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論文關鍵詞:網絡安全實驗環境虛擬機工具軟件

論文摘要:隨著計算機和互聯網的廣泛普及,層出不窮的信息安全事件也受到了大家的關注。高校計算機系大都開設了信息安全專業,而網絡安全基礎是該專業的一門實踐性較強的重要的課程,如何設計好該門課程的實踐學習是掌握網絡安全方面知識的一個重要環節,建立虛擬機的實驗環境、選擇合適的實驗工具可以幫助教師更好的完成教學、幫助學生更好地完成課程的學習。

1引言

進入21世紀,隨著信息技術的逐步普及和發展,信息安全問題也日顯突出。如何確保信息系統的安全已成為全社會關注的問題。國際上對于信息安全的研究起步較早,已取得了許多成果,并得以推廣應用。目前國內已有一批專門從事信息安全基礎研究、技術開發與技術服務工作的研究機構與高科技企業,形成了我國信息安全產業的雛形,但由于國內專門從事信息安全工作技術人才嚴重短缺,阻礙了我國信息安全事業的發展。在國家教育部門的宏觀指導下,我國在一些高校已經設置了本科、專科信息安全專業,我國信息安全學科建設已經拉開序幕。

網絡安全基礎是一門具有普及性意義的實踐性很強的課程,是信息安全專業中一門非常重要的課程。通過學習要求學生具有全面的信息安全專業知識,使得學生有較寬的知識面和進一步發展的基本能力;使學生具有本學科科學研究所需的基本素質,為學生今后的發展、創新打下良好的基礎;使學生具有較強的應用能力,具有應用已掌握的基本知識解決實際應用問題的能力,不斷增強系統的應用、開發以及不斷獲取新知識的能力。該門課程對實踐操作要求較高,因此如何安排好實驗環境、選擇合適的實驗工具軟件對學好這門課程顯得十分重要。

2實驗環境的建立

通常具備條件的大學應該建立相應的信息安全專業實驗室,專門用于信息安全相關課程的學習和實踐,來完善和加強理論知識。而無法建立專門的網絡安全實驗室的學校就要利用現有的條件來完成課程實踐部分內容的傳授和學習。由于在課程實踐過程中,會涉及大量的實驗內容,這些內容大部分都是與網絡攻擊與防范有關,因此為避免影響實驗室的正常運轉,不能直接在現有的環境下進行。這就需要以現有的普通計算機實驗室為基礎,建立專門用于網絡安全實驗的環境。利用虛擬機軟件建立虛擬實驗環境是一種有效且實用的方法。

常用的虛擬機軟件由VirualPC,Vmware等。這里主要介紹一下VMware虛擬機軟件。VMwareWorkstation是VMware公司的專業虛擬機軟件,可以虛擬現有任何操作系統,而且使用簡單、容易上手。在現有的實驗室人手一機的環境下,利用該軟件組建一個小規模的雙機實驗環境,在課程實驗的過程中,由物理機充當攻擊主機或客戶端,虛擬機充當被攻擊主機或服務器端,這樣既不會影響現有的實驗室配置,又可以完成課程的實驗,是一種有效的方法。

VMwareWorkstation軟件的完整安裝過程如下:

1.建立一個新的虛擬機,利用軟件的安裝向導創建一個新的虛擬機并選擇在該環境下要安裝的操作系統;

2.配置安裝好的虛擬機:設置虛擬機磁盤容量,內存的大小,網絡連接方式等;

3.配置虛擬機的網絡,這部分比較重要,是整個安裝過程的重點和難點。虛擬機的三種網絡連接方式如下:

(1)Bridged模式(VMnet0):橋接方式,結構如圖1所示。

相當于在計算機上搭建一個虛擬網橋,如果物理機上有網卡(IP地址固定),而且位于一個物理網絡,可以使用該選項。虛擬機通過虛擬網卡直接和外部局域網相連,有自己的IP地址,和物理機所在的局域網處于同一個網段,在外部看來,虛擬機和物理機地位相等,物理機和虛擬機都使用本地連接。

設置方法:將虛擬機的TCP/IP屬性設置為與物理機的TCP/IP屬性在同一物理網段即可。

(2)NAT(VMnet8):網絡地址轉換方式,結構如圖2所示。

虛擬機使用本地連接與物理機的VMnet8之間通信并連接到外部網絡,用此方式連網的話可以不必與主機真實網卡的地址在同一個網段中。設置方法:將虛擬機的本地連接為自動獲取即可。

(3)Host-Only(VMnet1):僅為主機網絡,結構如圖3所示。這種模式是一種封閉的方式,適合在一個獨立的環境中進行各種網絡實驗。這種方式下Host主機的“網絡連接”中出現了一個虛擬的網卡VMnet1(默認情況下)。和NAT的不同的是:此種方式下,沒有地址轉換服務。因此這種情況下,虛擬機只能訪問到主機,不想和外部網絡連接,只與物理機之間搭建一個虛擬專有網絡,則使用該項。

設置方法:將虛擬機的IP地址設置為與物理機VMnet1的IP地址為同一網段即可。

在實際教學的過程中,根據課程內容的不同可以靈活的選擇虛擬機的網絡連接方式來完成實驗。

3實驗工具的選擇

在課程的教學過程中要培養學生學習信息安全方面的基本理論和基本知識,要使學生既有扎實的理論基礎,又有較強的應用能力,因此要選擇合適的教學內容和實驗工具。在教學內容中以網絡安全的基礎知識為主。課程主要的學習內容包括:網絡安全的基本框架;網絡安全體系結構;密碼技術;計算機掃描技術;網絡攻擊技術;入侵檢測技術;計算機病毒及反病毒技術;防火墻技術;WWW安全;E-mail安全等知識。實驗工具也是學習課程的一個重要輔助手段,可以幫助學生迅速有效的掌握所學的理論知識。根據課程的實際內容選擇相應的實驗工具,這里根據網絡安全基礎課程的內容分成幾個部分分別介紹一下在學習實驗過程中用到的實驗工具。

(1)網絡安全基本框架和體系結構部分實驗以網絡命令和數據包捕獲為主。網絡命令主要是讓學生熟悉一些網絡測試基本命令的使用。數據包捕獲部分使用工具軟件Sniffer讓學生了解網絡體系結構中網絡層與傳輸層中信息的傳輸情況。Sniffer是利用計算機的網絡接口截獲數據報文的一種工具。使用該工具把網絡中傳輸流動的數據報抓下來,然后查看并分析其中的內容,得到有用的信息。

(2)密碼技術中除學習基本的密碼算法之外,實驗工具可以選擇PGP軟件。PGP加密軟件是美國NetworkAssociateInc.出產的免費軟件,可用它對文件、郵件進行加密,該軟件采用的是由對稱加密算法(IDEA)、非對稱加密算法(RSA)、單向散列算法(MD5)以及隨機數產生器(從用戶擊鍵頻率產生偽隨機數序列的種子)組成的混合加密算法,可以幫助學生加深對密碼理論知識的學習和掌握。

(3)計算機掃描技術則通過一些常用的端口掃描工具的使用來讓學生了解如何通過端口掃描來收集目標主機的信息、漏洞。工具軟件可以選擇SuperScan、X-Scan之類的掃描軟件。

(4)網絡攻擊技術部分介紹一些常見的網絡攻擊與防御方法。如木馬攻擊與防御選擇不同類型的比較常見的木馬工具如冰河、廣外男生、灰鴿子等來進行攻擊和防御,讓學生通過實驗了解木馬程序如何對目標進行攻擊以及如何清除木馬的方法;DDOS攻擊則通過SYN-FLOOD、UPD-FLOOD等工具了解拒絕服務攻擊的過程和預防。

(5)入侵檢測技術則通過使用SessionWall工具了解入侵檢測的基本過程和原理。SessionWall是ComputerAssociates公司的入侵檢測產品。可以自動識別網絡使用模式,特殊網絡應用,并能夠識別各種基于網絡的入侵、攻擊和濫用活動,可以對網絡安全事件進行監聽、對事件進行偵測、提前預警、在偵測出不正常的網絡行為時,可自動發出處理動作、記錄統計報告等。

(6)計算機病毒及反病毒技術則選擇最新的病毒或由學生根據實際體會來對病毒的危害、處理方式進行學習。并選擇瑞星殺毒軟件來學習防病毒軟件的安裝和使用。

(7)防火墻技術由于實驗環境的限制選擇個人版防火墻如天網防火墻或瑞星防火墻來完成實驗,通過實驗要求學生掌握防火墻的基本設置。

(8)WWW的安全則主要以Win2000系統的Web服務為例來學習Web服務器和瀏覽器的安全配置以及如何啟動SSL通道獲取數字證書來保證站點安全的整個設置過程。

(9)E-Mail安全部分主要通過對OutlookExpress客戶端編輯軟件的設置來對保證郵件的安全。OutlookExpress是微軟公司的一個基于Internet標準的電子郵件和新聞閱讀程序。它的郵件接收規則定義、郵件加密和簽名等機制可以可以幫助用戶發送和接收安全的電子郵件。通過該工具幫助學生學習關于電子郵件安全方面的知識,拒絕垃圾郵件和惡意郵件。

4結束語

信息安全是國家信息化健康發展的基礎,是國家安全的重要組成部分。國家對信息安全人才的要求也是極其迫切的,這就要求高校能夠更好的培養信息安全方面的應用型人才,培養能利用所學知識解決具體問題的人才。網絡安全基礎課程是信息安全專業的一門基礎課程,如何更好的完成網絡安全基礎課程的教學,讓學生盡可能的將所學知識有效的結合到實際應用中,根據所學知識解決具體的安全問題,是該門課程要解決的主要問題。本文從教學實踐出發,討論了信息安全基礎課程的教學過程中實驗環境的建立、實驗內容和實驗工具的選擇。對如何更好的完成網絡安全基礎課程的教學進行了探討。

參考文獻:

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[2]劉學,戚文靜.網絡安全原理與應用[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[3]楊城,尹少平.網絡安全基礎教程與實訓[M].北京:北京大學出版社,2005.