IEEE 802.1X - Authentifizierung für LAN und WLAN

IPA 2022
01.04.2022 - 20.04.2022
Kandidat: Timafei Pabiarzhyn

Teil 1 – Umfeld und Ablauf

Projektorganisation und Aufgabenstellung

Personen und Adressen

Aufgabestellung

Original gemäss Eingabe der verantwortlichen Fachkraft
Hier ist die gesamte Aufgabestellung inkl. Titel und Ausgangslage UNVERÄNDERT hineinzukopieren.

Detaillierte Aufgabenstellung

Titel der Arbeit

IEEE 802.1X - Authentifizierung für LAN und WLAN

Ausgangslage

In der Rafisa Informatik GmbH werden zurzeit 50 Lernende der Fachrichtungen Applikationsentwicklung, ICT-Fachmann/Fachfrau, Systemtechnik und Betriebsinformatik sowie Plattformentwicklung zu InformatikerInnen EFZ ausgebildet. Neben dem regulären Ausbildungsbetrieb bietet die Rafisa auch Eignungsabklärungen, Arbeitstrainings, Vorbereitungen für eine Informatik-Ausbildung sowie Bewerbungs- und Job-Coachings an.

Das Netzwerk der Rafisa wird zusammen mit den Lernenden stetig weiterentwickelt und den neuen technologischen und Sicherheits-Standards angepasst. In einer ersten Phase wurde das ursprüngliche Netz in verschiedene logische Teilnetze (VLAN) aufgeteilt. In einem weiteren Schritt wurden alle Firmenstandorte über VPN-Verbindungen in das bestehende VLAN-Konzept integriert. Schliesslich wurde eine WLAN-Infrastruktur aufgebaut, in welcher Clients über Pre-Shared-Keys nach der Anmeldung dem für sie vorgesehenen VLAN zugewiesen werden. In der vorliegenden IPA sollen nun die Grundlagen zur Einführung des 802.1x Standards im gesamten Netzwerk der Rafisa geschaffen werden.

Detaillierte Aufgabenstellung

1. Ziel des zu realisierenden Systems

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Das Ziel des Projektes besteht darin, die Grundlagen für eine erfolgreiche Einführung des IEEE Standards 802.1X im Netzwerk der Rafisa zu erarbeiten. Dazu soll in einer Testumgebung der Netzwerkzugang gemäss 802.1X implementiert werden. Sowohl an den physischen LAN-Ports als auch im WLAN sollen die Supplicants (Client-Geräte) über einen Authenticator (Switch, WLAN-AP) sowie einen Authentifizierungs-Server (Radius-Sever) Zugriff auf die entsprechenden VLAN erhalten. Als Backend-Lösung für die Benutzerkennung ist ein Active-Directory-Service einzurichten. Die Authentifizierung und Autorisierung soll aufgrund der Zugehörigkeit eines Nutzers zu einer Sicherheitsgruppe erfolgen.

2. Anforderungen

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2. 1. Anforderungen an die Testumgebung

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Netzwerk

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Unter Verwendung der zur Verfügung gestellten Hardware soll ein Test-Netzwerk (LAN und WLAN) eingerichtet werden. Das Netzwerkdesign soll sich bezüglich Adressierung, zu realisierende VLAN und Zugriffsberechtigungen sowie Namenskonzept an den Firmenstandards orientieren, muss aber für die Testumgebung entsprechend angepasst werden. Es sind nur die für die Zielerreichung notwendigen VLAN einzurichten, die Systeme sind den korrekten VLAN zuzuordnen. Das Testnetzwerk ist in einem Netzwerkdiagramm zu dokumentieren:

* VLAN und Subnetz-Adressierung sind gemäss Firmenstandard eingerichtet

* Alle benötigten Network-Services sind gemäss eigener Planung eingerichtet

* Die Hostnames aller Systeme sind gemäss Firmenstandard vergeben und können korrekt aufgelöst werden

* Die administrativen Zugänge zu den Servern und den Netzwerkgeräten sind verschlüsselt

* Das Testnetzwerk ist in einem Netzwerkdiagramm dokumentiert

Proxmox VE Virtualisierungsplattform

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Auf einem dedizierten Server ist die Proxmox VE Virtualisierungsumgebung einzurichten. Sie dient als Basis für alle weiteren benötigten Server, welche als VM erstellt werden sollen. Auf den VM sind folgende Dienste zu realisieren: AD als Backend für Benutzerdatenbanken, Authentifizierungs-Server, WLAN-Controller. Wie viele VM angelegt werden und welche Betriebssysteme zur Anwendung kommen ist Teil der zu erbringenden Planungsleistung. Dabei müssen aber die zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden berücksichtigt werden (s.u.).

* Die Konfiguration des Servers gewährleistet die Datensicherheit bestmöglich

* Die Serverinfrastruktur (VM) für die benötigten Dienste ist evaluiert und gemäss Planung realisiert

* Die für die VM benötigten virtuellen Ressourcen sind evaluiert und gemäss Planung realisiert

Benutzer-Backend

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Als Benutzer-Backend ist ein Active-Directory-Service einzurichten. Die Organisationsprinzipien sind den Firmenstandards zu entnehmen. Es sind die Sicherheitsgruppen „Netadmins“, „Lernende“ und „Ausbildner“ sowie entsprechende Testuser anzulegen. Beim Anlegen der Testuser sollen die Firmenstandards zu den Namenskonventionen eingehalten werden. Es ist zu entscheiden, welche der eingesetzten Geräte in die AD-Verwaltung aufgenommen werden.

* Im Netzwerk steht ein Active-Directory-Service zur Verfügung

* Das AD ist gemäss Firmenstandard eingerichtet

* Sicherheitsgruppen und entsprechende Testuser sind eingerichtet

* Die Geräte sind gemäss Planung in die AD-Verwaltung aufgenommen

2.2. Anforderungen an die 802.1X-Lösung

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Dienste

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Sowohl für die Switch-Ports als auch für das WLAN ist die Authentifizierung und Autorisierung gemäss 802.1X einzurichten. Dabei ist klar zu definieren, wie die benötigten Dienste Supplicant, Authenticator sowie Authentifizierungs-Server auf den realen Systemen implementiert werden.

* Die Dienste Supplicant, Authenticator und Authentifizierungs-Server sind gemäss Planung eingerichtet

* Als Benutzer-Backend wird der Active-Directory-Service eingesetzt

* Die Supplicants können sich sowohl über LAN als auch über WLAN gemäss 802.1X authentifizieren und autorisieren

Authentifizierung und Autorisierung

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Der Supplicant (Client-Gerät) soll nach der Anmeldung durch den Testuser das für die Sicherheitsgruppe vorgesehene VLAN nutzen können. Die sinnvolle Abbildung der Sicherheitsgruppen auf die entsprechenden VLAN ist Teil der Planung. Gäste sollen nur über einen WLAN-Zugang verfügen. Für Gäste und Netadmins ist abzuklären, ob die Nutzung der entsprechenden VLAN über 802.1X oder andere Zugangsmethoden gewährleistet wird.

* Lernende und Ausbildner können nach der Anmeldung über 802.1X ihre jeweiligen VLAN nutzen

* Den Gästen steht nur ein WLAN-Zugang zur Verfügung

* Für Gäste und Netadmins ist eine geeignete Zugangsmethode zu ihren VLAN bestimmt und realisiert

2.3. Anforderungen an die Backup-Lösung

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Backup-System

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Als Backup-Lösung soll die im Betrieb eingesetzte freie Suite BackupPC zum Einsatz kommen. Diese wird als Vorarbeit auf einem Debian Linux-Server aufgesetzt.

Daten

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Für die Dauer des Projektes soll ein Backup für die Arbeitsresultate eingerichtet werden. Zunächst sind die zu sichernden Systeme und Daten sowie die Ausfallrisiken zu bestimmen. Danach ist eine auf die vorgegebene Backup-Lösung abgestimmte Backup-Strategie zu erarbeiten und zu realisieren.

* Das Backup stellt sicher, dass höchstens die Resultate eines Arbeitstages verloren gehen können

* Der Restore ist für eine ausgewählte VM, den Switch sowie die Firewall zu testen

3. Verlangte Dokumentationen

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* Inventar der unter Mittel und Methoden aufgeführten Hardware

* Kurzbeschreibungen der unter Mittel und Methoden aufgeführten Services

* Beschreibung des IEEE 802.1X Standards

* Layer3-Diagramm der Einbettung der Testumgebung in das Netzwerk der Rafisa

* Netzwerkdiagramm der Testumgebung

* Portbelegung von Switches und Firewall

4. Testing

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Die gesamte Lösung ist auf Basis eines Testkonzeptes zu testen und die Testresultate sind zu dokumentieren.

Mittel und Methoden

Hardware

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1x Dedizierter Server

1x PC mit Linux-Basisinstallation und BackupPC (Vorarbeit)

1x Firewall pfSense auf APU-Hardware

1x Managed Switch 24-Port

2x Arbeitsplatzrechner für Doku und Testing (Installation als Vorarbeit)

1x UniFi AP

Software und Services

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Virtualisierungslösung: Proxmox-VE Version 7.1

Firewall: pfSense-Firewall Version 2.5.2-RELEASE (amd64)

WLAN-Controller: UniFi Network Application Version 7.0.23 for Windows oder Debian/Ubuntu Linux

Server-Betriebssysteme: Windows Server 2019 Standard oder Debian Linux 11

Client-Betriebssysteme: Windows 10 Enterprise

Backup-Lösung: BackupPC Version 4.4

Labor-Netzwerk: VLAN54_LAB04, Gateway: 172.16.54.1/24, DHCP aktiviert

Firmenstandards: Dokument “Firmenstandards für das Netzwerk der Rafisa Informatik GmbH” Version 1.1

Vorkenntnisse

- 802.1X

- Windows Server und Active Directory

- Linux Server

- BackupPC

- Switches und Firewalls

Vorarbeiten

- Einrichten BackupPC auf PC

- Einrichten der Client PCs für Konfig und Testing

Neue Lerninhalte

- Verfassen von Kurzbeschreibungen zu den Services

- Gesamtprojekt nach Firmenstandards erarbeiten

Arbeiten in den letzten 6 Monaten

- Verantwortlicher für BackupPC

- Auseinandersetzung mit IEEE-Standard 802.1X

- Verantwortlicher für Rafisa Wiki

Durchführungsblock

Projektaufbauorganisation

Die Prüfungsexperten bilden zusammen mit dem Fachverantwortlichen der Ausbildung und dem Kunden den Auftraggeber. Zusammen sind sie für die Formulierung der Aufgabenstellung und Benotung der Projektarbeit zuständig.

Personen

Fachvorgesetzte: Egil Rüefli
Lernende: Timafei Pabiarzhyn

Rollen

Projektleiter: Timafei Pabiarzhyn
Auftraggeber, Kunde: Egil Rüefli

Aufgaben

Der Projektleiter ist für die komplette Realisierung und Dokumentation der IPA zuständig.
Der Auftraggeber ist für die Formulierung des Auftrages zuständig.

Verantwortung

Die Realisierung der IPA liegt allein in der Verantwortung des Lernenden.

Projektorganigramm

Abbildung 1: Projektorganigramm

Vorgehen

Projektmethode IPERKA

Dieses Projekt wird nach IPERKA realisiert. IPERKA ist eine Projektmethode, die in 6 Phasen gegliedert ist. Jeder der Buchstaben repräsentiert eine Phase. Beim ersten Schritt “I-Informieren” geht es darum, den Auftrag zu verstehen und sich ein Bild des angestrebten Ziels zu machen. Bei “P-Planen” werden je nach Auftrag die möglichen Lösungsvarianten und das Vorgehen ausgearbeitet. Nach der Planung, bei “E-Entscheiden”, muss eine Lösungsvariante ausgewählt werden. Das “R-Realisieren” oder Ausführen nimmt oft den zeitlichen Hauptteil eines Auftrags in Anspruch. Dabei führt Man die einzelnen Arbeitsschritte wie geplant aus. Jede ausgeführte Arbeit ist zu “K-” kontrollieren, bevor sie aus den Händen gegeben wird. Kontrollieren heisst z. B., nochmals den Ausführungsbeschrieb durchlesen, nachrechnen, mit Vorgaben vergleichen. Bei dem letzten Schritt, “A-Auswerten” lässt man nun die ganze Bearbeitung des Auftrags, vom Informieren bis zum Kontrollieren, nochmals in Gedanken ablaufen und beurteilt einzelne Schritte.

Organisation der Arbeitsergebnisse

Die Dokumentation wird in OneDrive gespeichert. Die Ordner sind nach Arbeitstagen benannt und enthalten Versionen der Dokumentation, die am Ende des Tages in die entsprechenden Ordner kopiert werden.

Abbildung 2: Ordner im OneDrive, wo die Dokumentation gespeichert wird

Für die Sicherung der aufgebauten Testumgebung wird das Programm „BackupPC“ verwendet. Damit werden die Konfigurationen von Switch und Firewall gesichert, sowie die virtuellen Maschinen von Proxmox. Das detaillierte Backup-Konzept wird in Verlauf der Arbeit entwickelt.

Firmenstandards für das Netzwerk der Rafisa Informatik GmbH

An verschiedenen Stellen der Arbeit wird Bezug genommen auf die Firmenstandards. Diese wurden vorab im Dokument «Firmenstandards für das Netzwerk der Rafisa Informatik GmbH» [1] ausgegeben. Die Firmenstandards betreffen folgende Bereiche:

• Subnetz-Konzept
• VLANs der Rafisa Dietikon
• Berechtigungsmatrix
• IP-Zuteilung der Geräte der Rafisa Dietikon
• Rafisa Namenstkonzept
• Benutzer
• Geräte
• Physikalische Standorte
  • Kürzel für die Standorte
  • Kürzel für die internen Räume
  • Kürzel für Racks
• AD-Struktur

Das vollständige Dokument ist im Anhang zu finden.

Zeitplan

Abbildung 3: Zeitplan

Arbeitsprotokoll

 

Teil 2 – Projekt

Kurzfassung IPA-Bericht

In der Rafisa Informatik GmbH werden zurzeit 50 Lernende der Fachrichtungen Applikationsentwicklung, ICT-Fachmann/Fachfrau, Systemtechnik und Betriebsinformatik sowie Plattformentwicklung zu InformatikerInnen EFZ ausgebildet. Das Netzwerk der Rafisa wird zusammen mit den Lernenden stetig weiterentwickelt. Eine der Entwicklungsideen ist die Implementierung des 802.1X-Standards. In der vorliegenden IPA werden die Grundlagen zur Einführung des 802.1x Standards im gesamten Netzwerk der Rafisa geschaffen. Zu diesem Zweck sollte eine Testumgebung mit den für 802.1X nötigen Komponenten – Supplicants, Authenticators, Authentication-Server und User-Backend – aufgebaut und die Anmeldung über 802.1X für ausgewählte Testuser geprüft werden.

Die Rollen der 802.1X Komponenten werden von verschiedenen Systemen übernommen. Die Rolle des Supplicants übernimmt ein Windows 10 Arbeitsplatzrechner, der für den 802.1X Einsatz konfiguriert wurde. Die Rolle der Authenticators haben ein Unifi Access-Point und ein Zyxel Switch. Als Authentication-Server und User Backend wurde ein Windows Domain Controller eingerichtet. Als Basis für die VMs wurde die Virtualisierungsplattform Proxmox VE installiert. Auf diesem läuft nicht nur die Windows Domain Controller-VM sondern auch eine Unifi Controller-VM, über die der Access Point konfiguriert wurde. Auf der pfSense Firewall, wurden die VLANs und entsprechende Zugriffsberechtigungen eingerichtet. Die Firewall übernimmt das Routing zwischen den VLANs. Zusätzlich wurde ein Backup-Server eingerichtet, mit dem die Backups der wichtigsten Systeme durchgeführt werden.

Beim Testing wurde festgestellt, dass die benötigten 802.1X Komponenten, Supplicant, Authenticator, Authentication-Server und User Backend mit passenden organisatorischen oder technischen Richtlinien zu einem funktionstauglichem System eingerichtet werden konnten.

Informieren

Erfassung der zur Verfügung gestellten Hardware

Hardware Server und PCs

Die Hardwarespezifikationen unter Windows wurden mit Hilfe der «Systeminformationen» rausgelesen. Unter Linux wurden die Befehle dmidecode, fdisk und lspci [4] angewendet, um die Hardwareinformationen rauszufinden.

Tabelle 1: Hardware Server und PCs

Hardware Switch

Es handelt sich um einen Managed Switch, dass über Webinterface und CLI konfiguriert werden kann. Die Informationen zu dem Switch wurden auf der Herstellerwebpage [5] gefunden.

Tabelle 2: Hardware Switch

Hardware Access-Point

Die Access-Point Spezifikationen wurden auf dem Datasheet des Herstellers [6] gefunden.

Tabelle 3: Hardware Access-Point

Hardware Firewall

Da es auf dem Firewall keine Herstellerbezeichnungen gibt, wurde auch auf der Firewall der Befehl «dmidecode» ausgeführt. Bei der Ausgabe des Befehls wurde der Hersteller gefunden, PC Engines. Danach konnte man das richtige Modell auf der Hersteller Webseite [7] identifizieren.

Tabelle 4: Hardware Firewall

Erfassung der einzusetzenden Software und Services

Die Virtualisierungsplattform Proxmox VE

Proxmox Virtual Environment (Proxmox VE oder PVE) ist ein Open-Source-Software-Server für das Virtualisierungsmanagement. Es handelt sich um einen Hypervisor, der Betriebssysteme wie Linux und Windows auf x64-Hardware ausführen kann. Es handelt sich um eine Debian-basierte Linux-Distribution mit einem modifizierten Linux-Kernel und ermöglicht die Bereitstellung und Verwaltung von virtuellen Maschinen (KVM) und Containern (LXC). Proxmox VE umfasst eine Web-Konsole und Befehlszeilen-Tools. Es enthält eine webbasierte Verwaltungsschnittstelle. Zudem ist es möglich, mit mehreren Proxmox Nodes HA-Lösung (High Availability) aufzubauen.

Die Minimal-Anforderungen an die Proxmox-Hardware sind:

• CPU: 64bit (Intel EMT64 oder AMD64)
• Intel VT/AMD-V-fähige CPU/Mainboard (für KVM Full Virtualization Unterstützung)
• Mindestens 1 GB RAM
• Festplatte
• Eine Netzwerkkarte

Der Backup-Server BackupPC

Bei BackupPC handelt es sich um eine freie Disk-zu-Disk Backup-Suite, mit welcher sich sowohl Windows als auch Linux Systeme sichern lassen. Als Übertragungsarten stehen smb für das Backup von Windows-Shares, sowie für die Sicherung der Daten das rsync-Protokoll. Zusätzlich Funktionen lassen sich mit Pre- und Post-Backupscripts realisieren. Zu den Main Features gehören [2] :

• Webbasiertes Administrationsinterface: Konfiguration von Backups, Analyse der Logfiles, manuelles Starten und Stoppen von Backups, Browse und Restore von Backupdaten
• Datendeduplikation: Identische Files von mehreren Backups des selben Clients oder von verschiedenen Clients werden nur einmal gespeichert. Das erlaubt Einsparungen im Bereich der benötigten Kapazitäten sowie des Disk I/Os.
• Kompression: Da nur neue Files komprimiert werden müssen, werden die CPUs weniger beansprucht
• Open-Source: BackupPC wird auf Github gehostet und unter einer GPL-Lizenz verteilt
• Es wird keine clientseitige Software benötigt

pfSense Firewall

pfSense ist eine auf FreeBSD basierende Firewall/Router-Software-Distribution. pfSense wird auf einem physischen Computer oder einer virtuellen Maschine installiert, um eine dedizierte Firewall/Router für ein Netzwerk zu erstellen. Sie kann über eine webbasierte Schnittstelle konfiguriert und aktualisiert werden und erfordert keine Kenntnisse über das zugrundeliegende FreeBSD-System, um sie zu verwalten.

Zu den wichtigsten Funktionen von pfSense gehören Traffic Shaping, VPNs mit IPsec oder OpenVPN, Captive Portal, Stateful Firewall, Network Address Translation, 802.1q-Unterstützung für VLANs und dynamisches DNS.

UniFi Network Application

Die UniFi Network Applikation ist eine Software, die erlaubt, Unifi-Geräte zu verwalten. Die Access-Points werden durch das Web-Interface konfiguriert, danach laufen sie selbständig (passiver Kontroller).

Hauptfeatures der Applikation sind:

• Integration von Grundrissen für das Monitoring der Wireless-Abdeckung
• Detailliertes Reporting und Statistiken
• Wireless-Uplink: Ein mit Kabel angeschlossener AP erlaubt Wireless-Uplinks auf bis zu 4 Geräte.
• Guest-Portal-Support: Mit Voucher-Management
• Multi-Site-Management: Verwalten mehrerer Sites mit nur einem Controller
• Verwalten von WLAN-Gruppen

Windows Server 2019 Standard

Windows Server 2019 ist die achte Version des Windows Server-Betriebssystems von Microsoft, als Teil der Windows NT-Betriebssystemfamilie. Es ist nach Windows Server 2016 die zweite Version des Server-Betriebssystems, die auf der Windows 10-Plattform basiert.

Die Minimalanforderungen [8]:

Prozessor – 1.4GHz 64-bit

RAM – 2 GB für Server mit Desktop GUI

Disk – 32 GB (Absolute Minimum)

Debian

Debian ist eine GNU/Linux-Distribution, die aus freier und Open-source Software besteht und vom community-supported Debian-Projekt entwickelt wird. Der Debian-Stable-Zweig ist die beliebteste Ausgabe für Personal Computer und Server. Debian ist auch die Basis für viele andere Distributionen, vor allem Ubuntu. Debian ist eines der ältesten Betriebssysteme, die auf dem Linux-Kernel basieren.

Die Minimalanforderungen ohne Desktop [9]:

Processor - Pentium 4, 1GHz

RAM – 128 MB

Disk – 2 GB

Windows 10 Enterprise

Windows 10 Enterprise bietet alle Funktionen von Windows 10 Pro für Workstations, mit zusätzlichen Funktionen zur Unterstützung von IT-basierten Organisationen. Windows 10 Enterprise ist für zwei Service-Kanäle konfigurierbar, den halbjährlichen Kanal und das Windows Insider-Programm.

Der Standard IEEE 802.1X

An der 802.1X-Authentifizierung sind drei Parteien beteiligt: ein Supplicant, ein Authenticator und ein Authentifizierungsserver. Der Supplicant ist ein Client-Gerät (z. B. ein Laptop), das sich mit dem LAN/WLAN verbinden möchte. Der Begriff „Supplicant“ wird auch als Synonym für die auf dem Client laufende Software verwendet, die dem Authenticator Anmeldeinformationen zur Verfügung stellt. Der Authenticator ist ein Netzwerkgerät, das eine Datenverbindung zwischen dem Client und dem Netzwerk herstellt und den Netzwerkverkehr zwischen den beiden zulassen oder blockieren kann, wie z. B. ein Ethernet-Switch oder ein drahtloser Zugangspunkt; der Authentication Server ist in der Regel ein vertrauenswürdiger Server, der Anfragen für den Netzwerkzugang empfangen und beantworten kann und dem Authenticator mitteilen kann, ob die Verbindung zugelassen werden soll, sowie verschiedene Einstellungen, die für die Verbindung oder die Einstellung dieses Clients gelten sollen.

Abbildung 4: Radius Arbeitsschema

Der Authenticator fungiert wie ein Sicherheitswächter für ein geschütztes Netz. Der Supplicant (d. h. das Client-Gerät) darf erst dann über den Authenticator auf die geschützte Seite des Netzwerks zugreifen, wenn die Identität des Supplicants validiert und autorisiert wurde. Bei der portbasierten 802.1X-Authentifizierung muss der Anfragende dem Authenticator zunächst die erforderlichen Anmeldedaten zur Verfügung stellen, die zuvor vom Netzwerkadministrator festgelegt wurden und einen Benutzernamen/ein Passwort oder ein zulässiges digitales Zertifikat enthalten können. Der Authenticator leitet diese Anmeldedaten an den Authentifizierungsserver weiter, um zu entscheiden, ob der Zugang gewährt werden soll. Stellt der Authentifizierungsserver fest, dass die Anmeldeinformationen gültig sind, informiert er den Authenticator, der wiederum dem Antragsteller (Client-Gerät) den Zugriff auf Ressourcen auf der geschützten Seite des Netzes ermöglicht.

L3-Plan IST-Zustand des Projektumfelds

Als Gateway haben die Subnetze das Firewall VLAN-Interface des entsprechenden Subnetzes, für das VLAN01-MGMT also z.B. 172.16.1.1/24. Der Gateway für die IPA-Testumgebung ist demnach 172.16.54.1/24. Der Berechtigungsmatrix kann man entnehmen, dass die Zugänge zu allen anderen VLAN's der Rafisa durch Filterrules auf der Firewall geblockt werden. Die Firewall stellt ausser dem Gateway für den Internetzugang einen DHCP-Dienst zur Verfügung, über welchen IP-Adressen aus dem entsprechenden Subnetz, die Gateway-IP sowie die IP-Adressen der DNS-Server verteilt werden. Alle im Layer 3-Diagramm festgehaltenen Systeme verfügen über statische IP-Adressen.

Abbildung 5: Layer 3 Plan des Projektumfelds

Tabelle 5: Die Systeme im Projektumfeld

Planen

Planen Netzwerk

Planen der VLAN

In der Tabelle ist die Differenz zwischen den für die Zielerreichung minimal zu erstellenden VLANs und alle VLANs gemäss den Firmenstandards ersichtlich. Für die Erfüllung des Auftrages wird ein Management VLAN benötigt. In diesem VLAN befinden sich die Zugänge zur Firewall, zum Switch, zum Proxmox Interface, sowie zum WLAN Controller. Für das User-Backend wird ein Authentifizierungs-VLAN benötigt. Ausbildner und Lernende sollen mittels 802.1X automatisch in ihre VLANs eingeteilt werden. Zudem wird ein VLAN für die Gäste benötigt.

Tabelle 6: Differenz der VLANs

Planen der Netzwerk-Dienste

Die Netzwerkdienste können auf verschiedenen Systemen arbeiten. Im Folgenden wird gezeigt, welches Netzwerkobjekt die Rolle der verschiedenen Netzwerkdienste übernehmen kann.

Tabelle 7: Planen der Netzwerk-Dienste

Auch für das 802.1X-Protokoll wurde ein solcher Vergleich durchgeführt.

Tabelle 8: Planen der RADIUS-Dienste

Planen Proxmox

Um die Sicherheit des Servers zu erhöhen, so dass er störungsfrei und ununterbrochen läuft, können einige Änderungen auf Hardware- und Softwareebene vorgenommen werden.

• Hardware RAID: Wie dem IST-Zustand entnommen werden kann, stehen auf dem Server 2 Platten mit je 300GB Speicher zur Verfügung. Der Server unterstützt nur 2 Hardware-Raids, 0 und 1. Bei RAID 0 werden mehrere Disks zu einem Stripe-Volume kombiniert. Dabei werden die Daten auf alle Disks des Sets geschrieben. RAID 0 verfügt weder über Parity-Informationen, noch über Redundanz, noch über Fehlerkorrekturen. Durch Kombination der 2 Platten könnte ein Speichervolumen von 600GB erreicht werden. Bei Ausfall einer Platte sind die Daten verloren.

RAID 1 besteht aus einer exakten Kopie der Daten auf 2 oder mehreren Disks. Die Daten werden auf 2 oder mehrere Disks gespiegelt. Bei 2 Disks verliert man mit dem Mirroring aber eine Platte der erhöhten Datensicherheit. Mit RAID 1 wäre ein Speichervolumen von 300GB erreichbar.

• Redundante Netzteile: Das PC wurde für Server gebaut, die ununterbrochen laufen müssen, d.h. es unterstützt Dual-Netzteil.
• Monitoring Software: Um die Sicherheit auf der Ebene der Software zu erhöhen, wäre eine der Optionen, eine Überwachungssoftware zu installieren, die mich benachrichtigt, wenn etwas Wichtiges passiert. Unter Linux stehen dafür Tools wie Munin und Monit zur Verfügung.
• Hardening des Betriebssystems: Eine weitere Möglichkeit, die Sicherheit zu erhöhen, wäre das Hardening der Software oder des Betriebssystems selbst.
• Verschlüsselung aller Zugänge: Alle Administrative Zugänge sollten über verschlüsselte Verbindungen erfolgen.

Planen VMs

Bei der Erstellung einer virtuellen Maschine in Proxmox hat man viele Möglichkeiten, bestimmte Hardwareressourcen zuzuweisen. Die Kenntnis dieser Ressourcen ist wichtig, um die richtige Hardware für bessere Kompatibilität und Leistung auszuwählen.

In der nachstehenden Tabelle sind Ressourcen-Kategorien mit möglichen Varianten:

Tabelle 9: Ressourcen-Kategorien mit Varianten

1. Harddisk Bus/Device

• IDE: Bietet sehr gute Unterstützung durch alle Betriebssysteme. Es ist nicht sehr performant und unterstützt nur 4 Devices.
• SATA: Bietet sehr gute Unterstützung durch Betriebssysteme. Ist performant und bietet Unterstützung für 6 Device
• VirtIO: Bis zu 14 Devices. Benötigt unter Windows spezielle Guest-Treiber, abgelöst durch SCSI.
• SCSI: Sehr performant, bis 14 Devices. Benötigt unter Windows spezielle Guest-Treiber

2. Disk Format

• Das QEMU-Image-Format ist ein Copy-on-Write-Format, das Snapshots und Thin Provisioning des Festplatten-Images gestattet.
• Das Raw-Disk-Image ist ein Bit-zu-Bit-Image einer Festplatte. Dieses Format unterstützt kein Thin Provisioning oder keine Snapshots. Es kann abgesehen davon bis zu 10% schneller sein als das QEMU-Image-Format.
• Das VMware-Image-Format macht nur für den VMWare-Export Sinn.

3. CPU

Wie im Ist-Zustand festgehalten, verfügt der physische Server, der auf dem Proxmox VE eingerichtet wird, über 1 Socket und 4 Cores mit je vier Threads, d.h. über 16 logische CPUs. Um eine bessere Auslastung der Ressourcen zu erhalten, können den VMs mehr CPUs zugeordnet werden, als physisch vorhanden sind. Man nennt das Überbuchen. Man muss aber berücksichtigen, dass auch der Proxmox-Server noch CPU-Ressourcen benötigt.

4. Memory

Der Proxmox-Server verfügt über 16GB RAM. Auch hier muss man beachten, dass nicht alles RAM den VMs zugesichert wird, da der Proxmox-Server auch noch Memory braucht.

5. Netzwerkadapter

Intel E1000: Es bietet hohe Kompatibilität an. Für den Intel e1000 gibt es Treiber für ziemlich alte und obskure Betriebssysteme.

rtl8139: Es ist einfacher zu emulieren als e1000, aber es bedeutet auch, dass das Betriebssystem innerhalb der VM möglicherweise zusätzliche Arbeit leisten muss, um die Bedingungen der Netzwerkkartenemulation zu erfüllen.

VirtIO: Es ist ein para-virtualisierter Treiber, d.h. es „weiss“, dass es in einer VM arbeitet und leitet den Netzwerkverkehr zwischen der VM und dem Host auf die einfachste Weise weiter.

Planen 802.1X

Rollen

• Supplicant – Die Rolle erfüllen die PCs der User.
• Authenticator – Für die Rolle braucht es einen 802.1X fähigen Switch und AP.
• Authentication-Server – Die Rolle kann entweder ein Windows Server oder die Firewall erfüllen.
• Benutzer-Backend – Die Rolle des Benutzer-Backend kann ein Active Directory unter Windows oder Linux, oder eine Benutzerliste auf der Firewall übernehmen.

Authentifizierung der Sicherheitsgruppen

In der Tabelle unten ist zu sehen, wie sich die Sicherheitsgruppen mit den VLANs verbinden können.

Tabelle 10: Authentifizierung der Sicherheitsgruppen

Planen Backup und Restore

Backup der VMs

Die Sicherung der virtuellen Maschinen kann auf 2 Arten erfolgen. Entweder kann die interne Funktion von Proxmox oder BackupPC verwendet werden. In der untenstehende Tabelle sind die Vor- und Nachteile der entsprechenden Lösungen aufgelistet:

Tabelle 11: Vor- und Nachteile von BackupPC und Proxmox dump

Backup der Firewall & Switch

Beim Switch und Firewall ist die Sicherung mit BackupPC nicht so einfach. Derzeit gibt es 2 Optionen, wie ich vorgehen kann:

1. Manuelles Sichern der Konfigurationen über das Webinterface von Switch und Firewall.

2. Ich nehme die Skripte eines meiner Arbeitskollegen, Sabareeshan Nadeswaran, der sie für seine IPA [2] geschrieben hat, nehme mir etwas Zeit, sie zu verstehen und implementiere sie dann in BackupPC.

Switch Script von Sabareeshan Nadeswaran:

Firewall Script von Sabareeshan Nadeswaran:

Entscheiden

Netzwerk-Konzept

VLAN

Ich habe beschlossen, nur die minimale Anzahl von VLANs zu realisieren. Der Versuch, mit der maximalen Anzahl zu arbeiten, würde viel mehr Zeit für die Konfiguration in Anspruch nehmen, und da RADIUS skalierbar ist, sollte die Erweiterung von anfänglich 5 VLANs kein Problem sein. In der folgenden Tabelle sieht man die zu realisierende VLANs, sowie die geplanten Subnetze. Die IP-Ranges der Subnetze wurden konform zu den Firmenstandards vergeben [1]. Im Authentifizierungs-VLAN wird kein DHCP-Server benötigt, da dort alle zu realisierende Systeme über statische IPs verfügen.

Tabelle 12: VLAN-Konzept

Netzwerk-Dienste

Ich habe entschieden als Benutzer-Backend ein Active-Directory unter Windows Server 2019 einzurichten, da in der Firma ebenfalls Windows Server 2019 zum Einsatz kommen. Dadurch wird der Transfer aus meiner Testumgebung in die produktive Umgebung erleichtert. Da für den AD Dienst unter Windows zwingend ein DNS-Server benötigt wird, soll dieser auf demselben Windows Server 2019 aufgesetzt werden. Da für jede Broadcast Domain ein eigener DHCP Dienst benötigt wird, soll das DHCP Feature von pfSense verwendet werden.

Tabelle 13: Dienst-Konzept

IP-Zuteilung

Die Hostnames allen benötigten Systeme werden gemäss der Rafisa-Namenskonvention festgelegt [1]:

Tabelle 14: Hostname- und IP-Konzept

Zugriffsmatrix

Die Zugriffsmatrix für die einzelnen VLANs soll gemäss Firmenstandards [1] festgelegt werden.

Tabelle 15: Zugriffmatrix-Konzept

Ports Konfiguration der Switch und Firewall

Folgende Tabelle zeigt die geplanten Switch und Firewall Portkonfiguration:

Tabelle 16: Switch und Firewall Port-Konzept

Proxmox-Konzept

Die folgende Tabelle erläutert meine Entscheidungen zu Proxmox:

Tabelle 17: Getroffene Entescheidungen zu Proxmox

Konzept VMs

Es wurde beschlossen, 2 VMs mit Windows Server 2019 zu erstellen. Die eine VM wird als Domain Controller eingerichtet. Auf den anderen VM wird der WLAN-Controller installiert. Es wäre auch möglich gewesen den Controller auf dem DC zu installieren. Die Installation von Fremdsoftware auf einem Domain Controller wird von Microsoft aber nicht empfohlen.

Mit Blick auf die Mindestanforderungen wurden die folgende Tabelle erstellt:

Tabelle 18: Hardware-Spezifikation für die VMs

Da für die beiden VMs nur 80GB Speicherplatz benötigt werden, reichen die geplanten 300GB auf dem Proxmox-Server aus.

Konzept 802.1X

Die RADIUS-Authentifizierung beginnt, wenn der Benutzer über den Authenticator Zugriff auf eine Netzwerkressource anfordert. Der Benutzer gibt einen Benutzernamen und ein Kennwort ein, die vom RADIUS-Server verschlüsselt werden, bevor sie durch den Authentifizierungsprozess geschickt werden. Der RADIUS-Server prüft dann die Richtigkeit, der vom Benutzer übermittelten Informationen. Der RADIUS-Server verwendet Authentifizierungsverfahren, um die Daten zu überprüfen, indem er die vom Benutzer bereitgestellten Informationen mit Active Directory-Servern abgleicht.

Der RADIUS-Server kann auf eine von zwei Arten antworten:

Access Accept bedeutet, dass dem Benutzer der Zugriff auf den RADIUS-Server gewährt wird.

Access Reject bedeutet, dass dem Benutzer jeglicher Zugriff auf das RADIUS-Protokoll verweigert wird.

Rollen

Die 802.1X erforderliche Rollen werden auf folgenden Systemen realisiert:

Tabelle 19: 802.1X Rollen-Konzept

Sicherheitsgruppen

In der Tabelle unten ist zu sehen, wie sich die Sicherheitsgruppen mit den VLANs verbinden können. Die grün markierten Möglichkeiten sollen realisiert werden.

Tabelle 20: Sicherheitsgruppen-Konzept

Es wurde beschlossen, Netadmins als Gruppe wie Ausbildner und Lernende hinzuzufügen, damit sie sich über 802.1X anmelden können. Als Reserve wurde jedoch beschlossen, auf dem Switch einen Access-Port (Port 1) zu erstellen, der zu VLAN01 führt. Der Grund dafür ist, dass es im Falle eines Ausfalls des Authentifizierungsservers keine Möglichkeit gibt, auf das Netzwerk zuzugreifen.

Für die Sicherheitsgruppe Gäste wurde beschlossen, nur ein Gastnetzwerk mit WPA2-Enterprise zu erstellen. Das heisst, sie benötigen nur das Passwort, um auf das Gästenetzwerk zuzugreifen. Grund dafür ist, dass Gäste keine Geschäftshardware besitzen, die in der Domäne angemeldet sind. Daher gibt es keinen Grund, 802.1X WLAN/LAN oder Access-Ports für sie zu erstellen.

AD Benutzer-Backend

Die OU Container für die AD Struktur sollen gemäss Firmenstandards [1] erzeugt werden:

OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA-Accounts,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA-Computers,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA-Clients,OU=RAFISA-Computers,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA-Servers,OU=RAFISA-Computers,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA-Groups,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA-GlobalSecurityGroups-GS,OU=RAFISA-Groups,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

OU=RAFISA-LocalSecurityGroups-LS,OU=RAFISA-Groups,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=ipa

Backup-Konzept

Backup VMs

Es wurde beschlossen, sowohl vzdump als auch BackupPC zu kombinieren. Auf diese Weise lässt sich eine VM leicht wiederherstellen und wird auch automatisch gesichert. Vzdump optimiert das Backup, so dass nur Daten und nicht die gesamte Disk gesichert werden muss. Es wird geschätzt, dass die beiden Windows Server 2019 Installationen nicht wesentliche mehr als die minimalen 32GB benötigen werden, diese werden von Proxmox zusätzlich auf etwa die Hälfte komprimiert. Auf BackupPC steht 1TB Speicherplatz zur Verfügung. Im Rafisa Netzwerk werden die Daten mit ca.25MB/s übertragen.

Backup Switch und Firewall

Nach näherer Betrachtung der von Sabareeshan Nadeswaran erstellten Skripte wurde beschlossen, diese zu verwenden, da sie nicht schwer zu implementieren sind und eine automatische Sicherung ermöglichen.

Rahmenbedingungen

Tabelle 21: Backup-Rahmenbedingungen

Testkonzept

Testumgebung

Hauptziel ist es zu prüfen, ob alle wichtigen Aspekte des Projekts funktionieren. Da es viele Teile hat, kann nicht jedes Detail getestet werden. Nachfolgend sind die Systeme und die ganze Umgebung im Netzplan zu sehen.

Abbildung 6: Netzplan der Testumgebung

Testobjekte

1. Backup Server
2. Firewall
3. Verschlüsselung/Web
4. 802.1X
5. Supplicants

Testfälle

Tabelle 22: Testfälle

Was wird nicht getestet

Tabelle 23: Was wird nicht getestet

Testmittel und Testmethoden

Hier werden die Testmittel (benötigte Hard- und Software) und die zum Einsatz kommenden Testmethoden beschrieben.

Tabelle 24: Testmittel und Testmethoden

Arbeitspakete für die Realisierungsphase

In der untenstehenden Liste finden sich die geplanten Arbeitspakete für die Realisierungsphase:

<HTML><ol style=„list-style-type: decimal;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Switch einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Basiseinrichtung<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>VLANs<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Firewall einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„3“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Basiseinrichtung<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Interfaces<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Dienste<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Rules<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>BackupPC konfigurieren<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„7“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Backup der VMs<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Backup der Firewall<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Backup des Switches<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Proxmox einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„10“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Basiseinrichtung<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Netzwerk<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Unifi Network Application einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„12“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>VM Einrichtung<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Unifi Network Application<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Access Point und WLAN einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„14“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Access Point adopten<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>WLAN-Konfiguration<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>User Backend einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„16“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>VM Einrichtung<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Active Directory<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Authentication-Server einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„18“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Netzwerkrichtlinienserver<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>RADIUS-Clients einrichten<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Richtlinien einrichten<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Authenticators einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„21“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Access Point<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Switch<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>Supplicants einrichten<HTML></p></HTML> <HTML><ol start=„23“ style=„list-style-type: lower-alpha;“></HTML> <HTML><li></HTML><HTML><p></HTML>PC<HTML></p></HTML><HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML> <HTML></li></HTML><HTML></ol></HTML>

Realisieren

Konfiguration des Switches

Erster Login

Die IP-Adresse des Zyxel-Switches lautet standardmässig 192.168.1.1. Um sich mit ihm verbinden zu können, muss man sich im selben Subnetz befinden. Danach gibt man in der Weboberfläche den Standard-Login und das Passwort von Zyxel ein.

Konfiguration

Aus Sicherheitsgründen muss das Password geändert werden, das ist möglich unter Management → Access Control → Logins

Für den weiteren Zugriff auf den Switch ist es wichtig, die IP-Adresse des Switches entsprechend der gemäss Planung vorgesehenen Adresse zu ändern. Basic Settings → IP Setup

VLAN Konfiguration

Unter Advanced Application → VLAN → VLAN Configuration → Static VLAN Setup wird die VLAN Konfiguration vorgenommen.

Hier werden alle VLANs mit der entsprechenden Portkonfiguration hinzugefügt, die bei der Entscheidungsphase gewählt wurden.

Beispiel für den VLAN10:

Tabelle 25: Beispiel der VLAN-Konfiguration für den VLAN10

In der untenstehenden Abbildung sieht man einen Beispielausschnitt der VLAN Konfiguration für das VLAN10:

Abbildung 7: Beispiel VLAN10 Port 17-28

Konfiguration als RADIUS Authenticator

Unter Advanced Application → AAA → RADIUS Server Setup wird der Switch als RADIUS Authenticator eingerichtet.

Unter Authentication Server wird die IP-Adresse von dem Authentication Server eingegeben und unter Shared Secret das Kennwort, das auch auf dem Authentication Server abgelegt wird.

Abbildung 8: RADIUS Authentication Server einrichten

Unter Advanced Application → Port Authentication → 802.1X wird 802.1X für einen Port aktiviert, indem unter Active das entsprechende Feld markiert wird:

Abbildung 9: 802.1X Port aktivieren

Am Port 18 können jetzt Supplicants angeschlossen werden.

Firewall

Serial Connection

Standardmässig lautet die IP-Adresse von pfSense 192.168.1.1. Um diese zu ändern, wird ein serieller Adapter verwendet, um die LAN-Schnittstelle zu konfigurieren. Nachdem die IP der Lan-Schnittstelle eingestellt ist, kann man sich mit dem Web-Interface verbinden, wo mit Hilfe des Setup Wizards weitere Konfigurationen möglich sind:

Tabelle 26: Firewall: Mögliche Konfigurationen durch den Setup Wizard

VLAN Konfiguration

Um ein VLAN zu konfigurieren, müssen Sie zunächst eine Schnittstelle dafür erstellen. Dazu wird eine optionale Schnittstelle an Port igb3 erstellt. Keine zugewiesene IP, da sie als Grundlage für VLANs dient.

Der nächste Schritt wäre die Einstellung von VLANs (Schnittstellen → VLANs). Durch Drücken der Schaltfläche „Hinzufügen“ öffnet sich das Konfigurationsfenster. Folgende Optionen sind möglich:

• Parent Interface
• VLAN Tag
• VLAN Priority
• Description

Für alle VLANs unter «Parent Interface» geht die neu erstellte opt1 VLAN-Schnittstelle.

Für VLAN Tag geht einer der in der Entscheidungsphase festgelegten VLAN, die 1, 10, 21, 22 und 23 sind.

VLAN Priority wird ausgelassen.

Unter Beschreibung steht der Name des VLANs.

Beispiel für den VLAN 10:

Abbildung 10: Beispiel VLAN10

Jetzt unter Interfaces können die VLANs gesehen und konfiguriert werden. Dort wird die statische IPv4 Addresse eingerichtet entsprechend der VLANs.

DHCP

Unter Services → DHCP Server lassen sich die DHCP Dienste für alle VLANs einrichten. Als Subnet Range für die Hosts wurden IP-Adressen zwischen 100 und 199 gewählt.

Abbildung 11: Beispiel DHCP für VLAN01

Rules

Für neu angelegte Schnittstellen können nun Regeln aufgestellt werden. Unter Firewall → Rules erscheinen die Schnittstellen. Die Regeln werden von oben nach unten abgelesen, sobald eine Regel zutrifft, wird diese gewählt. Das heisst, die Regeln oben haben Priorität. Zuoberst kommen die “Block» Regeln, die den Zugriff verweigern und danach zum Schluss eine «any to any» Regel. Die «any to any» wird benötigt, um den Zugriff zum WAN bzw. zum Upstream-Gateway zu ermöglichen.

Die Firewallregeln wurden gemäss der Zugriffsmatrix im Kapitel «Entscheiden» erstellt.

Beispiel für den VLAN22:

Abbildung 12: Firewallregeln für VLAN22

Verschlüsselung

Unter System → Advanced → Admin Access wird für das Webinterface HTTPS aktiviert.

Abbildung 13: Aktivierung HTTPS für Web-Interface

Proxmox

Installation

Als Boot-Medium wurde eine Boot-CD erstellt, auf die das Proxmox VE 7.1 ISO Image [10] gebrannt wurde. Während der Installation können im Setup Wizard folgende Einstellungen nach dem Konzept eingerichtet werden:

Tabelle 27: Proxmox: Einstellungen bei dem Setup Wizard

Network

Für die Zuordnung der VMs zu den VLANs werden entsprechende VLAN-Bridges und Netzwerkschnittstellen benötigt. Dies kann über die WebGUI oder CLI auf Proxmox erfolgen. Die Netzwerkkonfiguration sieht wie folgt aus:

Image

Um die VMs erstellen zu können, werden Images von dessen OS benötigt. Die werden unter local storage → ISO Images auf dem Proxmox Server hochgeladen. Danach können die Images bei der VM Erstellung angewendet werden.

BackupPC

Script für den Switch

Für den Backup des Switches wurde ein Script aus der Arbeit von Sabareeshan Nadeswaran [2] übernommen und angepasst. Das angepasste Script sieht folgendermassen aus:

Das Skript funktioniert folgendermassen: In der ersten Zeile wird die Datei als ausführbare Bash-Datei definiert. Danach verbindet es sich über FTP mit dem Switch und gibt die Befehle zwischen EOF auf dem Switch ein. Nämlich das Einloggen, das Abrufen der Konfigurationsdatei und das Beenden am Ende. Nachdem die Verbindung beendet wurde, verschiebt es die Datei in den Dump-Ordner und benennt die Datei in einen identifizierbaren Namen um.

Script für die Firewall

Für den Backup des Firewalls wurde ein Script aus der Arbeit von Sabareeshan Nadeswaran übernommen und angepasst. Der Angepasste Script sieht folgendermassen aus:

Das Skript funktioniert folgendermassen: In der ersten Zeile wird die Datei als ausführbare Bash-Datei definiert. Danach verbindet es sich mit der Firewall über sshpass und kopiert die Konfigurationsdatei über scp in den Dump-Ordner.

Anpassungen für Backup der VMs

Um die VMs automatisch zu sichern, müssen einige Einstellungen vorgenommen werden. Auf dem Proxmox wird ein neuer Benutzer angelegt, rafisa-backup, der für die Ausführung der Befehle von BackupPC auf dem Proxmox zuständig ist.

Passwortlose Login

Auf dem Backup Server wird als Systembenutzer backuppc mit dem Befehl ssh-keygen -t rsa ein Schlüsselpaar erzeugt. Danach wird als backuppc-Benutzer auf BackupPC der Befehl ssh-copy-id rafisa-backup@prox-zh-204-01.rafisa.ipa ausgeführt und damit der Public-Key auf den Proxmox Server übertragen. Von jetzt an kann sich backuppc mit dem Private-Key passwortlos beim Proxmox Server anmelden.

Sudo Befehle

Auf dem Proxmox Server ist der Benutzer rafisa-backup berechtigt, die Befehle rsync und vzdump mit sudo ohne Passwort zu verwenden, um das Backup zu automatisieren und die Sicherung von Daten zu ermöglichen, die sudo-Rechte erfordern. Die Rechte werden mit den zwei folgenden Einträgen in der Datei /etc/sudoers zugewiesen:

Abbildung 14: Sudo-Rechte für rafisa-backup

Unifi Controller

VM

Im Proxmox Interface wird mit Create VM eine neue VM erstellt. Mit Hilfe des Setup Wizards wird die VM gemäss Konzept erzeugt.

Tabelle 28: Hardware-Spezifikation der Unifi Controller VM

Für die VM wird das Windows Server 2019 Image angewendet. Wichtig ist dass die VM der richtigen Bridge zugeteilt wird. Der Unifi Controller soll wie der Access Point im Management VLAN stehen und wird deswegen der Bridge vmbr0 (VLAN01) zugeteilt.

Abbildung 15: Zusammenfassung der Konfiguration für uni-zh-204-01

Installation

Die Unifi Network Application (Unifi Controller) kann unter https://www.ui.com/download-software/ heruntergeladen und danach ausgeführt werden.

Erstes Setup

Bei dem Start des Programmes wird ein Startfenster der Unifi Network Application geöffnet. Nach ca 5-10 Sekunden erlaubt die Applikation eine Web GUI zu öffnen.

Abbildung 16: Unifi Network Application Startfenster

Bei dem Ersten Start wird eine Installation durchgeführt, folgende Parameter sind zu konfigurieren.

Tabelle 29: Unifi Network Application: Setup Wizard Parameter

Konfiguration des Access Points als RADIUS Authenticator

Unter Einstellungen → Profile muss ein neues RADIUS-Profil erstellt werden. Unter Authentifizierungsserver wird die IP-Adresse des Authentifizierungsservers sowie das Shared Secret eingegeben, das ebenfalls auf dem Authentifizierungsserver hinterlegt wird.

Unter Einstellungen → WiFi muss das WiFi konfiguriert werden. Im Abschnitt Sicherheit wird das Security Protocol als WPA2 Enterprise festgelegt. Dadurch kann das zuvor erstellte RADIUS-Profil ausgewählt werden.

Abbildung 17: WPA2-Enterprise RADIUS Profil

Gast WLAN

Für das Gast WLAN wird ein neues Netzwerk erstellt, das VLAN-only ist. Als VLAN ID wird 23 eigetragen. Danach wird ein neues WiFi Netzwerk erstellt, wo dann das VLAN-Only Netzwerk eingetragen wird. Dann wird noch Anzeigename angepasst zu 802.1X.rafisa.ipa – GAST.

Abbildung 18: Gast WiFi

AP

Nachdem der Access Point an entsprechenden Port angeschlossen ist, wird er eingeschaltet. Man muss warten, bis die LED-Leuchte konstant weiss leuchtet. Wenn dies der Fall ist, muss im Web-GUI der Unifi Network Application die Registerkarte Devices geöffnet werden.

In der Liste kommt der Access Point vor als UAP-AC-Pro mit dem Status Pending Adoption. Man drückt in der Liste auf den Access Point. Im folgenden Fenster kann man den AP adopten.

Nachdem der Access Point in der Controller-Software registriert (adopted) wurde, können Anpassungen gemäss Konzept vorgenommen werden.

Tabelle 30: Access-Point Parameter

User Backend

Als User Backend nach Konzept wurde soeben Windows Server 2019 gewählt.

VM

Im Proxmox Interface wird mit Create VM eine neue VM erstellt. Mit Hilfe des Setup Wizards wird die VM gemäss Konzept erzeugt.

Tabelle 31: Hardware-Spezifikation der User Backend VM

Für die VM wird das Windows Server 2019 Image angewendet. Wichtig ist dass die VM der richtigen Bridge zugeteilt wird. Der Domain Controller soll wie im Authentifizierungs VLAN stehen und wird deswegen der Bridge vmbr10 (VLAN10) zugeteilt.

Konfiguration

Im Server-Manager wird unter Lokaler Server → Ethernet die IP-Adresse angepasst. Der Hostname muss nach dem Namenskonzept im Server-Manager unter Lokaler Server → Computername angepasst werden.

Abbildung 19: Server Manager von dc-zh-204-01

Active Directory

Nach der Windows Server 2019 Installation muss über das Server Dashboard die Active Directory Rolle hinzugefügt werden.

Während der Installation wird der Name der Domäne als rafisa.ipa gesetzt. Für alle anderen Einstellungen wird der Default gewählt.

In Active Directory werden nach Konzept die Organisationseinheiten erstellt, in welche dann die Gruppen und Benutzer hinzugefügt werden.

Abbildung 20: AD Struktur

Authentication-Server

Im Windows Server 2019 Dashboard unter Verwalten → Rollen und Features hinzufügen muss eine neue Rolle, Network Policy Server, installiert werden. Die Installation erfolgt, ohne dass etwas konfiguriert werden muss.

Clients

Im neu installierten Netzwerkrichtlinienserver müssen die zwei Authenticators (AP + Switch) eingetragen werden. Mit dem Rechtsklick auf RADIUS-Clients ist es möglich neue Authenticator zu erstellen und anschliessend direkt zu konfigurieren.

Abbildung 21: RADIUS-Clients

Bei der Konfiguration müssen folgende Optionen festgelegt werden:

Tabelle 32: RADIUS-Client Konfigurations-Optionen

Beispiel für den Switch:

Abbildung 22: RADIUS-Client Konfiguration

Richtlinien

Die Richtlinien unter Richtlinien → Netzwerkrichtlinien sind zuständig für die Zuweisung der Benutzer in die korrekten VLANs. Folgende Konfigurationen sind notwendig:

Tabelle 33: Notwendige Richtlinien-Konfigurationen

Beispiel der Konfiguration für «802.1X wireless CLEMPL»:

Abbildung 23: Beispiel für der Richtlinie „802.1X wireless CLEMPL“

Supplicant

Damit der Supplicant (Windows 10) 802.1X verwenden kann, müssen Anpassungen vorgenommen werden. Bei Windows Diensten müssen folgende Dienste eingeschaltet werden:

• Für LAN: Automatische Konfiguration (verkabelt)
• Für WLAN: Automatische WLAN-Konfiguration

LAN

Unter dem LAN Adapter ist neue Registerkarte zu sehen, Authentifizierung.

Abbildung 24: Neue Registerkarte bei dem Ethernet Adapter

In der neue Registerkarte sind folgende Änderungen vorzunehmen:

Tabelle 34: Änderungen die für 802.1X Authentifizierung zu tun sind

WLAN

Bei dem Supplicant müssen keine weiteren Anpassungen für den 802.1X WLAN-Gebrauch vorgenommen werden.

Kontrollieren

Testdurchführung

In diesem Kapitel sind die Testprotokolle der Testfälle zu finden.

Backup Server

Tabelle 35: Testfall #1: Prüfen, ob BackupPC Server seit der Bereitstellung Backups erstellt hat

Tabelle 36: Testfall #2: Prüfen, ob Restore von den Backups von 1x Switch, 1x Firewall und 1x VM möglich sind

Firewall

Tabelle 37: Testfall #3: Die Firewall Regeln anhand der Zugriffsmatrix testen.

Tabelle 38: Testfall #4: Die Zugänge zu den Administrationsoberflächen sind verschlüsselt

802.1X

Tabelle 39: Testfall #5: Die VLAN Zuteilung anhand der Zugehörigkeit zu einer Sicherheitsgruppe testen. LAN

Tabelle 40: Testfall #6: Die VLAN Zuteilung anhand der Zugehörigkeit zu einer Sicherheitsgruppe testen. WLAN

Tabelle 41: Testfall #7: Die VLAN Zuteilung anhand der Zugehörigkeit zu einer Sicherheitsgruppe testen für einen neuen Benutzer. LAN

Tabelle 42: Testfall #8: Die VLAN Zuteilung anhand der Zugehörigkeit zu einer Sicherheitsgruppe testen für einen neuen Benutzer. WLAN

Tabelle 43: Testfall #9: Es wird geprüft, ob ein Nutzer etwas tun muss, bevor er mit einem anderen Nutzer tauscht. Mit Abmeldung

Tabelle 44: Testfall #10: Es wird geprüft, ob ein Nutzer etwas tun muss, bevor er mit einem anderen Nutzer tauscht. Ohne Abmeldung

Tabelle 45: Testfall #11: Gast WLAN

Auswerten

Die IPA ist 80% Dokumentieren und 20% Realisieren. Genau die 80% - Dokumentieren, sind meine Schwäche. In Laufe des Projektes hatte ich immer Stress, da ich das Dokumentieren sehr unterschätzt habe. Deswegen konnte ich nur teilweise die Soll-Zeiten einhalten. Jedoch konnte ich trotzdem die Arbeit fertigstellen.

Die Projektmethode IPERKA habe ich gewählt aus dem Grund, da ich sie im Vergleich zu den anderen Projektmethoden am besten kenne und ich nicht experimentieren wollte. Alles in allem bin ich mit meiner Wahl zufrieden, bin aber neugierig, ob es eine Projektmethode gibt, die noch effizienter ist.

Einige Probleme sind in Laufe des Projekts aufgetreten, die behoben werden konnten. Jedoch ist mir aufgefallen, dass Abnahmeprotokolle wichtig sind. Auf dem Backup-Server sind zwei Probleme aufgetreten, die hätten verhindert werden können, wenn BackupPC korrekt installiert worden wäre. Ich hätte Zeit sparen können, wenn ich den Server selbst überprüft hätte, um sicher zu sein, dass alles wie gewünscht installiert worden ist.

In der Testing-Phase zeigten sich ein paar Probleme, die gelöst werden müssen, bevor das System produktiv wird:

• Die Benutzer können auf den Geräten nicht dynamisch gewechselt werden. Die Benutzer müssen sich zuerst abmelden und erst danach kann ein anderer Benutzer anmelden. Ansonsten bleibt die zugewiesene IP-Adresse des Benutzers #1. Eine konkrete Lösung für das Problem habe ich nicht gefunden, ausser auf zwei Arten. Mit einer organisatorischen Richtlinie, in welcher vorgeschrieben wird, dass die Benutzer sich immer abmelden müssen. Oder mit einer technischen Richtlinie, wo es ein Skript erstellt wird, das beim Benutzerwechsel die Benutzer automatisch von WLAN und LAN abmeldet.
• Es wurde festgestellt, dass durch WLAN und LAN beliebige Geräte in das interne Netz gelangen können, also auch Geräte, die nicht in der Domäne sind. Dieses Problem könnte man mittels Zertifikaten lösen, die per GPO auf die Geschäftsgeräte verteilt werden. Ich hatte nicht die Zeit, um mich mit dem Problem zu beschäftigen.

Bis auf die zwei Probleme, scheint die Lösung zu funktionieren.

Schlussfolgerung und Fazit

Der letzter Projekttag ist nun gleich vorbei und ich werde die Dokumentation signieren. Das heisst aber nicht, dass es vorbei ist, denn in nur 2 Wochen ist Termin für Präsentation, Fachgespräch und Demonstration. Also ein paar Tage ausruhen und zurück an die Arbeit.

Ich würde mich freuen, wenn ich bei Implementierung helfen kann.

Generell fand ich die IPA sehr anstrengend, die zehn Tage für die Realisierung und Dokumentation eines so komplexen Projekts waren sehr kurz. Ich bin sehr zufrieden, dass es mir gelungen ist, eine funktionierende Gesamtlösung zu erarbeiten.

Literaturverzeichnis

[1] R. I. GmbH, «Firmenstandards für das Netzwerk der Rafisa Informatik GmbH,» 2021. [Online]. Available: https://wiki.rafisa.net/doku.php?id=intern:standards:standards.

[2] S. Nadeswaran, «Konzipierung, Aufbau und Anbindung des Netzwerkes für einen externen Firmenstandort (IPA 2021),» 2021.

[3] L. Cotar, «Deployment Server (IPA 2021),» 2021.

[4] «Make Use Of,» [Online]. Available: https://www.makeuseof.com/check-system-details-and-hardware-information-on-linux/.

[5] «Zyxel Networks,» [Online]. Available: https://www.zyxel.com/products_services/8-24-48-port-GbE-Smart-Managed-Switch-GS1920-Series/specification.

[6] «Ubiquity - Simplifying IT,» [Online]. Available: https://dl.ui.com/datasheets/unifi/UniFi_AC_APs_DS.pdf.

[7] «PC Engines,» [Online]. Available: https://www.pcengines.ch/apu4d2.htm.

[8] «Microsoft Documentation,» [Online]. Available: https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/get-started/hardware-requirements.

[9] «Debian GNU/Linux Installation Guide,» [Online]. Available: https://www.debian.org/releases/jessie/amd64/ch03s04.html.en.

[10] P. VE, «Proxmox,» 2021. [Online]. Available: https://www.proxmox.com/en/downloads?task=callelement&format=raw&item_id=638&element=f85c494b-2b32-4109-b8c1-083cca2b7db6&method=download&args[0]=8362171061e723e815cdc5893be1fe09. [Zugriff am 8 April 2022].

[11] Wikipedia, «Wikipedia,» 2022. [Online]. Available: https://de.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Hauptseite.

Teil 3 – Anhang

Glossar

Die Definitionen im Glossar sind grösstenteils an die Definitionen in Wikipedia [11] angelehnt.

Tabelle 46: Glossar

Weitere Materialien

Firmenstandards für die VLANs s und für das Namenskonzept der Rafisa Dietikon

Subnetz-Konzept

Alle Standorte erhalten ein /24 Netz aus dem grösseren privaten Netz 172.16/12, dh. 172.16.0.0/16
bis 172.31.0.0/16. Die VLANs werden dann in die jeweiligen /24-Subnetze unterteilt, also z.B.
172.16.1.0/24, 172.16.2.0/24 usw.

VLANs der Rafisa Dietikon

zh.rafisa.org - 172.16.0.0/12

In der Tabelle oben sind alle VLAN’s aufgelistet, welche das Netzwerk-Team immer auf der FW und auf den Switches standardmässig konfiguriert. Der Interface-Name bildet sich aus dem VLAN Namen und dem Kürzel. Im VLAN01_MGMT sind die Switches oder die FW selber enthalten. Auch der unifiController und der Backup-Server sind dort inbegriffen. Wie der Name schon sagt ist im VLAN Server alle virtuellen Server enthalten. VLAN Clients ist selbsterklärend. Alle Drucker sind im VLAN40_LP vorhanden. Alle Labors sind im VLAN Labor. Es werden alle Geräte ausser welche im VLAN Clients und VLAN Labor sind, mit einer statischen IPv4 Adresse vergeben. Der Rest erhält seine Netzwerkkonfigurationen via DHCP-Server von der FW. Dieser Firmenstandard ist vom September 2020. Auf diesem baut sich meine IPA auf, selbst wenn sich die Norm sich laufend ändert.

Berechtigungsmatrix

Die Matrix wird Zeile nach Spalte gelesen (Zugriff von Zeile nach Spalte erlaubt/nicht erlaubt)

Das VLAN01_MGMT hat überall Zugriff. VLAN10_SRVAUTH darf nach draussen und zu den VPN-Server der externen Standorte. Die Ausbildner haben Zugang zu allen anderen VLANs ausser VLAN01_MGMT. Die Lernende haben Zugang nach draussen, in VLAN10_SRVAUTH, VLAN15_SRVLEARN und dem VLAN40_LP.

IP-Zuteilung der Geräte der Rafisa Standort Dietikon

Die folgende Tabelle zeigt die IP-Zuteilung der Geräte am Standort Dietikon. Sie dient als Ausgangspunkt für das Erstellen des L3-Plans.

Rafisa Namenskonzept

Benutzer

Benutzernamen setzen sich zusammen aus dem ersten Buchstaben des Vornamens plus den Nachnamen. Sollten sich bei neuen Nutzern gleichlautende Benutzernamen ergeben, wird die Anzahl Buchstaben des Vornamenkürzels um 1 erhöht. Bei identischen Vor- und Nachnamen wird das Benutzerkürzel um eine fortlaufende Nummer, beginnend bei 01 ergänzt.

Beispiele:

• h.muster → Hans Muster
• he.muster → Hedwig Muster
• her.muster → Herta Muster
• h.muster01 → Hans Muster

Geräte

Der Gerätename setzt sich zusammen aus einem Kürzel für die Funktion, dem Kürzel für den physikalischen Standort sowie einer fortlaufenden Nummer, beginnend bei 01.

Beispiele:

• dc-zh-ruga-01
• sw-zh-r02a-03

Kürzel für die Funktionsbezeichnungen

Physikalische Standorte

er physikalische Standort setzt sich zusammen aus dem Kürzel für den Standort sowie einer internen Raumangabe. Bei Geräten, welche in einem Rack stehen, werden anstelle der Raumangabe das Kürzel für das Rack angegeben.

Beispiele:

• zh-ruga
• zh-201

Kürzel für die Standorte

Kürzel für die internen Räume

Kürzel für Racks

AD-Struktur

Die AD-Struktur ist sehr einfach gehalten. Es gibt Container für die Benutzeraccounts, die Geräte sowie die Gruppen. Bei den Geräten werden Clients und Server unterschieden, bei den Gruppen lokale und globale Sicherheitsgruppen.

OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA-Accounts,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA-Computers,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA-Clients,OU=RAFISA-Computers,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA-Servers,OU=RAFISA-Computers,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA-Groups,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA-GlobalSecurityGroups-GS,OU=RAFISA-Groups,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org
OU=RAFISA-LocalSecurityGroups-LS,OU=RAFISA-Groups,OU=RAFISA,OU=OU-RAFISA,DC=rafisa,DC=org