năng hoạt động khi gateway hoặc uplink chính gặp sự cố.
Mục tiêu triển khai
Thiết kế mạng theo mô hình LAN phân cấp và phân chia phòng ban bằng VLAN.
Thực hiện định tuyến liên VLAN và cấp phát địa chỉ IP tự động bằng DHCP.
Dự phòng default gateway bằng HSRP và ngăn vòng lặp Layer 2 bằng Spanning Tree.
Phân tách ba vùng Inside, Outside và DMZ bằng Firewall Cisco ASA.
Áp dụng ACL, NAT/PAT, SSH, Port Security, PortFast và BPDU Guard để tăng an toàn.
Triển khai và kiểm thử các dịch vụ DNS, Web, Email và FTP.
Kiểm thử kết nối, chính sách bảo mật và khả năng chuyển đổi dự phòng.
Kiến trúc chính
11VLAN nội bộ theo phòng ban và chức năng
3VLAN DMZ cho Web/DNS, Mail và FTP
2Core Layer 3 cho dự phòng gateway
3Vùng bảo mật chính: Inside, Outside, DMZ
02 / Architecture
Topology & kiến trúc tổng thể
Mô hình sử dụng Collapsed Core: hai switch Layer 3 gộp vai trò Core/Distribution, các Access Switch kết nối người dùng, còn Firewall ASA đứng tại biên để phân tách Inside, Outside và DMZ.
Topology tổng thể: Router Outside → Firewall ASA → hai Core/Distribution Layer 3 → các Access Switch; DMZ tách riêng cho cụm máy chủ.
Biên mạng gồm Router Outside và Firewall Cisco ASA.
Hai switch Layer 3 đảm nhận Core/Distribution, định tuyến liên VLAN, HSRP, DHCP, ACL và điều khiển STP.
Bốn Access Switch kết nối PC, laptop, máy in, Access Point và camera.
DMZ chứa Web/DNS Server, Mail Server và FTP Server.
Mỗi Access Switch có uplink tới cả hai Core Switch để duy trì đường dự phòng.
03 / Network Design
Thiết kế VLAN & địa chỉ IP
Các phòng ban và nhóm thiết bị được đưa vào các VLAN riêng. Gateway người dùng là địa chỉ ảo HSRP 192.168.x.10; hai Core sử dụng địa chỉ .1 và .2 trên từng VLAN.
VLAN nội bộ
VLAN
Tên
Chức năng
Dải mạng
Gateway HSRP
10
GIAMDOC
Ban Giám đốc
192.168.10.0/24
192.168.10.10
20
KINHDOANH
Phòng Kinh doanh
192.168.20.0/24
192.168.20.10
30
KETOAN
Phòng Kế toán
192.168.30.0/24
192.168.30.10
40
DEV
Phòng Phát triển
192.168.40.0/24
192.168.40.10
50
KYTHUAT
Phòng Kỹ thuật
192.168.50.0/24
192.168.50.10
60
PHONGHOP
Phòng họp
192.168.60.0/24
192.168.60.10
70
NHANSU
Phòng Nhân sự
192.168.70.0/24
192.168.70.10
80
MAYIN
Thiết bị máy in
192.168.80.0/24
192.168.80.10
90
CAMERA
Hệ thống camera
192.168.90.0/24
192.168.90.10
99
MGMT
Quản trị thiết bị
192.168.99.0/24
192.168.99.10
100
KHACH
Mạng khách
192.168.100.0/24
192.168.100.10
Quy hoạch DHCP
Hai Core chia phạm vi cấp phát để tránh trùng địa chỉ trong mô hình.
Khoảng
Mục đích
192.168.x.1 – 192.168.x.2
SVI của hai Core Switch
192.168.x.3 – 192.168.x.9
Dự phòng thiết bị hạ tầng
192.168.x.10
Gateway ảo HSRP
192.168.x.11 – 192.168.x.150
Phạm vi cấp phát trên CORE-SW1
192.168.x.151 – 192.168.x.254
Phạm vi cấp phát trên CORE-SW2
DMZ & mạng trung chuyển
VLAN
Dịch vụ
Server IP
Gateway
101
Web / DNS
10.5.101.10
10.5.101.1
102
Email
10.5.102.10
10.5.102.1
103
FTP
10.5.103.10
10.5.103.1
Kết nối
Mạng
ASA
Peer
ASA – CORE-SW1
172.16.1.0/29
172.16.1.1
172.16.1.2
ASA – CORE-SW2
172.16.2.0/29
172.16.2.1
172.16.2.2
ASA – Router Outside
209.165.200.224/30
209.165.200.225
209.165.200.226
04 / Security Design
Thiết kế an toàn mạng
Bảo mật được triển khai theo nhiều lớp: phân đoạn VLAN, ACL giữa các VLAN, Firewall ASA tại biên, NAT/PAT, quản trị bằng SSH và kiểm soát thiết bị tại Access Layer.
VLAN Segmentation
Tách phòng ban, khách, camera, máy in và mạng quản trị thành các miền broadcast riêng.
Inter-VLAN ACL
Chặn mạng khách và các nhóm không được cấp quyền truy cập vào VLAN nội bộ hoặc VLAN quản trị.
Firewall ASA
Phân chia Outside, Inside và DMZ; kiểm soát lưu lượng vào/ra bằng Access List.
NAT / PAT
PAT cho người dùng Inside truy cập Outside và ánh xạ dịch vụ DMZ khi cần công bố ra bên ngoài.
SSH Management
Quản trị từ xa có mã hóa, giới hạn nguồn truy cập từ VLAN 99.
Port Security
Kiểm soát MAC tại cổng Access; sử dụng Sticky MAC và giới hạn thiết bị kết nối.
STP / PortFast / BPDU Guard
Ngăn vòng lặp, duy trì uplink dự phòng và bảo vệ các cổng kết nối thiết bị đầu cuối.
Chính sách giữa các VLAN
Nguồn
Đích
Chính sách
VLAN khách
Các VLAN nội bộ
Chặn
VLAN khách
Outside
Cho phép
VLAN người dùng
VLAN Management
Chặn
Máy quản trị
Thiết bị mạng
Cho phép SSH
VLAN Camera
VLAN người dùng
Chặn
Chính sách từ Outside
Đích
Dịch vụ
Chính sách
Web Server
HTTP 80 / HTTPS 443
Cho phép
DNS Server
DNS 53
Cho phép khi cần
Mail Server
SMTP 25
Cho phép
FTP Server
FTP 21
Cho phép khi cần
Inside
Tất cả
Chặn
ASA SSH
TCP 22
Chặn từ Outside
05 / Implementation
Cấu hình & giải thích kỹ thuật
Phần này trình bày các cấu hình tiêu biểu được ghi nhận trong báo cáo và ảnh triển khai. Các mật khẩu lab không được công bố trên trang public.
Switching
VLAN, Access Port & Trunk
VLAN được tạo đồng bộ trên hai switch Layer 3 và các Access Switch. Cổng nối thiết bị đầu cuối đặt ở chế độ Access; các uplink từ Access lên Core được cấu hình trunk 802.1Q để vận chuyển nhiều VLAN.
Danh sách VLAN trên switch.Gán cổng Access vào các VLAN.Kiểm tra trạng thái trunk và VLAN được phép.
Layer 3 Switching
SVI & định tuyến liên VLAN
Hai Core Switch bật chức năng định tuyến Layer 3. Mỗi VLAN có SVI riêng; các máy trạm gửi lưu lượng khác VLAN về gateway ảo HSRP, sau đó Core đang Active thực hiện chuyển tiếp.
ip routing
!
interface Vlan10
ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
!
interface Vlan20
ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
Trạng thái SVI trên CORE-SW1.
High Availability
HSRP – dự phòng default gateway
CORE-SW1 giữ vai trò Active trong trạng thái bình thường, CORE-SW2 ở Standby và tiếp quản khi Core chính hoặc đường kết nối chính gặp sự cố. Máy trạm sử dụng gateway ảo 192.168.x.10 nên quá trình failover không yêu cầu đổi địa chỉ gateway trên client.
Cấu hình HSRP trên các SVI.Trạng thái HSRP: CORE-SW1 Active, CORE-SW2 Standby.
IP Services
DHCP – chia dải cấp phát trên hai Core
Mỗi VLAN có DHCP Pool riêng. CORE-SW1 cấp nửa đầu dải người dùng, CORE-SW2 cấp nửa sau; các địa chỉ SVI, gateway ảo và hạ tầng được loại trừ để tránh trùng lặp. Đây là phương án chia dải thủ công trong mô hình, không phải DHCP Failover hoàn chỉnh.
ip dhcp excluded-address 192.168.10.1 192.168.10.10
ip dhcp excluded-address 192.168.10.151 192.168.10.254
!
ip dhcp pool POOL_VLAN10
network 192.168.10.0 255.255.255.0
default-router 192.168.10.10
dns-server 8.8.8.8
Các dải địa chỉ được loại trừ.Các DHCP Pool theo VLAN.Danh sách địa chỉ DHCP đã cấp phát.
Loop Prevention
Spanning Tree – dự phòng uplink
CORE-SW1 được ưu tiên Root Primary và CORE-SW2 là Root Secondary. Trong trạng thái bình thường, uplink về CORE-SW1 chuyển tiếp lưu lượng; đường về CORE-SW2 đóng vai trò dự phòng và có thể chuyển sang Forwarding khi đường chính lỗi.
Cấu hình Root Bridge cho CORE-SW1.Kết quả kiểm tra Root Bridge.
Access Security
Port Security & ACL giữa các VLAN
Cổng Access áp dụng Port Security và Sticky MAC. ACL được dùng để giới hạn các luồng nhạy cảm, ví dụ mạng khách không được truy cập trực tiếp các VLAN nội bộ và mạng quản trị.
Port Security trên cổng Access.Kiểm tra trạng thái Port Security.ACL kiểm soát truy cập giữa các VLAN.
Management
SSH – bảo vệ kênh quản trị
Thiết bị mạng sử dụng SSH thay cho Telnet. ACL quản trị chỉ cho phép nguồn thuộc VLAN 99 truy cập thiết bị; thông tin mật khẩu trong bản public được ẩn để tránh công bố credential của lab.
ASA phân tách Outside, Inside1, Inside2 và DMZ. ASA có default route ra Router Outside, tuyến chính về mạng nội bộ qua CORE-SW1 và tuyến dự phòng qua CORE-SW2. PAT được dùng cho Inside đi ra ngoài; các dịch vụ DMZ được công bố có chọn lọc và vẫn phải được ACL cho phép.
Interface và địa chỉ IP trên Firewall ASA.Bảng định tuyến trên Firewall ASA.ACL trên ASA cho Inside/Outside và các dịch vụ DMZ.
Server Zone
DMZ & các dịch vụ công khai
Web/DNS, Mail và FTP được tách thành các VLAN riêng trong DMZ và dùng IP tĩnh. Outside chỉ được phép truy cập các dịch vụ đã công bố; kết nối trực tiếp từ Outside vào Inside bị chặn.
Router Outside đại diện cho Internet trong mô hình. Cổng kết nối ASA sử dụng 209.165.200.226/30 và có các tuyến quay lại những mạng cần kiểm thử qua địa chỉ Outside của ASA.
interface GigabitEthernet0/0
ip address 209.165.200.226 255.255.255.252
!
ip route 192.168.0.0 255.255.0.0 209.165.200.225
ip route 10.5.0.0 255.255.0.0 209.165.200.225
Interface trên Router Outside.Các tuyến quay về hệ thống qua ASA.
06 / Validation
Kịch bản kiểm thử hệ thống
Kiểm thử bao phủ DHCP, liên VLAN, ACL, SSH, dịch vụ DMZ, NAT/PAT và chuyển đổi dự phòng.
#
Nội dung
Cách kiểm tra
Kết quả mong đợi
Đánh giá
01
DHCP
Đặt máy trạm ở DHCP và kiểm tra IP, subnet mask, gateway HSRP, DNS.
Nhận đúng thông số của VLAN.
Đạt
02
Inter-VLAN
Ping trong cùng VLAN và giữa các VLAN được cấp quyền.
Các luồng được phép liên thông.
Đạt
03
ACL
Thử truy cập từ Guest/Camera/User tới các vùng hạn chế.
Lưu lượng trái chính sách bị chặn.
Đạt
04
SSH
SSH từ máy quản trị VLAN 99 và từ nguồn không được phép.
VLAN 99 truy cập được, nguồn khác bị từ chối.
Đạt
05
DNS / Web
Truy cập Web bằng tên miền.
Phân giải tên và hiển thị dịch vụ Web.
Đạt
06
Email / FTP
Gửi nhận thư và kiểm tra đăng nhập/truyền tệp FTP.
Hoạt động với tài khoản hợp lệ.
Đạt
07
PAT / Outside
Từ Inside truy cập Outside và kiểm tra chuyển đổi địa chỉ.
Inside ra Outside thành công qua PAT.
Đạt
08
Outside → DMZ
Từ PC Outside truy cập các dịch vụ đã công bố.
Chỉ dịch vụ được mở mới truy cập được.
Đạt
09
Outside → Inside
Thử kết nối trực tiếp từ Outside vào mạng nội bộ.
Bị chặn.
Đạt
10
Failover
Ping liên tục rồi tắt CORE-SW1 hoặc ngắt uplink chính.
CORE-SW2 tiếp quản HSRP; STP đưa đường dự phòng sang Forwarding.
Đạt
07 / Evaluation
Kết quả, hạn chế & hướng phát triển
Kết quả đạt được
Máy trạm nhận đúng địa chỉ DHCP và các mạng được phép có thể định tuyến liên VLAN.
Guest, Camera và Management được kiểm soát theo chính sách ACL.
Chỉ VLAN quản trị được phép SSH đến thiết bị mạng.
DNS, Web, Email và FTP hoạt động theo cấu hình mô phỏng.
Inside truy cập Outside thông qua PAT; Outside chỉ truy cập được các dịch vụ DMZ được công bố.
HSRP và Spanning Tree phối hợp để CORE-SW2 và uplink dự phòng tiếp quản khi có sự cố.
Hạn chế hiện tại
Mô hình mới triển khai trên Cisco Packet Tracer, chưa phản ánh đầy đủ hiệu năng và lỗi phần cứng thực tế.
Hệ thống hiện có một Firewall và một đường Internet; các máy chủ chưa có cơ chế dự phòng.
Chưa triển khai IDS/IPS, VPN, AAA tập trung và Syslog.
FTP trong mô hình chưa mã hóa dữ liệu.
Hướng phát triển
Bổ sung cặp Firewall Active/Standby, đường Internet thứ hai và máy chủ dự phòng.
Triển khai IDS/IPS, VPN và xác thực tập trung bằng RADIUS hoặc TACACS+.
Xây dựng Syslog, hệ thống giám sát và sao lưu dữ liệu tập trung.
Thay FTP bằng SFTP/FTPS, áp dụng HTTPS và tăng cường bảo mật Wi-Fi doanh nghiệp.
Thử nghiệm lại kiến trúc trên GNS3, EVE-NG hoặc thiết bị thực tế.
Ghi chú đồng bộ tài liệu
Bảng VLAN và cấu hình minh họa sử dụng VLAN 100 cho mạng khách; một đoạn trong phần thiết kế an ninh của báo cáo ghi VLAN 110. Trang case study giữ VLAN 100 và ghi chú sự khác biệt này.
Phần thiết kế DMZ dùng VLAN 101/102/103 và ảnh triển khai cũng hiển thị 101/102/103; bảng kết nối có một dòng ghi trunk VLAN 51/52/53.
Phần thiết kế HSRP mô tả priority CORE-SW1 là 120 và CORE-SW2 là 100, trong khi ảnh cấu hình/trạng thái minh họa có chỗ hiển thị priority 110 trên CORE-SW1. Vì vậy trang tập trung vào vai trò Active/Standby thay vì dùng priority làm kết luận chính.
08 / Resources
Tài nguyên dự án
File lab có thể mở bằng Cisco Packet Tracer để xem trực tiếp topology và cấu hình trong môi trường mô phỏng.