CC BY
42
ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И УПРАВЛЕНИЕ
Н. С. Хохлов, С. В. Канавин, м. Ю. Журавлев
доктор технических наук, кандидат технических профессор наук
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАЩИЩЕННОГО КАНАЛА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ОРГАНОВ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТУРЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТРАФИКА
SIMULATION OF A PROTECTED SATELLITE COMMUNICATION CHANNEL OF INTERNAL AFFAIRS USING TRAFFIC OPTIMIZATION DEVICE
В статье рассматривается моделирование защищенного канала спутниковой связи органов внутренних дел с использованием аппаратуры оптимизации трафика. Предложена методика проведения моделирования защищенного канала спутниковой связи органов внутренних дел с использованием аппаратуры оптимизации трафика. Показана возможность организации защищенного канала спутниковой связи на основе средств криптографической защиты информации с возможностью оптимизации сетевого трафика.
The article discusses the modeling of a secure satellite communication channel of internal affairs bodies using traffic optimization equipment. A technique for modeling a secure satellite communication channel of internal affairs bodies using traffic optimization equipment is proposed. The possibility of organizing a secure satellite communication channel based on means of cryptographic information protection with the possibility of optimizing network traffic is shown.
Введение. Оперативное развертывание сети спутниковой связи Министерства внутренних дел Российской Федерации в масштабе всей страны эффективно реализовано с применением технологии VSAT. Уникальность геостационарной орбиты в основном
25
определяется глобальной зоной покрытия спутника, достигаемой благодаря значительной высоте 36 000 км над землей [1, 2]. Сеть спутниковой связи органов внутренних дел Российской Федерации является составной частью интегрированной мультисервисной телекоммуникационной системы (ИМТС), построена на базе геостационарных спутников-ретрансляторов, состоит из центральной земной станции спутниковой связи (ЦЗССС) и спутниковых терминалов (малых земных станций спутниковой связи (МЗССС)), установленных по месту дислокации органов внутренних дел Российской Федерации [3]. Зона потенциального обслуживания ЦЗССС определяется зоной покрытия используемого космического аппарата. В настоящий момент для связи применяется спутник «Ямал-402», обеспечивающий покрытие европейской территории Российской Федерации и Сибири.
ПК
Рис. 1. Схема подключения к ресурсам ИСОД с использованием спутниковых каналов связи
В ряде случаев канал связи реализуется до региональных баз данных. При этом трафик от VSAT терминала на удаленном объекте передается на ЦЗССС через космический аппарат, разворачивается на пограничном маршрутизаторе ЦЗССС обратно в спутниковый сегмент сети и передается снова через космический аппарат на VSAT станцию, подключенную к региональным базам данных. Таким образом, трафик передается в два спутниковых скачка, что увеличивает задержку в передаче данных в два раза.
В настоящее время в МВД России активно используется спутниковый канал связи. Данный вид связи позволяет организовать канал связи между малыми земными станциями, расположенными на больших расстояниях, и делает возможным обслуживание абонентов в труднодоступных и удаленных местах дислокации. В рамках развития сети связи специального назначения МВД России, спутниковые решения могут обеспечить реализацию задач по организации связи в интересах:
- подразделений и объектов МВД России на всей территории РФ;
- ситуационных центров, центров обработки данных (ЦОД);
- мобильных центров управления;
- подразделений МВД России в местах возникновения ЧС и проведения антитеррористических операций;
- необслуживаемых контрольных пунктов;
- постов ГИБДД;
- мобильных групп.
Стационарный объект представляет собой антенную систему с диаметром зеркала 1,2, 1,8 метра с приёмником LNB PLL, передатчиком 4 Ватта. На узлах связи, в непосредственной близости от антенного поста, устанавливается модем SkyEdge II, а оконечное оборудование выполнено на базе 4-портового IP-маршрутизатора. Все объекты обеспеченны системой резервного питания (ИБП) с дополнительными аккумуляторными батареями, которые справляются с задачей по поддержанию работоспособности станции спутниковой связи в случае отключения основной питающей электрической сети до момента запуска резервных генераторов на объекте. Скорость спутникового канала связи единой системы информационно-аналитического обеспечения деятельности (ИСОД) МВД России составляет 2 Мб/с. Такой скорости достаточно для работы сотрудника полиции с сервисами ИСОД МВД России.
Основными способами обеспечения безопасности передачи информации в спутниковом канале от абонента к абоненту являются: ограничение физического доступа к каналу связи; применение аппаратно-программных средств защиты информации [4, 5, 6]. Для полноценной работы пользователей в сервисах ИСОД МВД России и возможности использования спутникового канала связи необходимо применение шифрования передаваемой информации после приема трафика спутниковым модемом. С учетом применения криптографических преобразований передаваемой информации скорость передачи значительно уменьшается, что затрудняет работу сотрудника полиции в сервисах ИСОД. Данную проблему можно решить, применяя аппаратуру оптимизации сетевого трафика.
Оптимизаторы wide area network (WAN) соединений наряду с выполнением кэширования и сжатия сетевого трафика оптимизируют протоколы от сетевого до прикладного уровня, что позволяет гораздо эффективнее использовать пропускную способность WAN каналов и добиться многократного ускорения работы распределенных приложений. В России наиболее известны аппаратно-программные комплексы оптимизации сетевого трафика от компаний производителей Riverbed, Cisco, Juniper, BlueCoat. К основным методам WAN оптимизации относятся: сжатие данных; дедупликация; кэширование файлов; Forward Error Correction; оптимизация работы протоколов TCP/IP; оптимизация сетевого взаимодействия приложений; управление загрузкой канала связи [7].
Проведем тестирование аппаратуры оптимизации трафика с целью увеличения скорости передачи информации после шифрования. В качестве примера рассмотрим методы оптимизации трафика с использованием средств защиты информации в компьютерной системе, предложенные в работе [8]. Для определения влияния средств криптографической защиты информации на параметры сетевого трафика, проходящего по спутниковым каналам связи, необходимо провести моделирование принципиально различных схем подключения к защищаемым ресурсам.
Методика проведения моделирования защищенного канала спутниковой связи органов внутренних дел с использованием аппаратуры оптимизации трафика
Моделирование нужно проводить с учетом нормальных погодных условий, не влияющих на характеристики спутниковых каналов связи. Логика моделирования строится на переключении одного и того же автоматизированного рабочего места пользователя между несколькими различными каналами связи: незащищенный, защищенный, защищенный оптимизированный.
Целью моделирования является оценка влияния используемых средств криптографической защиты информации (СКЗИ) на пропускную способность спутниковых каналов связи с учетом предложений разработчиков соответствующего программного обеспечения и программно-аппаратных комплексов, а также с учетом внедрения сетевых оптимизаторов трафика. В качестве оптимизатора трафика при моделировании будем использовать решение Riverbed Technology, сервер серии Steelhead. Принцип действия предлагаемых устройств основывается на системе Riverbed Optimization System (RiOS), ядром которой являются алгоритмы блочной оптимизации Transaction Predicition (предсказание пересылки) и Scalable Data Referencing (SDR) для оптимизации TCP трафика, что обеспечивает значительное увеличение скорости обмена информации между узлами сети [9]. ПАК ViPNet Coordinator HW 100 и ПАК ViPNet Coordinator HW 2000 в схеме моделирования будут осуществлять функции СКЗИ.
Специализированный стенд для проведения моделирования защищенного канала спутниковой связи органов внутренних дел условно состоит из трех подключаемых зон ответственности:
- зона пользователя, подключаемая к спутниковому модему удаленной точки доступа;
- зона информационной системы, включающая в себя ресурсы ИСОД МВД России, подключаемые к центральной земной станции спутниковой связи «ИМТС Космос»;
- зона спутникового канала связи.
Ы •»•)--—►[_*)-
Спутниковый ЦЗССС
модем
Рис. 2. Подключение АРМ к сервисам ИСОД МВД России без использования СКЗИ
Во всех трех зонах для выявления причин падения и повышения пропускной способности канала связи необходимо установить и использовать программу-анализатор сетевого трафика Wireshark, а также встроенные анализаторы апробируемых СКЗИ. Для сравнения результатов подключения к сервисам ИСОД можно использовать структурные схемы реализации трех типов.
На рис. 3 показана схема установки СКЗИ ПАК ViPNet Coordinator в зонах пользователя и в зоне информационной системы.
Схема на рис. 4 учитывает установку дополнительного оборудования — сетевых оптимизаторов трафика.
В зоне пользователя установлен ПАК ViPNet Coordinator HW 100, а в зоне информационной системы установлен ПАК ViPNet Coordinator HW 2000.
Спутниковый ЦЗССС
модем
Рис. 3. Подключение АРМ к сервисам ИСОД МВД России с использованием СКЗИ
Рис. 4. Подключение АРМ к ресурсам ИСОД МВД России с использованием СКЗИ и оптимизацией трафика
Установка может осуществляться «в разрез» трафика по пути следования оптимизированного потока данных с учетом всех требований информационной безопасности к типовому автоматизированному рабочему месту (АРМ) ИСОД МВД России. Для первичного анализа полученных замеров достаточно сравнить tcpdump с точек, указанных на рис. 5. Точки захвата сетевого трафика—это сетевая карта типового АРМ ИСОД МВД России и точка обработки трафика на ЦЗССС.
Учитывая рекомендации разработчиков АО «Инфотекс», СКЗИ будет обновлено до версии 4.3.2.-3404 (HW2000) и 4.3.2-3446 (HW100), данное программное обеспечение сертифицировано по линии ФСБ России, но в МВД России в настоящее время только ожидается его поступление [10]. Для регулировки передачи зашифрованных данных за одну итерацию возьмем изменение максимального размера полезного блока данных одного пакета (MTU) на СКЗИ до значения 1400 байт.
Рис. 5. Места установки анализатора трафика
Проверка работы сервисов ИСОД может осуществляться на пользовательском уровне посредством использования стандартных сервисов ИСОД МВД России: ВИСП, СЭД, СЭП, СВКС-М, дополнительного FTP-сервера и SFTP-сервера и инструментов замера трафика, встроенных в описанные сервисы. Некоторые графики зависимости динамического изменения скорости от времени представлены на рис. 6—11 (по оси ординат — скорость загрузки данных в битах в секунду, по оси абсцисс — время в секундах). Выдержки соответствующих результатов из обширной экспериментальной базы моделирования представлены в таблице.
При выполнении моделирования п. 5, 6 наблюдается резкое изменение скорости, если загрузка файла осуществляется второй и более итерацией (скорость достигала 15 МБ/с). По информации от производителей аппаратуры оптимизации трафика, данный эффект дает само оборудование, сохраняя ранее переданные файлы в памяти устройства. В случае моделирования «защищенный оптимизированный СКС» п.п. 2, 3 показатели скорости выше пропускной способности канала, что может демонстрировать неэффективность встроенного инструмента замера скорости.
Для выявления эффектов оптимизации в результатах моделирования из таблицы используются файлы, отличные друг от друга типами и размерами.
Рис. 6. График зависимости динамического изменения скорости от времени (незащищенный спутниковый канал связи, загрузка файла с ПК на сервер
ИСОД МВД России)
Сравнительный анализ методов моделирования
№ п/п Метод моделирования Спутниковый канал связи Защищенный СКС Защищенный оптимизированный СКС
1 ftp-сервер (загрузка файла с ПК на сервера ИСОД) 11 МБ (-0,24 МБ/с) 11 МБ (-0,129 МБ/с) 11 МБ (-0,647 МБ/с)
2 СВКС-М (встроенный тест скорости) Ограничение: ADSL-1 вх:3435 кб исх:1742 кб Ограничение: ADSL-1 вх:1447 кб исх:1386 кб Ограничение: ADSL-1 вх:15972 кб исх: 7374 кб
3 СЭД (встроенный тест скорости) вх: 1,7 мб/с исх: 8,38 мб/с вх: 0,23 мб/с исх: 8,37 мб/с вх: 14,45 мб/с исх: 8,63 мб/с
4 Настройка типового рабочего места (встроенный тест скорости) вх: 2,36 МБ/с исх:0,76 МБ/с вх: 0,29 МБ/с исх:0,22 МБ/с вх: 0,10 МБ/с исх: 0,03 МБ/с
5 СЭП (загрузка файла с ПК на сервера ИСОД) 11 МБ (-0,22 МБ/с) 11 МБ (-0,134 МБ/с) 11 МБ (-2,75 МБ/с)
6 СЭП (загрузка файла с сервера ИСОД на ПК) 11 МБ (-0,73 МБ/с) 11 МБ (-0,189 МБ/с) 11 МБ (-1,46 МБ/с)
7 СВКС-М (тестовый сеанс связи) распознается видео и аудио, задержки в 0,5-1 секунду распознается видео и аудио, задержки в 515 секунд распознается видео и аудио, задержки в 3-5 секунд
Использование СКЗИ демонстрирует частые потери скорости на СКС (рис. 7), но при этом наличие сетевого оптимизатора благоприятно сказывается на передаче данных, но не доводит показатели скорости до первоначальных значений (рис. 8).
г-5000000
405 605 805 1 005 1 205
Рис. 7. График зависимости динамического изменения скорости от времени (спутниковый канал связи с использованием СКЗИ, загрузка файла с ПК на сервер ИСОД МВД России)
Рис. 8. График зависимости динамического изменения скорости от времени (спутниковый канал связи с использованием СКЗИ и оптимизацией трафика, загрузка файла с ПК на сервер ИСОД МВД России)
Рис. 9. График зависимости динамического изменения скорости от времени (незащищенный спутниковый канал связи при осуществлении загрузки файла с сервера
ИСОД МВД России на ПК)
Рис. 10. График зависимости динамического изменения скорости от времени (спутниковый канал связи с использованием СКЗИ при осуществлении загрузки файла
с сервера ИСОД МВД России на ПК)
Рис. 11. График зависимости динамического изменения скорости от времени (спутниковый канал связи с использованием СКЗИ и оптимизацией трафика СКЗИ при загрузке файла с сервера ИСОД МВД России на ПК)
В случае со скачиванием файла с соответствующих ресурсов картина похожая, но значения скоростей гораздо меньше, чем при загрузке файла на сервер (рис. 9—11), из чего можно сделать вывод, что для устранения возможных причин асимметрии загрузки данных рекомендуется учитывать требования по настройке и конфигурированию сетевых оптимизаторов трафика. Применение данного оборудования целесообразно в распределенных ведомственных сетях для передачи данных по спутниковым каналам между удаленными подразделениями органов внутренних дел. В этом случае объем передаваемого трафика снижается в 3-5 раз, а пиковая скорость передачи данных возрастает.
Вывод. Результаты моделирования защищенного канала спутниковой связи органов внутренних дел с использованием аппаратуры оптимизации трафика позволяют сделать вывод о том, что аппаратура оптимизации работает и позволяет улучшить параметры пропускной способности защищенного канала спутниковой связи. Использование защищенного канала спутниковой связи для доступа к сервисам ИСОД МВД России в совокупности с сетевой оптимизацией трафика позволяет повысить эффективность передачи данных. В настоящий момент оптимизация защищенного канала спутниковой связи со стороны СКЗИ не требует модернизации оборудования, а лишь показывает эффективность включения в состав защищенного спутникового канала связи аппаратуры оптимизации сетевого трафика.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ляшенко С. Н., Бокова О. И., Канавин С. В. Использование спутниковых каналов связи в интересах МВД России // Общественная безопасность, законность и правопорядок в III тысячелетии. — 2016. — № 1. — С. 189—194.
2. Канавин С. В., Лукьянов А. С., Дзогоев А. Р. Организация мобильной видеоконференцсвязи с использованием аппаратуры VSAT // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. — 2017. — Т. 1. — С. 472—476.
3. Об утверждении структуры и системы адресации интегрированной мультисервисной телекоммуникационной сети Министерства внутренних дел Российской Федерации : приказ МВД России от 23.09.2015 № 926 / СПС «КонсультантПлюс».
4. Гурлев И. В. Методы и способы обеспечения безопасности информации, передаваемой по спутниковой сети технологии VSAT // Науковедение : интернет-журнал. — 2017. — Т. 9. — № 3. — С. 77.
5. Спутниковые системы связи : учебное пособие для вузов / под ред. А. М Сомова. — М. : Горячая линия - Телеком, 2015. — 244 с.
6. Канавин С. В., Бокова О. И., Хохлов Н. С. Обучение потребителей аппаратуры ГЛОНАСС на основе аппаратно-программного моделирующего комплекса навигационно-мониторинговых систем для управления подвижными объектами // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. — 2017. — №. 4. — С. 32.
7. Тавлинский Д. А., Чикин Р. В. Анализ состояния и перспективы развития методов WAN-оптимизации сетевого трафика // Научная мысль. — 2018. — Т. 4. — № 2. — С. 55—64.
8. Федорова В. А., Моисеева Т. А., Колягина И. А. Анализ влияния средств защиты информации на пропускную способность сети // Радиопромышленность. — 2018. — № 1. — С. 68—73.
9. Riverbed Technology [Электронный ресурс]. — URL: http://www.ctsc-orp.ru/riverbed-technology (дата обращения: 10.08.2021).
10. ViPNet Coordinator HW [Электронный ресурс]. — URL: https://in-fotecs.ru/product/setevye-komponenty/vipnet-coordinator-hw (дата обращения: 10.08.2021).
REFERENCES
1. Lyashenko S. N., Bokova O. I., Kanavin S. V. Ispol'zovanie sputnikovy'x kanalov svyazi v interesax MVD Rossii // Obshhestvennaya bezopasnost', zakonnost' i pravoporyadok v III ty'syacheletii. — 2016. — № 1. — S. 189—194.
2. Kanavin S. V., Luk'yanov A. S., Dzogoev A. R. Organizaciya mobil'noj videokonferenczsvyazi s ispol'zovaniem apparatury' VSAT // Problemy' obespecheniya bezopasnosti pri likvidacii posledstvij chrezvy' chajny'x situacij. — 2017. — T. 1. — S. 472—476.
3. Ob utverzhdenii struktury' i sistemy' adresacii integrirovannoj mul'tiservisnoj telekommunikacionnoj seti Ministerstva vnutrennix del Rossijskoj Federacii : prikaz MVD Rossii ot 23.09.2015 № 926 / SPS «KonsuPtantPlyus».
4. Gurlev I. V. Metody' i sposoby' obespecheniya bezopasnosti informacii, peredavaemoj po sputnikovoj seti texnologii VSAT // Naukovedenie : internet-zhurnal. — 2017. — T. 9. — № 3. — S. 77.
5. Sputnikovy'e sistemy' svyazi : uchebnoe posobie dlya vuzov / pod red. A. M. Somova. — M. : Goryachaya liniya - Telekom, 2015. — 244 s.
6. Kanavin S. V., Bokova O. I., Xoxlov N. S. Obuchenie potrebitelej apparatury' GLONASS na osnove apparatno-programmnogo modeliruyushhego kompleksa navigacionno-monitoringovy'x sistem dlya upravleniya podvizhny'mi ob''ektami // Modelirovanie, optimizaciya i informacionny'e texnologii. — 2017. — №. 4. — S. 32.
7. Tavlinskij D. A., Chikin R. V. Analiz sostoyaniya i perspektivy' razvitiya metodov WAN-optimizacii setevogo trafika // Nauchnaya my'sl'. — 2018. — T. 4. — № 2. — S. 55—64.
8. Fedorova V. A., Moiseeva T. A., Kolyagina I. A. Analiz vliyaniya sredstv zashhity' informacii na propusknuyu sposobnost' seti // Radiopromy'shlennost'. — 2018. — № 1. — S. 68—73.
9. Riverbed Technology [E'lektronny'j resurs]. — URL: http://www.ctscorp.ru/river-bed-technology (data obrashheniya: 10.08.2021).
10. ViPNet Coordinator HW [E'lektronny'j resurs]. — URL: https://info-tecs.ru/product/setevye-komponenty/vipnet-coordinator-hw (data obrashheniya: 10.08.2021).
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Хохлов Николай Степанович. Профессор кафедры инфокоммуникационных систем и технологий. Доктор технических наук, профессор.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: nikolayhohlov@rambler.ru
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. +7 (473) 200-52-25.
Канавин Сергей Владимирович. Доцент кафедры инфокоммуникационных систем и технологий. Кандидат технических наук.
Воронежский институт МВД России. E-mail: sergejj-kanavin@rambler.ru
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. +7 (473) 200-52-29.
Журавлев Максим Юрьевич. Специалист отделения конфиденциальной связи и криптозащиты интегрированной мультисервисной телекоммуникационной системы центра специальной связи. Главный центр связи и защиты информации МВД России. E-mail: maksim_zhuravlev_99@list.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Житная, 16. Тел. +7 (495) 667-66-36.
Khokhlov Nikolay Stepanovich. Professor of the chair of Infocommunication Systems and Technologies. Doctor of Technical Sciences, Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia. E-mail: nikolayhohlov@rambler.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. +7 (473) 200-52-25.
Kanavin Sergey Vladimirovich. Associate Professor of the chair of Infocommunication Systems and Technologies. Candidate of Technical Sciences.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia. E-mail: sergej_j-kanavin@rambler.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. +7 (473) 200-52-29.
Zhuravlev Maxim Yurievich. Specialist of the Department of Confidential Communications and Crypto Protection of the Integrated Multiservice Telecommunication System of the Special Communications Center.
Main center of communication and information protection of the Ministry of Internal Affairs of Russia. E-mail: maksim_zhuravlev_99@list.ru
Work address: Russia, 119991, Moscow, Zhitnaya Str., 16. Tel. +7 (495) 667-66-36.
Ключевые слова: защита информации; спутниковый канал связи; средства криптографической защиты информации; пропускная способность; оптимизация сетевого трафика; моделирование.
Key words: information protection; satellite communication channel; means of cryptographic information protection; bandwidth; network traffic optimization; modeling.
УДК 621.396.62
