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TWI389525B - 具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法 - Google Patents

具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法 Download PDF

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TWI389525B
TWI389525B TW099105519A TW99105519A TWI389525B TW I389525 B TWI389525 B TW I389525B TW 099105519 A TW099105519 A TW 099105519A TW 99105519 A TW99105519 A TW 99105519A TW I389525 B TWI389525 B TW I389525B
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Der Hwa Tan
Chia Meng Chen
Chung Chiu Lai
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Gemtek Technology Co Ltd
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Description

具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法
　　本發明是有關於一種具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法，特別是有關於一種具有切換及存取多重網段功能的資料傳輸系統及其方法。
　　目前，由於虛擬私有網路(Virtual Private Network, VPN)是一個在公共開放的網際網路上提供安全且專屬之通訊連線的主要技術應用，但是虛擬私有網路VPN的設定方式對一般使用者並不容易使用。對於必須要使用虛擬私有網路的使用者而言，如何能安全且方便的提供虛擬私有網路連線存取已日漸成為一個重要的課題，如果應用軟體的設定繁雜，並且網路資源存取受到許多限制將會令使用者於使用上產生極大的不便，為了簡化虛擬私有網路的設定，市面上某些產品提出了利用於安全連接埠上之超文件傳輸協定(Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, HTTPS)作為建立虛擬私有網路連線的溝通管道，讓使用者可以不需了解虛擬私有網路的繁雜設定，並依據使用者來規範其可以存取之虛擬私有網路中之網路區段。在建立於網際網路安全協定(Internet Protocol Security, IPSec)之虛擬私人網路連線的方面，使用利用於安全連接埠上之超文件傳輸協定做為溝通管道並且利用微軟視窗網際網路安全協定應用程式(Microsoft Windows IPSec utility)來建立於網際網路安全協定之虛擬私人網路連線已經是一個公開的技術，但是受限於其必須透過區域安全管理原則(Local Security Policy)來設定網際網路安全協定相關設定的高複雜度，目前的技術只停留在提供單一網路區段的存取性。
　 以目前技術而言，由於網路環境的成長快速，企業網路通常會對於不同部門會有不同的網路規劃，單一網路區段對於某些網路應用環境已經無法滿足其需求，絕大部份的中小企業路由器(Small and Medium Business Router)都有提供多重網路區段，甚至許多的家用路由器(So-Ho Router)也都有此功能，若以資訊安全的角度而言，使用虛擬區域網路技術(Virtual Local Area Network, VLAN)以區分使用者網路與資源網路，也是在網路管理上一個極為普遍的作法。由此可知若虛擬私有網路只能夠提供單一網路區段的存取性，對於使用者而言將會帶來極大的不便，若是屈就於提供虛擬私有網路的存取性將重要資源置於某單一網路區段也將為網路管理帶來複雜性和若干安全性的考量。
　　傳統採用微軟視窗網際網路安全協定應用程式(Microsoft Windows IPSec utility)的網際網路安全協定虛擬私有網路應用軟體在網路位址定址上面還有另外一個缺點，由於其建立的網際網路安全協定通道(Tunnel)為一種直接對應閘道器(host-to-gateway)的方式，所以封包來源位址(Source IP Address)為使用應用軟體的電腦本身位址，此種網路位址由於可能是公開位址(Public IP Address)，當使用者採用此種應用軟體建立網際網路安全協定通道連接到企業網路內部時, 此種公開位址封包類型有可能會被網路內部預設路由規劃(Default Routing)所繞路而導致效能延遲的問題(Network Latency), 還有可能因為企業內部防火牆不允許內部區域網路存在此類型之封包進而丟失封包而造成網路管理的問題。
　　有鑑於上述習知技藝之問題，本發明的目的就是在利用微軟視窗網際網路安全協定應用程式(Microsoft Windows IPSec utility)來建立網際網路安全協定虛擬私有網路(IPSec VPN)的前提下, 解決一般傳統採用網際網路安全協定應用程式(IPSec Utility)所存在的單一網路區段存取性所帶來的不便, 並且更進一步將之衍生為提供跨網路區段存取性的功能, 其採用虛擬網路位址(Virtual IP)的方式也提供了可調配性進而提供網路管理者對於網際網路安全協定虛擬私有網路(IPSec VPN)的封包位址進行控制的方便性。
　　根據本發明之一目的，提出一種具有多網段存取性的資料傳輸系統，其包括一電子系統、一虛擬私有網路路由器及複數個遠端電子系統，電子系統包括一記憶單元、一網路單元及一處理單元，記憶單元包括一虛擬私有網路客戶端程式，係用以模擬一虛擬網路傳輸模組，並設定一虛擬網路位址於虛擬網路傳輸模組，網路單元係提供一網路傳輸模組，處理單元係連接記憶單元與網路單元，虛擬私有網路路由器係與電子系統以網路單元連接，提供電子系統登入一虛擬私有網路，複數個遠端電子系統係連接於虛擬私有網路路由器，並分佈於虛擬私有網路之至少一子網段中，電子系統經由虛擬私有網路路由器得到虛擬網路位址後，連接至位於子網段之遠端電子系統。
　　其中，網路單元係為網路介面卡或網路介面晶片。
　　其中，當電子系統連接至虛擬私有網路路由器時，可經由一網路通道模式，此網路通道模式包括一分離式通道網路及一全通道網路其中之一，分離式通道網路係為虛擬私有網路客戶端程式之部分連線導向虛擬私有網路路由器，而全通道網路則係將虛擬私有網路客戶端程式之連線皆導向虛擬私有網路路由器。
　　其中，虛擬私有網路客戶端程式係經由一網路協定連接至虛擬私有網路路由器，網路協定係為安全連接埠上之超文件傳輸協定或一般超文件傳輸協定。
　　其中，虛擬私有網路客戶端程式與虛擬私有網路路由器建立一網際網路安全協定，此網際網路安全協定係為封包加密處理方式。
　　其中，虛擬網路傳輸模組係為虛擬私有網路客戶端程式模擬之一虛擬網路傳輸介面卡之功能，並可於此虛擬網路傳輸模組設定虛擬網路位址。
　 其中，對應子網段的虛擬網路位址係為屬於子網段的網路位址範圍內。
　 其中，當虛擬網路位址發生重複情況時，則重新連接虛擬私有網路客戶端程式與虛擬私有網路路由器。
　　其中，虛擬私有網路路由器更可選擇性地根據通道網路模式設定一網路地址轉換規則，此網路地址轉換規則係提供非實體網路位址與實體網路位址之對應。
根據本發明之一目的，再提出一種具有多網段存取性的資料傳輸方法，其步驟為先執行一電子系統所設之一虛擬私有網路客戶端程式，虛擬私有網路客戶端程式連接至一虛擬私有網路路由器，虛擬私有網路客戶端程式設定一虛擬網路模組之一虛擬網路位址，再以虛擬私有網路客戶端程式藉由虛擬網路位址，存取虛擬網路位址所對應的至少一子網段。
　　其中，虛擬私有網路係具有子網段，子網段各別具有不同的網路位址範圍，且虛擬私有網路路由器由一虛擬網路位址範圍中選出未被使用的虛擬網路位址，虛擬網路位址範圍係對應子網段之網路位址範圍成。
　 承上所述，依本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法，其可具有一或多個下述優點：
(1) 此具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法可藉由虛擬網路位址的改變存取不同的網段，藉此可提高虛擬私有網路的多重區段存取性。
(2) 此具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法可藉由虛擬私有網路路由器可接受的網路通道，藉此可提高虛擬私有網路的連線彈性。
　　以下將參照相關圖式，說明依本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統及其方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
　　請參閱第1圖，其係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統之架構圖。圖中，電子系統1包括一記憶單元10、一網路單元11及一處理單元12，記憶單元10包括一虛擬私有網路客戶端程式100，用以模擬一虛擬網路傳輸模組(Virtual Interface)，並設定一虛擬網路位址於虛擬網路傳輸模組，網路單元11提供一網路傳輸模組，處理單元12係連接記憶單元10與網路單元11，虛擬私有網路路由器2係與電子系統1之網路單元11連接，提供電子系統1登入一虛擬私有網路3，複數個遠端電子系統30係連接虛擬私有網路路由器2，並分佈於虛擬私有網路3中。
　 電子系統1係先以網路單元11與虛擬私有網路路由器2連接，並使用者可利用虛擬私有網路客戶端程式100，經由一分離式通道網路(Split Tunnel)及一全通道網路(Full Tunnel)連接至虛擬私有網路路由器2，再藉由虛擬私有網路路由器2得到虛擬網路位址，將此虛擬網路位址設定於虛擬網路傳輸模組後，連接至虛擬私有網路3之遠端電子系統30。
　　請參閱第2圖，其係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸方法之第一實施例示意圖。圖中，使用者操作電子系統1之虛擬私有網路客戶端程式，以公開網路位址(Public IP Address)經由網際網路4以安全性網路協定，連接至虛擬私有網路路由器2，當虛擬私有網路路由器2與電子系統1建立連線時，由於電子系統1仍然使用原先之公開網路位址，於習知之虛擬私有網路架構中，這樣帶有原先之公開網路位址之電子系統1只能連到內部網路路由器(Intranet Router)31前端之虛擬區域網路310(Virtual Local Area Network, VLAN)，即為VLAN1，其網路位址範圍介於192.168.1.0/24，並且只能對單一遠端電子系統30作連接，僅能點對點作連接，又後端之虛擬區域網路311、322及323皆無法直接或間接連接，若使用者想運用其他遠端電子系統30的資源，則往往具有極大的限制。
　　本發明為解決這個問題，利用虛擬私有網路客戶端程式100向虛擬私有網路路由器2取得虛擬網路位址，其虛擬網路位址係為虛擬區域網路310、311、322及323網路位址範圍中之網路位址，虛擬區域網路310、311、322及323分別為虛擬私有網路3的各個子網段，如欲存取虛擬區域網路310，則藉由虛擬私有網路路由器2指定給虛擬私有網路客戶端程式100一虛擬網路位址，此虛擬網路位址係介於192.168.1.0至192.168.1.24之間，再連線至虛擬區域網路310，若發生虛擬網路位址與其中之遠端電子系統30發成重複，則再取得一次虛擬網路位址。因此，此電子系統1便可成為虛擬區域網路310之成員，便可適用於網際網路安全協定(Internet Protocol Security, IPSec)之區域安全性原則，與虛擬區域網路310作連接及相關資源之使用，而當使用者欲連線至虛擬區域網路311時，虛擬私有網路路由器2再指定192.168.2.0至192.168.2.24之間的網路位址，送至虛擬私有網路客戶端程式100為虛擬網路位址。
　　復參閱第2圖，由於目前科技產業往往具有不只一個園區或廠房，因此往往具有多個虛擬私有網路，這些虛擬私有網路以虛擬區域網路的方式連接，如圖中之虛擬區域網路322及323，而彼此之間以內部網路路由器32及33作區隔，又以安全考量，彼此以不同的網路地址轉換規則(Network Address Translation, NAT)加強其安全性，當使用者欲連接至虛擬區域網路322及323時，首先必須由虛擬私有網路路由器2給予對應虛擬區域網路322及323網路範圍的網路位址，為虛擬私有網路客戶端程式之虛擬網路位址，如此，電子系統1得到虛擬網路位址後便成為虛擬區域網路322及323之成員，而虛擬私有網路路由器2預先存入虛擬區域網路322及323之網路地址轉換規則，電子系統1便可以網際網路安全協定(Internet Protocol Security, IPSec)之區域安全性原則，與虛擬區域網路322及323作連接及相關資源之使用。
　　而當電子系統1與虛擬私有網路路由器2連結時，一般虛擬私有網路用戶端程式只能以分離式通道網路或全通道網路其中之一連接至虛擬私有網路路由器2，而當虛擬私有網路路由器2只接受其中一種時，往往造成無法連線的問題，本發明加大了使用上之彈性，以虛擬私有網路路由器2進行分離式通道網路或全通道網路之實作。
　　請參閱第3圖，其係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統之分離式通道網路之架構示意圖。圖中，虛擬私有網路客戶端程式100連接至虛擬私有網路2之後，當連接至遠端電子系統30則經過虛擬私有網路路由器2，而當連接至網際網路4時，則直接連接至網際網路，不需經過虛擬私有網路路由器2，可減輕虛擬私有網路路由器2之負擔，不需有額外的頻寬。
　　請參閱第4圖，其係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統之全通道網路之架構示意圖。圖中，圖中，虛擬私有網路客戶端程式100連接至虛擬私有網路2之後，當連接至遠端電子系統30則經過虛擬私有網路路由器2，而當連接至網際網路4時，亦需經過虛擬私有網路路由器2，不再直接連接至網際網路4，可加強虛擬私有網路3之安全性，拒絕與網際網路4產生可能危險之連線。
　　請參閱第5圖，其係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸方法之方法流程圖。圖中，其步驟包括如下：
　　(S11)使用者於一電子系統執行所設之一虛擬私有網路客戶端程式(Virtual Private Network Client, VPN Client)；
　　(S12) 虛擬私有網路客戶端程式以使用者選定之通道網路模式以於安全連接埠上之超文件傳輸協定(Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, HTTPS)或一般超文件傳輸協定(Hypertext Transfer Protocol, HTTP)連接至虛擬私有網路路由器(Virtual Private Network Router, VPN Router)；
　　(S13)虛擬私有網路客戶端程式以一網際網路安全協定(Internet Protocol Security, IPSec)與虛擬私有網路路由器建立連線，並於虛擬私有網路客戶端程式模擬之一虛擬網路傳輸介面(Virtual Interface)設定一虛擬網路位址(Virtual IP)；
　　(S14)虛擬私有網路客戶端程式藉由虛擬網路位址存取虛擬私有網路(Virtual Private Network, VPN)中，此虛擬網路位址所對應之子網段(Subnet)，若此虛擬網路位址與子網段中其他網路位址重複，則回到步驟(S13)重新取得網路位址，若未重複則前進至步驟(S15)；以及
　　(S15)虛擬私有網路客戶端程式於對應虛擬網路位址之子網段進行操作。
　 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧電子系統；
10‧‧‧記憶單元；
100‧‧‧虛擬私有網路客戶端程式；
11‧‧‧網路單元；
12‧‧‧處理單元；
2‧‧‧虛擬私有網路路由器；
3‧‧‧虛擬私有網路；
30‧‧‧遠端電子系統；
31‧‧‧內部網路路由器；
310‧‧‧虛擬區域網路；
311‧‧‧虛擬區域網路；
32‧‧‧內部網路路由器；
322‧‧‧虛擬區域網路；
323‧‧‧虛擬區域網路；
33‧‧‧內部網路路由器；
4‧‧‧網際網路；以及
S11~S15‧‧‧步驟。
第1圖係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸方法之方法流程圖；
第2圖係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統之架構圖；
第3圖係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸方法之第一實施例示意圖；
第4圖係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統之分離式通道網路之架構示意圖；以及
第5圖係為本發明之具有多網段存取性的資料傳輸系統之全通道網路之架構示意圖。
1‧‧‧電子系統
10‧‧‧記憶單元
100‧‧‧虛擬私有網路客戶端程式
11‧‧‧網路單元
12‧‧‧處理單元
2‧‧‧虛擬私有網路路由器
3‧‧‧虛擬私有網路
30‧‧‧遠端電子系統

Claims (20)

  1. 一種具有多網段存取性的資料傳輸系統，其包括：
    一電子系統，其包括：
    　　 一記憶單元，其包括：
    　 　　　 一虛擬私有網路客戶端程式，係用以模擬一虛擬網路傳輸模組，並設定一虛擬網路位址於該虛擬網路傳輸模組；
    　　 一網路單元，係提供一網路傳輸模組；及
    　　 一處理單元，係連接該記憶單元與該網路單元；
    一虛擬私有網路路由器，係與該電子系統之該網路單元連接，提供該電子系統登入一虛擬私有網路；以及
    複數個遠端電子系統，係連接於該虛擬私有網路路由器，該等遠端電子系統係分佈於該虛擬私有網路之至少一子網段中；
    其中，該電子系統係先以該網路單元連接至該虛擬私有網路路由器，再經由該虛擬私有網路路由器得到屬於該至少一子網段之該虛擬網路位址後，並設定於該虛擬網路傳輸模組，連接至該至少一子網段之該等遠端電子系統。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該網路單元係為網路介面卡或網路介面晶片。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該電子系統連接至該虛擬私有網路路由器時，可經由一網路通道模式，該網路通道模式包括一分離式通道網路及一全通道網路其中之一。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該分離式通道網路係為該虛擬私有網路客戶端程式之部分連線導向該虛擬私有網路路由器。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該全通道網路係為該虛擬私有網路客戶端程式之連線皆導向該虛擬私有網路路由器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該虛擬私有網路客戶端程式係經由一網路協定連接至該虛擬私有網路路由器，該網路協定係為於安全連接埠上之超文件傳輸協定或一般超文件傳輸協定。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該虛擬私有網路客戶端程式與該虛擬私有網路路由器建立一網際網路安全協定。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該網際網路安全協定係為封包加密處理方式。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該虛擬網路傳輸模組係為該虛擬私有網路客戶端程式模擬之一虛擬網路傳輸介面卡之功能，並可設定該虛擬網路位址於該虛擬網路傳輸模組。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中對應該至少一子網段的該虛擬網路位址係為屬於該至少一子網段的網路位址範圍內。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中當該虛擬網路位址發生重複時，則重新連接該虛擬私有網路客戶端程式與該虛擬私有網路路由器。
  12. 如申請專利範圍第3項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中更包括該虛擬私有網路路由器選擇性地根據該通道網路模式設定一網路地址轉換規則。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之具有多網段存取性的資料傳輸系統，其中該網路地址轉換規則係提供非實體網路位址與實體網路位址之對應。
  14. 一種具有多網段存取性的資料傳輸方法，係應用於一電子系統，其包括下列步驟：
    執行該電子系統所設之一虛擬私有網路客戶端程式；
    該虛擬私有網路客戶端程式連接至一虛擬私有網路路由器；
    該虛擬私有網路客戶端程式設定一虛擬網路傳輸模組之一虛擬網路位址；以及
    該虛擬私有網路客戶端程式藉由該虛擬網路位址，存取該虛擬網路位址所對應之至少一子網段。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之具有多網段存取性的資料傳輸方法，其中該虛擬私有網路係具有該至少一子網段，該至少一子網段各別具有不同的網路位址範圍。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之具有多網段存取性的資料傳輸方法，其中該虛擬私有網路路由器由一虛擬網路位址範圍中選出未被使用之該虛擬網路位址。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之具有多網段存取性的資料傳輸方法，其中該虛擬網路位址範圍係對應該至少一子網段中之網路位址範圍。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之具有多網段存取性的資料傳輸方法，其中該虛擬私有網路路由器設定之一通道網路模式，該通道網路模式係為一分離式通道網路或一全通道網路。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之具有多網段存取性的資料傳輸方法，其中該分離式通道網路係為於該虛擬私有網路客戶端程式之部分連接皆導向該虛擬私有網路路由器。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之具有多網段存取性的資料傳輸方法，其中該全通道網路係為於該虛擬私有網路客戶端程式之連接皆導向該虛擬私有網路路由器。
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