VPN 如何運作？

虛擬私人網路（或稱 VPN）透過在使用者裝置和遠端伺服器之間建立加密隧道，確保跨網資料傳輸的安全性。 

它包括設定安全網路、驗證使用者存取、建立受保護的隧道，以及維護和終止連線。VPN 可確保資料經過加密，未經授權的使用者無法存取，從而安全地遠端存取公司資源。

1.連接前設定

基礎架構與元件概觀

企業 虛擬私人網路 (VPN) 依靠 VPN 伺服器或閘道、用戶端軟體和底層網路基礎設施的協調功能。

VPN 閘道位於網路邊緣。它的功能是作為企業內部網路與外部裝置之間的橋梁，實作資料流量的安全性措施。安裝在員工裝置上的用戶端軟體會啟動 VPN 連線，並處理與 VPN 閘道的持續通訊。網路基礎建設包括路由器、交換器和防火牆，可維持網路完整性並促進資料流通。

組態與政策設定

透過 VPN 連線至網際網路之前，必須遵循一系列步驟。初始 VPN 設定需要仔細設定。

管理員定義安全政策和存取規則，以管理流量和規定使用者權限。這包括建立安全性的通訊協定、選擇強大的加密標準，以及設定加密 VPN 流量將遵循的網路路由。

設定存取規則是為了指定透過 VPN 連線時，哪些使用者可以存取哪些網路資源。這可確保員工擁有適當等級的網路存取權，並維持公司資料和個人資訊的安全性。

2.啟動階段

使用者驗證

使用者驗證是 VPN 啟動階段的開始。此程序會驗證嘗試存取網路的使用者的身份。由可信賴的憑證授權機構簽發的憑證可確認使用者裝置的合法性。

多重要素驗證要求使用者提供兩個或以上的驗證要素，增加了額外的安全層級。這可能包括密碼、實體令牌或生物辨識驗證。目錄服務（例如 Active Directory）可集中憑證管理並執行存取政策，確保只有經過認證的使用者才能存取網路。

認證程序可防止來自本機網路和更廣泛網際網路的未授權存取。

用戶端與伺服器握手

驗證成功後，用戶端和伺服器會開始握手通訊協定。此步驟涉及版本協商，用戶端和伺服器就使用的 VPN 安全通訊協定版本達成協議。他們也會選擇一個密碼套件，該套件決定了加密演算法和金鑰交換方法。

握手確保用戶端和伺服器都擁有必要的憑證和加密能力，以建立安全的通訊通道。從使用者到網際網路服務供應商 (ISP) - 再到 VPN 伺服器，這是加密連線上所有後續資料交換的基礎。

3.建立隧道

通訊協定選擇與安全性考量

客戶端與伺服器握手完成後，重點就轉移到建立 VPN 通道。隧道通訊協定是支援安全資料傳輸的核心。用戶端和伺服器雙方同意適合其安全性需求和網路能力的隧道通訊協定 (例如 IPsec 或 L2TP)。隧道通訊協定的選擇決定了安全性、與現有基礎設施的相容性，以及穿越防火牆和網路位址轉換器 (NAT) 的能力。

金鑰交換與加密機制

在選擇通訊協定之後，安全通道的建立就從金鑰交換開始。Diffie-Hellman (DH) 演算法通常是此類交換的選擇。這提供了一種在雙方之間安全地產生和共用金鑰的方法，而無需透過網際網路傳輸金鑰本身。在此機制中，用戶端和伺服器都會產生臨時金鑰對 (私密金鑰和公開金鑰)，並在兩者之間交換公開金鑰。然後，每一方會將收到的公開金鑰與自己的私人金鑰結合，產生共用的秘密。

進一步的安全性可透過採用較大金鑰大小的進階 DH 群組來提供。此外，AES 等加密演算法可用於加密共用秘密，提供另一層安全性。有些實作使用完全前向保密 (PFS)，確保一個金鑰的洩密不會導致所有後續金鑰的洩密。

安全通道對於維持用戶端與企業網路之間所有通訊的資料機密性和完整性至關重要。安全通道一經建立，即成為資料流量的保護性隧道。這可確保透過隧道傳送的敏感資訊保持加密，沒有解密金鑰的任何人都無法存取。

4.資料傳輸

IP 位址分配與網路整合

建立安全性通道後，IP 位址分配是將用戶端整合至網路的核心。每個 VPN 用戶端都會從指定的池中分配一個 IP 位址，這對於將封包導向適當的目的地至關重要。IP 位址分配可讓用戶端裝置有效加入企業網路。這可讓用戶端按照既定的權限和政策存取資源。

資料傳輸的效能最佳化

在此階段中，資料傳輸的效率成為首要考量。VPN 通訊協定可加入壓縮等機制，以提高吞吐量並減少延遲，從而最佳化網路效能。隧道通訊協定的選擇會影響連線速度和可靠性。點對點隧道傳輸 (PPTP) 等通訊協定提供較高的速度，但安全性較低，而 OpenVPN 等其他通訊協定則在速度與安全性之間取得較佳的平衡。

封包交換與路由

資料封包在 VPN 中的導航方式是維持高效能連線的關鍵。封包交換技術允許動態封包路由。這會考慮到網路擁塞和即時狀況變化等因素。動態方式可確保 VPN 即使面對不同的網路需求，也能維持穩定且有效率的連線。

確保完整性與隱私權

一旦資料封包準備好傳輸，它們就會穿越安全隧道，有效隔絕外界干擾。這種隱私權不只是要隱藏資料，以免被潛在的竊聽者竊取。它還能維持封包的完整性，確保通訊的任何部分都不會在傳輸過程中被更改。

在隧道的一端，VPN 伺服器會處理進入的封包。它會解密資料並去除封裝，將原始資料轉送至企業網路內的預定目的地。

5.網路路由與資源存取

流量路由方法：分割隧道與完整隧道

VPN 技術提供兩種將用戶端流量路由至企業網路的主要方法：分割隧道和完整隧道。

Split tunneling 允許使用者的裝置對非公司流量進行直接網際網路存取。這可節省企業網路的頻寬。然而，這可能會帶來安全風險，因為流量無法受惠於企業防火牆和其他安全措施。

完整隧道會將所有用戶端流量透過 VPN 路由至企業網路，不論其目的地為何。這可確保所有資料都受到企業安全性政策的規範，但可能會導致頻寬使用量增加和潛在的網路擁塞。

存取控制與網路政策

透過 VPN 存取網路資源是透過存取控制清單 (ACL) 和網路政策來規範。ACL 是一組規則，定義哪些使用者或系統程序可以存取物件，以及允許對指定物件進行哪些操作。ACL 中的每個項目會指定主題和操作；例如，它可以允許使用者讀取檔案，但不允許使用者修改檔案。

網路政策可根據使用者角色、裝置合規性狀態及其他因素進一步規定條款。它們確保只有授權使用者才能存取敏感的企業資源，並定義可存取這些資源的條件。這些措施是保護企業網路和防止未經授權存取敏感資料的核心。

在企業 VPN 設定中，網路路由和資源存取的策略配置對於平衡運作效率和安全性至關重要。透過適當的隧道方法和嚴格的存取控制，企業可以確保數位資產的生產力和保護。

6.持續連接管理

完整性檢查和資料保護機制

VPN 中持續的連線管理可確保網路連線不斷地受到保護並保持穩定。對於資料完整性，VPN 通訊協定採用了校驗和及序列號等機制。

校驗和是從資料封包中的位元組總和得出的值，用於在傳輸後檢測錯誤。如果接收方計算的校驗和與發送方計算的校驗和相符，就可以確認資料在傳輸過程中沒有被篡改。

序列號有助於維持封包的正確順序。這可防止重播攻擊，因為重播舊訊息可能會擾亂通訊或助長未經授權的存取。

連線穩定性與控制訊息

VPN 連線會使用心跳和 keepalive 訊息保持活躍和穩定。

心跳是一台裝置傳送給另一台裝置的定期訊號，以確認連線已啟動。如果沒有傳回心跳，就表示連線有潛在的問題，需要採取糾正措施。

Keepalive 訊息也有類似的作用。它們會以預先定義的間隔傳送，即使沒有實際資料傳輸時，也能保持連線開啟。這對於 VPN 來說非常重要，因為閒置超時可能會關閉連線，中斷對企業網路的存取。

這些檢查和訊息可根據不斷變化的網路條件進行動態調整，同時保障資料的完整性和機密性。它們有助於在可能不安全的公共 Wi-Fi 網路上建立可靠且安全的企業通訊管道。

7.連接終端

拆卸程序與安全封裝

連線終止是確保安全結束通訊會話的關鍵階段。

當使用者的 VPN 用戶端向伺服器發出結束連線的訊號，或伺服器本身因無活動性或使用者登出而啟動終止時，拆卸程序便會開始。此訊號會啟動一連串的訊息，確認隧道的關閉。VPN 軟體接著會拆解隧道，通常會使用一連串受控制的步驟。拆除包括傳送終止封包，以確保 VPN 通道的兩端都承認會話結束。

會話清理是重要的終止後步驟。VPN 伺服器會確保釋放任何已分配的資源，例如 IP 位址，同時刪除與會話相關的臨時資料。這可維護 VPN 服務的完整性和安全性，以便日後連線。

會話記錄在為審計和合規性目的維護記錄方面發揮著舉足輕重的作用。日誌可提供連線時間、資料傳輸量和使用者活動的詳細資訊。這些記錄通常會在安全稽核時檢閱，以確保符合公司政策。日誌也會受到監控，以找出可能顯示違規的異常活動。

連線終止程序可防止未經授權的存取和潛在的資料洩漏。會話清理和記錄可讓您在企業 VPN 環境中持續進行安全評估。

VPN 如何運作？常見問題