1-Linux 防火墙基础概念

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1 安全技术和防火墙

1.1 安全技术

  • 入侵检测系统(Intrusion Detection Systems):特点是不阻断任何网络访问,量化、定位来自内外网络的威胁情况,主要以提供报告和事后监督为主,提供有针对性的指导措施和安全决策依据。一般采用旁路部署方式
  • 入侵防御系统(Intrusion Prevention System):以透明模式工作,分析数据包的内容如:溢出攻击、拒绝服务攻击、木马、蠕虫、系统漏洞等进行准确的分析判断,在判定为攻击行为后立即予以阻断,主动而有效的保护网络的安全,一般采用在线部署方式
  • 防火墙( FireWall ):隔离功能,工作在网络或主机边缘,对进出网络或主机的数据包基于一定的规则检查,并在匹配某规则时由规则定义的行为进行处理的一组功能的组件,基本上的实现都是默认情况下关闭所有的通过型访问,只开放允许访问的策略,会将希望外网访问的主机放在 DMZ(demilitarized zone)网络中
防水墙
广泛意义上的防水墙:防水墙(Waterwall),与防火墙相对,是一种防止内部信息泄漏的安全产品。网络、外设接口、存储介质和打印机构成信息泄漏的全部途径。防水墙针对这四种泄密途径,在事前、事中、事后进行全面防护。其与防病毒产品、外部安全产品一起构成完整的网络安全体系。

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1.2 防火墙的分类

按保护范围划分:

  • 主机防火墙:服务范围为当前一台主机
  • 网络防火墙:服务范围为防火墙一侧的局域网

按实现方式划分:

  • 硬件防火墙:在专用硬件级别实现部分功能的防火墙;另一个部分功能基于软件实现,如:华为,天融信,启明星辰,绿盟,深信服, Checkpoint,NetScreen(Juniper2004 年 40 亿美元收购)等
  • 软件防火墙:运行于通用硬件平台之上的防火墙的应用软件,Windows 防火墙 ISA --> Forefront TMG

按网络协议划分:

  • 网络层防火墙:OSI 模型下四层,又称为包过滤防火墙
  • 应用层防火墙/代理服务器:proxy 代理网关,OSI 模型七层

包过滤防火墙

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网络层对数据包进行选择,选择的依据是系统内设置的过滤逻辑,被称为访问控制列表(ACL),通过检查数据流中每个数据的源地址,目的地址,所用端口号和协议状态等因素,或他们的组合来确定是否允许该数据包通过

优点:对用户来说透明,处理速度快且易于维护

缺点:无法检查应用层数据,如病毒等

应用层防火墙
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应用层防火墙/代理服务型防火墙,也称为代理服务器(Proxy Server)

将所有跨越防火墙的网络通信链路分为两段

内外网用户的访问都是通过代理服务器上的“链接”来实现

优点:在应用层对数据进行检查,比较安全

缺点:增加防火墙的负载

提示:现实生产环境中所使用的防火墙一般都是二者结合体,即先检查网络数据,通过之后再送到应用层去检查

1.3 网络架构

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2 Linux 防火墙的基本认识

2.1 Netfilter

Linux 防火墙是由 Netfilter 组件提供的,Netfilter 工作在内核空间,集成在 linux 内核中 Netfilter 是 Linux 2.4.x 之后新一代的 Linux 防火墙机制,是 linux 内核的一个子系统。Netfilter 采用模块化设计,具有良好的可扩充性,提供扩展各种网络服务的结构化底层框架。Netfilter 与 IP 协议栈是无缝契合,并允许对数据报进行过滤、地址转换、处理等操作

Netfilter 官网文档:https://netfilter.org/documentation/

[17:28:01 root@centos8 ~]#grep -m 10 NETFILTER /boot/config-4.18.0-193.el8.x86_64
CONFIG_NETFILTER=y
CONFIG_NETFILTER_ADVANCED=y
CONFIG_BRIDGE_NETFILTER=m
CONFIG_NETFILTER_INGRESS=y
CONFIG_NETFILTER_NETLINK=m
CONFIG_NETFILTER_FAMILY_BRIDGE=y
CONFIG_NETFILTER_FAMILY_ARP=y
# CONFIG_NETFILTER_NETLINK_ACCT is not set
CONFIG_NETFILTER_NETLINK_QUEUE=m
CONFIG_NETFILTER_NETLINK_LOG=m
[17:35:40 root@centos7 ~]#grep -m 10 NETFILTER /boot/config-3.10.0-1127.el7.x86_64
CONFIG_NETFILTER=y
# CONFIG_NETFILTER_DEBUG is not set
CONFIG_NETFILTER_ADVANCED=y
CONFIG_BRIDGE_NETFILTER=m
CONFIG_NETFILTER_NETLINK=m
CONFIG_NETFILTER_NETLINK_ACCT=m
CONFIG_NETFILTER_NETLINK_QUEUE=m
CONFIG_NETFILTER_NETLINK_LOG=m
CONFIG_NETFILTER_NETLINK_QUEUE_CT=y
CONFIG_NETFILTER_SYNPROXY=m
各种Linux发行版本都有

2.2 防火墙工具介绍

2.2.1 iptables

由软件包 iptables 提供的命令行工具,工作在用户空间,用来编写规则,写好的规则被送往 netfilter,告诉内核如何去处理信息包

2.2.2 firewalld

从 CentOS 7 版开始引入了新的前端管理工具

软件包:

  • firewalld
  • firewalld-config

管理工具:

  • firewall-cmd 命令行工具
  • firewall-config 图形工作

2.2.3 nftables(重点)

Netfilter 在内核中选取五个位置放了五个 hook(勾子) function(INPUT、OUTPUT、FORWARD、PREROUTING、POSTROUTING),而这五个 hook function 向用户开放,用户可以通过一个命令工具(iptables)向其写入规则由信息过滤表(table)组成,包含控制 IP 包处理的规则集(rules),规则被分组放在链(chain)上
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提示:从 Linux kernel 4.2 版以后,Netfilter 在 prerouting 前加了一个 ingress 勾子函数。可以使用这个新的入口挂钩来过滤来自第 2 层的流量,这个新挂钩比预路由要早,基本上是 tc 命令(流量控制工具)的替代品

三种报文流向

  • 流入本机:PREROUTING --> INPUT--> 用户空间进程
  • 流出本机:用户空间进程 -->OUTPUT--> POSTROUTING
  • 转发:PREROUTING --> FORWARD --> POSTROUTING

2.3 iptables 的组成

iptables 由五个表 table 和五个链 chain 以及一些规则组成
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链 chain:

  • 内置链:每个内置链对应于一个钩子函数
  • 自定义链:用于对内置链进行扩展或补充,可实现更灵活的规则组织管理机制;只有 Hook 钩子调用自定义链时,才生效

五个内置链 chain:

INPUT,OUTPUT,FORWARD,PREROUTING,POSTROUTING

五个表 table:filter、nat、mangle、raw、security

  • filter:过滤规则表,根据预定义的规则过滤符合条件的数据包,默认表
  • nat:network address translation 地址转换规则表
  • mangle:修改数据标记位规则表
  • raw:关闭启用的连接跟踪机制,加快封包穿越防火墙速度
  • security:用于强制访问控制(MAC)网络规则,由 Linux 安全模块(如 SELinux)实现

优先级由高到低的顺序为:

security -->raw-->mangle-->nat-->filter

表和链对应关系

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数据包过滤匹配流程

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内核中数据包的传输过程

  • 当一个数据包进入网卡时,数据包首先进入 PREROUTING 链,内核根据数据包目的 IP 判断是否需要转送出去
  • 如果数据包是进入本机的,数据包就会沿着图向下移动,到达 INPUT 链。数据包到达 INPUT 链后,任何进程都会收到它。本机上运行的程序可以发送数据包,这些数据包经过 OUTPUT 链,然后到达 POSTROUTING 链输出
  • 如果数据包是要转发出去的,且内核允许转发,数据包就会向右移动,经过 FORWARD 链,然后到达 POSTROUTING 链输出

2.4 netfilter 完整流程

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  • Linux

    Linux 是一套免费使用和自由传播的类 Unix 操作系统,是一个基于 POSIX 和 Unix 的多用户、多任务、支持多线程和多 CPU 的操作系统。它能运行主要的 Unix 工具软件、应用程序和网络协议,并支持 32 位和 64 位硬件。Linux 继承了 Unix 以网络为核心的设计思想,是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

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