圖書館數(shù)字資源遠(yuǎn)程訪問(wèn)系統(tǒng)的搭建

文/申繼年 劉新霞

VPN技術(shù)在圖書館應(yīng)用已久，但是面對(duì)數(shù)字資源種類繁多的授權(quán)訪問(wèn)方式，導(dǎo)致使用過(guò)程中出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，如：Web代理方式的VPN訪問(wèn)國(guó)外的部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)瀏覽器無(wú)法自動(dòng)跳轉(zhuǎn)的情況；僅提供Web訪問(wèn)的VPN無(wú)法滿足客戶端和移動(dòng)端的App的使用；需要安裝瀏覽器插件的VPN無(wú)法在移動(dòng)終端上使用。鑒于此，筆者將圖書館數(shù)字資源的訪問(wèn)方式分為三類：第一類，Web頁(yè)面訪問(wèn)的數(shù)字資源，如大多數(shù)電子數(shù)據(jù)庫(kù)；第二類，客戶端訪問(wèn)，如Endnote、NoteExpress等文獻(xiàn)管理軟件；第三類，移動(dòng)終端訪問(wèn)，如書香中國(guó)、超星等需要在移動(dòng)終端閱讀的電子書。本文旨在選擇一種VPN，可以滿足數(shù)字資源的各類訪問(wèn)要求，提升用戶體驗(yàn)。

VPN技術(shù)的選擇

VPN技術(shù)對(duì)比

目前，VPN技術(shù)主要包括：PPTP、L2TP/IPSec、SSL VPN、OpenVPN和WebVPN幾種，筆者通過(guò)表1對(duì)五種VPN進(jìn)行對(duì)比。

表1 常見VPN技術(shù)比較

PPTP、L2TP/IPSec對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求很高，當(dāng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)存在地址轉(zhuǎn)換設(shè)備時(shí)，將無(wú)法正常連接。目前，最常用的VPN技術(shù)主要為SSL VPN和WebVPN。

WebVPN提供基于Web的內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用訪問(wèn)控制，允許授權(quán)用戶訪問(wèn)只對(duì)內(nèi)網(wǎng)開放的Web應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)類似VPN的功能。區(qū)別于傳統(tǒng)VPN技術(shù)，WebVPN無(wú)需用戶做任何配置或安裝客戶端軟件及瀏覽器插件，直接在網(wǎng)頁(yè)上通過(guò)身份驗(yàn)證即可進(jìn)入內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用，大大降低了使用門檻，提升了用戶體驗(yàn)感。但是，WebVPN只適用于采用B/S架構(gòu)的Web瀏覽器的應(yīng)用，而對(duì)C/S架構(gòu)的客戶端和移動(dòng)端的應(yīng)用無(wú)法支持。

SSL VPN是以SSL協(xié)議為安全基礎(chǔ)的VPN遠(yuǎn)程接入技術(shù)。遠(yuǎn)程用戶使用SSL VPN可以安全方便地接入內(nèi)網(wǎng)，訪問(wèn)內(nèi)網(wǎng)資源；無(wú)需安裝額外軟件，直接使用瀏覽器訪問(wèn)內(nèi)網(wǎng)Web資源，也可以通過(guò)安裝瀏覽器插件，訪問(wèn)其他非Web資源；SSL VPN既支持全局流量，也支持局部流量，根據(jù)不同用戶的身份，分配不同的訪問(wèn)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制。

OpenVPN作為一個(gè)開源軟件，就是一個(gè)典型的SSL VPN應(yīng)用，使用的是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SSL/TLS協(xié)議。OpenVPN不是一個(gè)基于Web代理的應(yīng)用，也不是基于瀏覽器訪問(wèn)，而是需要安裝專門的客戶端，其客戶端可以支持當(dāng)前所有主流終端類型。

OpenVPN技術(shù)

OpenVPN的技術(shù)核心是虛擬網(wǎng)卡，其次是SSL協(xié)議實(shí)現(xiàn)。虛擬網(wǎng)卡工作原理如圖1所示。OpenVPN是一個(gè)基于SSL加密的純應(yīng)用層VPN協(xié)議，是SSL VPN的一種，支持UDP與TCP兩種方式。UDP的效率會(huì)比較高，速度也相對(duì)較快。所以，盡量使用UDP連接方式，如果網(wǎng)絡(luò)延遲高或者丟包嚴(yán)重，再使用TCP連接方式。

圖1 虛擬網(wǎng)卡工作原理

OpenVPN支持全局流量和局部流量?jī)煞N方式，客戶端軟件可以很方便地配合路由表，實(shí)現(xiàn)不同線路的路由選擇，實(shí)現(xiàn)一部分目標(biāo)IP走VPN，另一部分目標(biāo)IP走本地網(wǎng)絡(luò)。

遠(yuǎn)程訪問(wèn)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

OpenVPN功能設(shè)計(jì)

OpenVPN是一個(gè)強(qiáng)大、高度可配置的開源軟件，可以根據(jù)場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行靈活部署。OpenVPN工作在OSI模型的第2層或第3層, 使用SSL/TLS協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，支持多種認(rèn)證方法，如證書、加上用戶名密碼的證書認(rèn)證，還支持與LDAP等認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接；支持多臺(tái)部署以實(shí)現(xiàn)高可用與負(fù)載均衡；不但支持全流量的全路由模式，還支持指定流量的局部路由模式；具有完整的日志記錄功能，支持通過(guò)自定義腳本實(shí)現(xiàn)用戶訪問(wèn)資源的統(tǒng)計(jì)與監(jiān)控。

本文根據(jù)圖書館的業(yè)務(wù)需求，主要在高可用性、局部路由推送、用戶管理和日志監(jiān)控等方面進(jìn)行討論，為其設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 OpenVPN系統(tǒng)架構(gòu)

OpenVPN功能實(shí)現(xiàn)

1.多出口部署

很多高校的校園網(wǎng)采用多出口方案，校園網(wǎng)會(huì)根據(jù)校內(nèi)用戶所訪問(wèn)的外網(wǎng)資源所在ISP而自動(dòng)選擇相應(yīng)的ISP出口。同理，外網(wǎng)用戶訪問(wèn)校內(nèi)資源最快的方式，也是選擇相應(yīng)的校園網(wǎng)ISP出口。

為了讓用戶在外網(wǎng)獲得更快的訪問(wèn)速度，OpenVPN采用多出口部署，OpenVPN服務(wù)器分別在各ISP的出口做IP地址映射。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在出口防火墻的in方向上，做出口IP到OpenVPN服務(wù)器的地址映射，其映射關(guān)系如表2所示。

表2 防火墻出口地址映射表

2.高可用負(fù)載均衡設(shè)計(jì)

OpenVPN采用兩臺(tái)部署，不僅實(shí)現(xiàn)VPN的高可用性，還可以進(jìn)行流量的負(fù)載均衡。負(fù)載均衡采用DNS輪詢方案，配合智能DNS的自動(dòng)應(yīng)答功能，實(shí)現(xiàn)不同ISP用戶請(qǐng)求，返回對(duì)應(yīng)的響應(yīng)地址。

（1）利用DNS實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。每次域名解析請(qǐng)求DNS會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)的負(fù)載均衡算法計(jì)算出一個(gè)不同的IP地址并返回，這樣A記錄中配置多個(gè)服務(wù)器就可以構(gòu)成一個(gè)集群，并可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。如用戶請(qǐng)求openvpn.cpu.edu.cn，DNS根據(jù)A記錄和負(fù)載均衡算法計(jì)算得到一個(gè)IP地址，并返回給用戶，用戶根據(jù)該IP地址，訪問(wèn)真實(shí)的物理服務(wù)器。所有這些操作對(duì)用戶來(lái)說(shuō)都是透明的，用戶可能只知道openvpn.cpu.edu.cn這個(gè)域名即可。

（2）智能DNS根據(jù)來(lái)源IP實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)答。智能DNS技術(shù)能根據(jù)用戶所在網(wǎng)絡(luò)的不同，返回不同的解析結(jié)果。換言之，智能DNS技術(shù)可以智能地判斷訪問(wèn)用戶，然后根據(jù)不同的訪問(wèn)者把域名分別解析成不同的IP地址，從而達(dá)到讓用戶快速訪問(wèn)資源的目的。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶通過(guò)域名對(duì)openvpn.cpu.edu.cn進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，DNS系統(tǒng)根據(jù)用戶不同的源地址，分別做出不同地址的解析。教育網(wǎng)和三大運(yùn)營(yíng)商返回的IP地址為出口防火墻通過(guò)NAT功能將OpenVPN服務(wù)器的IP地址靜態(tài)映射到一個(gè)公網(wǎng)的地址，這樣外網(wǎng)用戶便可高速訪問(wèn)OpenVPN服務(wù)。具體查詢和解析過(guò)程如圖4所示。

圖4 智能DNS查詢解析過(guò)程

DNS的View功能自動(dòng)根據(jù)客戶端IP來(lái)判斷，然后把DNS請(qǐng)求指向分別相對(duì)應(yīng)的區(qū)文件。這樣，教育網(wǎng)用戶解析出教育網(wǎng)的IP，聯(lián)通用戶解析出聯(lián)通的IP，移動(dòng)用戶解析出移動(dòng)的IP，其它用戶解析出電信的IP，使用戶避免跨網(wǎng)訪問(wèn)，從而提高訪問(wèn)速度。

3.用戶端策略路由設(shè)計(jì)

默認(rèn)情況下，VPN連接成功后會(huì)自動(dòng)增加一些路由，并把VPN設(shè)置成默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，客戶端所有的流量都會(huì)通過(guò)VPN來(lái)傳送，這顯然不是很合理。OpenVPN支持局部路由功能，可以指定哪些流量通過(guò)VPN，或者哪些流量不通過(guò)VPN，從而達(dá)到節(jié)省流量和提高訪問(wèn)速度的目的。

當(dāng)校外用戶訪問(wèn)圖書館的數(shù)字資源時(shí)，需要在OpenVPN服務(wù)器的配置文件中將數(shù)字資源對(duì)應(yīng)的IP加入。OpenVPN服務(wù)器向客戶端push路由，客戶端通過(guò)pull指令獲得服務(wù)器push的所有選項(xiàng)并應(yīng)用。例如訪問(wèn)中國(guó)知網(wǎng)CNKI，需要訪問(wèn)www.cnki.net、kns.cnki.net、image.cnki.net、wgcy.cnki.net等域名，通過(guò)DNS解析工具，將域名解析成對(duì)應(yīng)的IP，并加入到配置文件中。同理，其他數(shù)字資源也如此獲得，其部分配置示例如下：

獲取數(shù)字資源IP的方法可以有很多種，比如直接從數(shù)據(jù)商獲得，或者通過(guò)工具查詢獲得。當(dāng)然，OpenVPN也支持用戶在客戶端自己添加路由信息，格式為：route ip/域名，如route www.baidu.com。

4.用戶認(rèn)證與管理

OpenVPN支持靈活的客戶端授權(quán)方式，支持證書、智能卡、用戶名和密碼。圖書館擁有多種數(shù)字資源，并向師生提供VPN服務(wù)，最合適的認(rèn)證方式就是用戶名和密碼認(rèn)證，既簡(jiǎn)單安全又方便管理。用戶名和密碼認(rèn)證既支持內(nèi)建賬號(hào)和密碼，也支持與現(xiàn)有的LDAP或者radius服務(wù)器對(duì)接。本文采用與現(xiàn)有LDAP服務(wù)器進(jìn)行對(duì)接，以實(shí)現(xiàn)用戶的認(rèn)證與管理。

LDAP的實(shí)現(xiàn)方式有很多方式，本文選用最簡(jiǎn)單的方式，即OpenVPN自帶的LDAP插件實(shí)現(xiàn)。

（1）打開/etc/openvpn/server.conf文件，對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行修改，具體示例如下：

（2）打開/etc/openvpn/auth/ldap.conf文件，對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行修改，具體示例如下：

這樣就完成了OpenVPN與負(fù)責(zé)用戶管理的LDAP服務(wù)器對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了VPN和用戶管理兩個(gè)功能的相互獨(dú)立。獨(dú)立的模塊化部署，既穩(wěn)定又安全，用戶新建、刪除，修改密碼、更新屬性等用戶管理操作，在LDAP服務(wù)器上操作即可，避免每一次用戶修改都會(huì)修改OpenVPN服務(wù)器，減少對(duì)VPN服務(wù)穩(wěn)定性的影響。

客戶端配置

客戶端設(shè)置

客戶端配置文件中的remote選項(xiàng)使用域名，即使多條運(yùn)營(yíng)商線路，也可以通過(guò)域名實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選路，而不必針對(duì)不同的運(yùn)營(yíng)商維護(hù)多個(gè)配置文件。

客戶端配置使用用戶名密碼認(rèn)證，用戶名使用ldap認(rèn)證，具體示例如下：

多客戶端的支持

OpenVPN最大的優(yōu)點(diǎn)就在于客戶端操作系統(tǒng)支持比較廣泛，通過(guò)安裝OpenVPN-Client實(shí)現(xiàn)VPN訪問(wèn)，客戶端支持的操作系統(tǒng)幾乎涵蓋了所有的主流系統(tǒng)，包括：Windows、Linux、Mac OS X、Android、IOS和DD-WRT等。

用戶安裝客戶端，需要導(dǎo)入配置文件證書，涉及3個(gè)文件：ca.crt、ta.key(如果不開啟tls-auth，則無(wú)需該文件)、client.ovpn。為了使移動(dòng)端（安卓和蘋果）順利導(dǎo)入配置文件，需要將ca.crt和ta.key合并到client.ovpn中，具體示例如下:

日志與用戶訪問(wèn)監(jiān)控

用戶訪問(wèn)監(jiān)控

OpenVPN為校外師生訪問(wèn)圖書館數(shù)字資源提供穩(wěn)定的VPN服務(wù)的同時(shí)，用戶訪問(wèn)監(jiān)控功能同樣重要。管理員利用該功能，可以更詳細(xì)地了解用戶的登錄與退出時(shí)間，登錄IP和訪問(wèn)URL等信息。這樣一旦出現(xiàn)惡意下載事件，管理員可以利用日志進(jìn)行高效的事件追蹤。本文根據(jù)OpenVPN的日志，利用自定義腳本統(tǒng)計(jì)用戶的登錄與退出等信息。

1.記錄用戶撥入腳本

建立/etc/openvpn/connect文件，具體示例如下：

2.記錄用戶退出腳本

建立/etc/openvpn/disconnect文件，具體示例如下：

3.修改OpenVPN服務(wù)器配置文件，啟用腳本

打開/etc/openvpn/server.conf文件，對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行修改，具體示例如下：

這樣每天就會(huì)在/var/log/openvpn下面建立文件名為2020-12-27這樣的文件，該文件記錄了當(dāng)天登錄OpenVPN的用戶名和時(shí)間，輸出如下：

定時(shí)報(bào)表

通過(guò)郵件將用戶訪問(wèn)日志定時(shí)發(fā)送給管理員，可以讓管理員詳細(xì)了解每天用戶的訪問(wèn)情況。

1.創(chuàng)建發(fā)信腳本

新建/etc/openvpn/mail2admin文件，編輯內(nèi)容，具體示例如下：

2.定時(shí)發(fā)信

建立cron工作表，每天定時(shí)23：55發(fā)送當(dāng)天的日志給管理員，具體示例如下：

筆者借鑒OpenVPN在其他行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建低成本、易實(shí)施、高效率的數(shù)字資源遠(yuǎn)程訪問(wèn)系統(tǒng)。由于OpenVPN是開源的，并且在設(shè)計(jì)之初就充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，所以在VPN的基礎(chǔ)上可以很方便地?cái)U(kuò)展。例如：用戶連接數(shù)、日志審計(jì)等方面。高校圖書館可以進(jìn)一步探索OpenVPN的功能，尤其是在數(shù)字資源訪問(wèn)量統(tǒng)計(jì)上做深入的開發(fā)，可以通過(guò)程序監(jiān)控用戶訪問(wèn)特定資源的時(shí)間和數(shù)量，對(duì)特定數(shù)字資源進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)有可能被資源提供商視為“違規(guī)”下載的用戶行為給予提醒和及時(shí)制止，避免因懲罰影響廣大用戶的合理使用。同時(shí)，也為圖書館數(shù)字資源建設(shè)、評(píng)估、采購(gòu)等提供有力依據(jù)。