Защита информации в IP-телефонии

Министерство  образования и науки Российской Федерации 

ГОУ ВПО  «Самарский Государственный Университет»

Механико-математический факультет 
 

Кафедра безопасности информационных систем

                Специальность «Организация и  технология защиты информации» 
 

Защита  информации в IP-телефонии

Курсовая  работа 
 

Выполнил  студент

курса  3  группы  20301.10

Любичев Андрей Максимович

___________

Научный руководитель

доцент  Моисеев А.И.

___________

Нормоконтроль пройден

«__»_________2011г.

Работа  защищена

«__»_________2011г.

оценка___________

зав. кафедрой к.ф.-м.н.

доцент  Осипов М.Н.

_____________ 

Самара 2011

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ..……………………………………………………………………....3

1 IP-телефония..…………………………………………………………………..4

   1.1 Основные понятия IP-телефонии и типы архитектур сетей IP телефонии……………………..…………………………………………………...4

   1.2 Архитектура сети IP-телефонии....…...………………………………….10

   1.3 VoIP-шлюз..……...……………………………………………..…...……..11

    1.4 Уровни архитектуры IP-телефонии……………………………………...14

    1.5 Стандарт мультимедийных приложений H.323………………………...17

   1.6 Виды соединений при использовании IP-телефонии….……………….19

2 Типы угроз в IP-телефонии...……………………......………………….........23

3 Способы и средства защиты информации в VoIP.....…...………………......26

   3.1 Защита от прослушивания………………………………………..............27

   3.2 Защищенность сети доступа……………………………………..……….28

   3.3 Технологии аутентификации……………………………………...……...32

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….36

СПИСОК  СОКРАЩЁННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ……………………………….39

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………….....42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

      Протокол  IP стал всемирным стандартом передачи данных, и является общей платформой для передачи голосовой, видео и прочей информации. Крупнейшие телекоммуникационные компании мира инвестируют в развитие собственных IP-сетей и в миграцию существующих голосовых сетей на IP.

      Обычные телефонные звонки требуют разветвлённой  сети связи телефонных станций, связанных  закреплёнными телефонными линиями. Высокие затраты телефонных компаний приводят к дорогим междугородним разговорам.

      В связи с повышением абонентской  платы за использование телефонной сети, IP-телефония становится более актуальным и выгодным вариантом передачи голоса и факсимильных данных.

     VoIP — система связи, обеспечивающая передачу речевого сигнала по сети Интернет или по любым другим IP-сетям. Сигнал по каналу связи передаётся в цифровом виде и, как правило, перед передачей преобразовывается (сжимается) с тем, чтобы удалить избыточность.

     Осталось  в прошлом то время, когда операторы  с опасением относились к использованию IP-телефонии, считая уровень защищенности таких сетей низким. Сегодня уже можно говорить о том, что IP-телефония стала неким стандартом в телефонных коммуникациях. Это объясняется удобством, относительной надежностью и относительно невысокой стоимостью IP-телефонии по сравнению с аналоговой связью. Можно утверждать, что IP-телефония повышает эффективность ведения бизнеса и позволяет осуществлять такие ранее недоступные операции, как интеграция с различными бизнес-приложениями.

     Цель данной курсовой работы – рассмотреть и проанализировать основные угрозы, которым подвергается IP-телефонная сеть, а также дать рекомендации по решению возникающих проблем.

1 IP-телефония

      1.1 Основные понятия IP-телефонии и типы архитектур сетей IP телефонии

      IP-телефония – это технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть для ведения международных, междугородных или других телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. Для организации телефонной связи по IP-сетям используется специальное оборудование – шлюзы IP-телефонии. Каждый шлюз должен быть соединен с телефонным аппаратом или абонентской линией АТС, пользователи которых будут являться абонентами IP-шлюза.

        Два абонента разных IP-шлюзов, разделенные расстоянием в тысячи километров, могут общаться в режиме реального времени, оплачивая только время подключения к IP-сети. С равным успехом IP-шлюз может использоваться и в локальной IP-сети. Общий принцип действия телефонных шлюзов IP-телефонии таков: с одной стороны шлюз подключается к аналоговым телефонным линиям – и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны шлюз подключен к IP-сети – и может связаться с любым компьютером в мире. Шлюз принимает телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через IP-сеть по назначению с использованием протокола IP. Для пакетов, приходящих из IP-сети на шлюз и направляемых в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие процесса связи (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный разговор.

      На  основе этих базовых операций можно  построить много различных конфигураций. Для того, чтобы осуществить междугородную (международную) связь с использованием технологии IP-телефонии, организация или оператор услуги должны иметь по шлюзу (или IP-телефону) в тех местах, куда и откуда планируются звонки. Стоимость такой связи на порядок меньше стоимости телефонного звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для международных переговоров. IP-телефония опирается на две основных операции: преобразование (сжатие) речи внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и упаковку в пакеты для передачи по IP-сети. В IP-телефонии используется особая система передачи пакетов со звуковой информацией, что обусловлено спецификой передачи данных по IP-сетям.

      В традиционных телефонных линиях между  абонентами во время разговора создается канал, чем обеспечивается фиксированная пропускная способность для передачи сигнала. В то время как IP-сеть представляет собой систему, реализующую принцип коммутации и маршрутизации пакетов. IP-сеть не предоставляет гарантированного пути между точками связи, вся передаваемая информация (голос, текст, изображения, и т.п.) разделяется на пакеты данных, имеющие в своем составе адреса точек назначения (приема и передачи) и порядковый номер. Узлы IP-сети направляют эти пакеты по сети до окончания маршрута доставки. После прибытия пакетов к точке назначения, для восстановления исходного объема упорядоченных данных используются порядковые номера пакетов. Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, таких как e-mail, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения.

      IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации. Для обеспечения стабильной телефонной связи по IP-сетям введены специальные протоколы передачи данных, например, RTP. При передаче в режиме реального времени до 30% пакетов могут быть утеряны или получены с опозданием (что в режиме реального времени одно и то же). Хорошее приложение IP-телефонии должно возместить нехватку пакетов, восстановив потерянные данные. Сам алгоритм кодирования речи также оказывает влияние на восстановление данных. Для кодирования звуковой информации обычно используются следующие кодеки: G.711, G.722, G.723, G.723.1, G.726, G.728, и G.729 [1].

      Сеть  IP-телефонии представляет собой совокупность оконечного оборудования, каналов связи и узлов коммутации. Сети IP-телефонии строятся по тому же принципу, что и сети Интернет. Однако в отличие от сетей Интернет, к сетям IP-телефонии предъявляются особые требования по обеспечению качества передачи речи. Одним из способов уменьшения времени задержки речевых пакетов в узлах коммутации является сокращение количества узлов коммутации, участвующих в соединении. Поэтому при построении крупных транспортных сетей в первую очередь организуется магистраль, которая обеспечивает транзит трафика между отдельными участками сети, а оконечное оборудование (шлюзы) включается в ближайший узел коммутации (в соответствии с рис. 1). Оптимизация маршрута позволяет улучшить качество предоставляемых услуг. 

      Рис. 1 – Пример построения сети IP-телефонии с использованием магистрали 

      Для связи между устройствами внутри сети и с устройствами других сетей  IP-телефонии используются выделенные каналы или сеть Интернет. По способу связи оконечных устройств между собой сети IP-телефонии можно разделить на выделенные, интегрированные и смешанные.

      В выделенных сетях (в соответствии с рис. 2) связь между оконечными устройствами осуществляется по выделенным каналам, и пропускная способность этих каналов используются только для передачи речевых пакетов.

      Главное преимущество выделенной сети - это  высокое качество передачи речи, так  как такие сети предназначены  только для передачи речевого трафика. Кроме того, для обеспечения гарантированного качество предоставляемых услуг в этих сетях, кроме протокола IP, применяются и другие транспортные протоколы: ATM и Frame Relay. 

      Рис. 2 – Пример построения выделенной сети IP-телефонии 

      В интегрированных сетях IP-телефонии для связи между устройствами используется глобальная сеть Интернет (в соответствии с рис. 3). Это может быть уже существующая собственная сеть или доступ к сети Интернет через провайдеров. Если оператор имеет собственную сеть Интернет, то для предоставления услуг IP-телефонии он лишь устанавливает дополнительное оборудование, которое обеспечивает преобразование речи в данные и наоборот, и модернизирует уже имеющееся оборудование, чтобы обеспечить качество предоставляемых услуг. Если оператор IP-телефонии пользуется услугами провайдеров Интернет, то качество услуг такой сети может быть низким, так как обычные сети Интернет не рассчитаны на передачу информации в реальном масштабе времени. 

      Рис. 3 – Пример построения интегрированной сети IP-телефонии 

      По  разным причинам операторы сетей  IP-телефонии для объединения своих устройств в сети могут использовать выделенные каналы и сеть Интернет. Такие сети называются сетями смешанного типа (в соответствии с рис. 4). Вопрос о том, какие каналы использовать для связи устройств между собой, решается оператором индивидуально в зависимости от возможностей [2]. 

      Рис. 4 – Пример построения смешанной сети IP-телефонии 

      По  своему масштабу все сети IP-телефонии можно разделить на международные, региональные и местные.

      Международная сеть IP-телефонии имеет точки своего присутствия в нескольких странах и обеспечивает терминацию трафика практически в любую точку мира при минимальном использовании телефонной сети общего пользования. Чаще всего, международные сети не работают с конечными пользователями, а предоставляют свою пропускную способность другим сетям. Главной задачей международных сетей является транзит трафика между сетями различного уровня. При построении международной сети в первую очередь строится мощная магистраль, имеющая большую пропускную способность. Международные сети строятся с использованием выделенных каналов и на базе уже существующих сетей Интернет.

      В отличие от международной сети национальная сеть имеет точки своего присутствия в одной или, в крайнем случае, в нескольких близлежащих странах и обслуживает абонентов и местных операторов только этого региона. С помощью заключения договоренности с международными сетями национальная сеть предоставляет своим абонентам и другим местным сетям возможность терминации вызовов в любую точку мира.

      Чаще  всего, национальные сети строятся национальными  телекоммуникационными компаниями с использованием уже существующей инфраструктуры, поэтому большая  часть национальных сетей IP-телефонии являются интегрированными сетями

      Местная сеть IP-телефонии предоставляет возможность абонентам местной телефонной сети и частным компаниям воспользоваться услугами IP-телефонии. В основном, операторы местных сетей являются провайдерами доступа к сети IP-телефонии. Чаще всего, их сети имеют всего один шлюз, подключенный к более крупным сетям через сеть Интернет или по выделенным каналам. Таких операторов часто называют ресселерами, так как они просто перепродают услуги других сетей абонентам местной телефонной сети [3]. 

1.2 Архитектура сети IP-телефонии 

      Основным  элементом сети является Шлюз (Gateway), подключенный как к глобальной IP-сети, так и к телефонной сети общего пользования, что обеспечивает пользователю доступ к любому персональному компьютеру и любому телефону. В функции шлюза входит:

      - обеспечение взаимодействия между оконечными пользователями;

      - преобразование (оцифровка) голосовой информации;

      - сжатие, восстановление, кодировка потоков цифровой информации.

      Как известно, качество разговора с помощью  IP-телефонии обуславливается загруженностью сети. В результате слабой пропускной способности при разговоре абонентов могут возникать задержки, искажения и т.п. Для обеспечения приемлемого качества связи шлюз IP-телефонии следует рассматривать по следующим параметрам:

      - быстродействие;

      - качество и скорость сжатия/восстановления;

      - возможности восстановления утерянных пакетов.

      Шлюзы разных производителей отличаются способом подключения к телефонной сети, емкостью, аппаратной платформой, интерфейсом, возможностями  администрирования и другими характеристиками.

      В состав IP-сети также входит Диспетчер (GateKeeper). Это дополнительное устройство, подключенное только к IP-сети и выполняющее следующие функции:

      - аутентификация и авторизация абонента;

      - маршрутизация вызовов между шлюзами.

       - биллинг, взаимодействующий с другими приложениями на основе стандартных интерфейсов.

      Функции диспетчера можно сравнить с работой  маршрутизаторов в локальных  сетях. Следует отметить, что это  сходство остается при рассмотрении технической реализации диспетчера: он может выступать как отдельное устройство, так и часть шлюза.

      Еще одной обязательной составляющей архитектуры  IP-сетей, конечно же, является абонентский узел, который может быть реализован не только аппаратным, но и программным способом.

     Итак, сеть IP-телефонии состоит из трех основных частей: шлюза, диспетчера и абонентского места. Все эти части должны присутствовать в каждом из решений от различных компаний-производителей. Соответственно, выбор оптимального решения для нужд конкретной организации должен базироваться именно на дополнительных возможностях и услугах, поставляемых вместе с основным продуктом [4]. 

1.3 VoIP-шлюз 

     VoIP-шлюз (Voice over IP-шлюз) — устройство, предназначенное для подключения телефонных аппаратов или офисных АТС к IP-сети для передачи через нее голосового трафика.

     VoIP-шлюз — это межсетевой шлюз, предназначенный для перевода трафика между сетями различных типов.

     VoIP-шлюзы можно разделить на многоканальные и одноканальные:

          – многоканальные VoIP-шлюзы предназначены для корпоративного

             применения. Такие шлюзы подключают к офисным АТС. С их

             помощью по IP-сети передают одновременно десятки телефонных

             разговоров;

        – одноканальные VoIP-шлюзы используют в маленьких (домашних)

           офисах. К таким шлюзам подключают обычные аналоговые

           телефонные аппараты.

     VoIP-шлюзы могут иметь различную емкость (число телефонных интерфейсов), отличаться конструкцией (настольное исполнение или в 19" стойку) и блоком питания (встроенный или внешний).

     VoIP-шлюз, как правило, имеет встроенный маршрутизатор, поддерживающий широкий набор протоколов маршрутизации, авторизацию пользователей с возможностью автоматического получения и раздачи IP-адресов (как сервер и как клиент), установления приоритетов для различных видов трафика (QoS, Quality of Service) и имеющий достаточный набор функций управления полосой пропускания, сетевой безопасности, учета/анализа трафика и администрирования.

     Когда актуальность и востребованность IP-технологий в корпоративном секторе стала очевидна, производители офисных телефонных станций начали выпуск плат расширения для офисных АТС. Эти платы позволяли осуществлять передачу трафика напрямую в IP-сети. Однако стоимость плат расширения оказалась неоправданно высока, что и привело к появлению VoIP-шлюзов на рынке.

     Основные  отличия VoIP-шлюзов от плат расширения АТС:

     – стоимость VoIP-шлюзов в несколько раз ниже (в расчете на один канал);

     – расходы на установку, настройку и обслуживание VoIP-шлюзов заметно ниже (за счет того, что эти работы могут выполняться силами собственной IT службы);

     – увеличение числа каналов VoIP-шлюзов также обходится в несколько раз дешевле (докупаются модули расширения);

     – VoIP-шлюзы лучше совместимы с VoIP-оборудованием других производителей (заметно меньше вероятность проблем при стыковке с оборудованием оператора IP-телефонии).

     VoIP-шлюзы подключаются к аналоговым и цифровым офисным АТС практически любых производителей (Panasonic, LG, Samsung, Siemens и др.). Способ подключения VoIP-шлюза определяется возможностями телефонной станции (наличие свободных портов, возможности по маршрутизации вызовов) и задачами, которые предстоит решать шлюзу.

     Чаще  всего VoIP-шлюзы подключают на городские или внутренние линии телефонной станции.

     Обычно выделяют следующие функции VoIP-шлюза:

     – поддержка протоколов SIP, H.323;

     – расширенные функции QoS;

     – функции безопасности (авторизация пользователей, списки доступа и т.п.);

     – прием/передача факсов (FAX over IP);

     – конфигурирование через web-интерфейс;

     – сменная прошивка.

     Российские  компании используют VoIP-шлюзы в двух основных приложениях:

     – снижение расходов на междугородную и международную связь;

     – организация дешевой междугородной связи между филиалами.

     Как обычно совершается междугородный или международный телефонный звонок из офиса? Сотрудник набирает на своем рабочем телефоне номер, при этом звонок поступает на офисную АТС. Через АТС звонок попадает к оператору местной телефонной связи (например, МГТС), затем через оператора междугородней/международной связи (например, Ростелеком или МТТ) вызов поступает в другой город. И там уже через другого оператора местной связи попадает к нужному абоненту.

     В силу традиционно высоких тарифов  операторов дальней связи компании с большим объемом междугороднего/международного трафика всегда искали пути снижения расходов. Выходом стала технология VoIP, позволяющая перевести голосовой трафик из традиционных телефонных сетей в IP-сети (Интернет). При этом для перевода трафика стали применяться VoIP-шлюзы.

     VoIP-шлюз подключают к офисной АТС и конфигурируют его на работу с одним или несколькими операторами IP-телефонии. Стоимость звонков у операторов IP-телефонии по России в 3-5 раз дешевле, чем у операторов дальней связи. Звонки в другие страны обходятся через операторов IP-телефонии в 10-30 раз дешевле.

     После подключения VoIP-шлюза на офисной АТС настраивается переадресация вызовов по следующему правилу: все вызовы со стационарных офисных телефонов, начинающиеся на цифру «8» (переадресация по префиксу), автоматически перенаправляются на VoIP-шлюз. VoIP-шлюз, в свою очередь, направляет звонки адресатам через операторов IP-телефонии.

     Второе  по популярности применение VoIP-шлюзов — организация дешевой связи между филиалами компании, расположенными в различных городах.

     Преимущество  использования VoIP-шлюзов в данном случае довольно очевидно. Классическая дорогая связь между филиалами через операторов дальней связи, заменяется дешевой IP-телефонией. При этом не требуются даже услуги операторов IP-телефонии. VoIP-шлюзы в каждом филиале конфигурируются на прямую работу друг с другом, соответственно компания оплачивает такие телефонные разговоры по цене обычного Интернет трафика.

     Другие  приложения VoIP-шлюзов:

     – подключение новых филиалов компании к телефонной сети общего пользования;

     – организация связи с надомными сотрудниками [5]. 

      1.4 Уровни архитектуры IP-телефонии 

      Архитектура технологии Voice over IP может быть упрощенно представлена в виде двух плоскостей. Нижняя плоскость - это базовая сеть с маршрутизацией пакетов IP, верхняя плоскость - это открытая архитектура управления обслуживанием вызовов (запросов связи).

      Нижняя  плоскость, говоря упрощенно, представляет собой комбинацию известных протоколов Интернет: это - RTP (Real Time Transport Protocol), который функционирует поверх протокола UDP (User Datagram Protocol), расположенного, в свою очередь, в стеке протоколов TCP/IP над протоколом IP. Таким образом, иерархия RTP/UDP/IP представляет собой своего рода транспортный механизм для речевого трафика. Здесь же отметим, что в сетях с маршрутизацией пакетов IP для передачи данных всегда предусматриваются механизмы повторной передачи пакетов в случае их потери. При передаче информации в реальном времени использование таких механизмов только ухудшит ситуацию, поэтому для передачи информации, чувствительной к задержкам, но менее чувствительной к потерям, такой как речь и видеоинформация, используется механизм негарантированной доставки информации RTP/UDP/IP. Рекомендации ITU-Т допускают задержки в одном направлении не превышающие 150 мс. Если приемная станция запросит повторную передачу пакета IP, то задержки при этом будут слишком велики.

      При рассмотрении верхней плоскости управления обслуживанием запросов связи следует знать, что управление обслуживанием вызова предусматривает принятие решений о том, куда вызов должен быть направлен, и каким образом должно быть установлено соединение между абонентами. Инструмент такого управления - телефонные системы сигнализации, начиная с систем, поддерживаемых декадно-шаговыми АТС и предусматривающих объединение функций маршрутизации и функций создания коммутируемого разговорного канала в одних и тех же декадно-шаговых искателях. Далее принципы сигнализации эволюционировали к системам сигнализации по выделенным сигнальным каналам, к многочастотной сигнализации, к протоколам общеканальной сигнализации №7 и к передаче функций маршрутизации в соответствующие узлы обработки услуг Интеллектуальной сети.

      В сетях с коммутацией пакетов  ситуация более сложная. Сеть с маршрутизацией пакетов IP принципиально поддерживает одновременно целый ряд разнообразных протоколов маршрутизации.

      Такими протоколами на сегодня являются: RIP - Routing Information Protocol, IGRP - Interior Gateway Routing Protocol, EIGRP – Enhanced Interior Gateway Routing Protocol, IS-IS - Intermediate System-to-intermediate System, OSPF - Open Shortest Path First, BGP – Border Gateway Protocol и др. Точно так же и для IP-телефонии разработан целый ряд протоколов.

      Наиболее  распространенным является протокол, специфицированный в рекомендации Н.323 ITU-T, в частности, потому, что он стал применяться раньше других протоколов, которых, к тому же, до внедрения Н.323 вообще не существовало.

      Другой  протокол плоскости управления обслуживанием  вызова - SIP - ориентирован на то, чтобы сделать оконечные устройства и шлюзы более интеллектуальными и поддерживать дополнительные услуги для пользователей.

     Еще один протокол - SGCP - разрабатывался, начиная с 1998 года, для того, чтобы уменьшить стоимость шлюзов за счет реализации функций интеллектуальной обработки вызова в централизованном оборудовании. Протокол IPDC очень похож на SGCP, но имеет много больше, чем SGCP, механизмов эксплуатационного управления (ОАМ&Р). В конце 1998 года рабочая группа MEGACO комитета IETF разработала протокол MGCP, базирующийся, в основном, на протоколе SGCP, но с некоторыми добавлениями в части ОАМ&Р.

     Рабочая группа MEGACO не остановилась на достигнутом, продолжала совершенствовать протокол управления шлюзами и разработала более функциональный, чем MGCP, протокол MEGACO [6].