基于LINUX操作系統(tǒng)的防火墻技術及其具體實現(xiàn)

基于LINUX操作系統(tǒng)的防火墻技術及其具體實現(xiàn)

摘要本文介紹了LINUX下常用的防火墻規(guī)則配置軟件Ipchains；從實現(xiàn)原理、配置方法以及功能特點的角度描述了LINUX防火墻的三種功能；并給出了一個LINUX防火墻實例作為參考。關鍵字

LINUX防火墻ipchains包過濾代理IP偽裝1

前言防火墻作為網(wǎng)絡安全措施中的一個重要組成部分，一直受到人們的普遍關注。LINUX是這幾年一款異軍突起的操作系統(tǒng)，以其公開的源代碼、強大穩(wěn)定的網(wǎng)絡功能和大量的免費資源受到業(yè)界的普遍贊揚。LINUX防火墻其實是操作系統(tǒng)本身所自帶的一個功能模塊。通過安裝特定的防火墻內(nèi)核，LINUX操作系統(tǒng)會對接收到的數(shù)據(jù)包按一定的策略進行處理。而用戶所要做的，就是使用特定的配置軟件（如ipchains）去定制適合自己的“數(shù)據(jù)包處理策略”。2

LINUX防火墻配置軟件—IpchainsIpchains是LINUX2.1及其以上版本中所帶的一個防火墻規(guī)則管理程序。用戶可以使用它來建立、編輯、刪除系統(tǒng)的防火墻規(guī)則。但通常，需要自己創(chuàng)建一個防火墻規(guī)則腳本/etc/rc.d/rc.firewall，并使系統(tǒng)啟動時自動運行這個腳本。一個LINUX防火墻系統(tǒng)的安全機制是通過Input、Output、Forward這三個“防火鏈”來實現(xiàn)的。而用戶正是使用ipchains在這三個“鏈”上分別創(chuàng)建一套“防火規(guī)則”，來完成對到來數(shù)據(jù)包層層限制的目的，其組織結構如圖1所示。

其中，每個鏈都包括一組由用戶創(chuàng)建的過濾規(guī)則，數(shù)據(jù)包依次到達每個鏈，并比較其中的每條規(guī)則，直到找出匹配規(guī)則并執(zhí)行相應策略（如通過、拒絕等），否則執(zhí)行默認策略。實際中，數(shù)據(jù)包在到達Input鏈之前還要進行測試和正常性檢查，在到路由表之前還要被判斷是否被偽裝，這些，在本圖中都被省略了。Ipchains經(jīng)常使用的命令行格式如下：Ipchains–Achain[–iinterface][–pprotocol][[!]-y][–ssource-ip[port]][-ddestination-ip[port]]–jpolicy[-l]對各選項的說明如下表：-A<chain>

添加一規(guī)則到鏈尾。chain可為input、output、forward。-i<interface>

指定本規(guī)則適用的網(wǎng)絡接口。通常有eth0、eth1、lo、ppp0等。-p<protocol>

指定本規(guī)則適用的IP協(xié)議，如tcp、udp、icmp等。[!]–y

-y表明tcp握手中的連接請求標志位SYN;!–y表示對該請求的響應。-ssrc-ip[port]

指明數(shù)據(jù)包的源IP地址，port表示本規(guī)則適用的端口號。-ddst-ip[port]

指明數(shù)據(jù)包的目的IP地址及端口號。-jpolicy

指定本規(guī)則對匹配數(shù)據(jù)包的處理策略：ACCEPT、DENY或REJECT。-l

在系統(tǒng)日志/var/log/messages中記錄與該規(guī)則匹配的數(shù)據(jù)包。3

LINUX防火墻的幾種常見功能由于每一個用戶的要求和所處的環(huán)境都不一樣，LINUX防火墻會根據(jù)用戶的設置實現(xiàn)各種不同的功能。但一般說來，以下三種功能是大多數(shù)用戶最常用到的。3.1包過濾對數(shù)據(jù)包進行過濾可以說是任何防火墻所具備的最基本的功能，而LINUX防火墻本身從某個角度也可以說是一種“包過濾防火墻”。在LINUX防火墻中，操作系統(tǒng)內(nèi)核對到來的每一個數(shù)據(jù)包進行檢查，從它們的包頭中提取出所需要的信息，如源IP地址、目的IP地址、源端口號、目的端口號等，再與已建立的防火規(guī)則逐條進行比較，并執(zhí)行所匹配規(guī)則的策略，或執(zhí)行默認策略，這個過程在圖1中已經(jīng)形象的表現(xiàn)出來。值得注意的是，在制定防火墻過濾規(guī)則時通常有兩個基本的策略方法可供選擇：一個是默認允許一切，即在接受所有數(shù)據(jù)包的基礎上明確地禁止那些特殊的、不希望收到的數(shù)據(jù)包；還有一個策略就是默認禁止一切，即首先禁止所有的數(shù)據(jù)包通過，然后再根據(jù)所希望提供的服務去一項項允許需要的數(shù)據(jù)包通過。一般說來，前者使啟動和運行防火墻變得更加容易，但卻更容易為自己留下安全隱患。通過在防火墻外部接口處對進來的數(shù)據(jù)包進行過濾，可以有效地阻止絕大多數(shù)有意或無意地網(wǎng)絡攻擊，同時，對發(fā)出的數(shù)據(jù)包進行限制，可以明確地指定內(nèi)部網(wǎng)中哪些主機可以訪問互聯(lián)網(wǎng)，哪些主機只能享用哪些服務或登陸哪些站點，從而實現(xiàn)對內(nèi)部主機的管理?？梢哉f，在對一些小型內(nèi)部局域網(wǎng)進行安全保護和網(wǎng)絡管理時，包過濾確實是一種簡單而有效的手段。3.2代理LINUX防火墻的代理功能是通過安裝相應的代理軟件實現(xiàn)的。它使那些不具備公共IP的內(nèi)部主機也能訪問互聯(lián)網(wǎng)，并且很好地屏蔽了內(nèi)部網(wǎng)，從而有效保障了內(nèi)部主機的安全。為了清楚地描述這一重要功能的實現(xiàn)過程，特假設以下典型情況，如圖2所示：

steven為內(nèi)部網(wǎng)中一臺IP是的主機，其上安裝有IE5.0瀏覽器，并配置為使用防火墻主機：8080作為代理。firewall就是我們討論的LINUX防火墻，有兩個網(wǎng)絡接口，分別是內(nèi)部接口eth1=、外部接口eth0=。在firewall主機上安裝有Web代理軟件“squid”，并配置其代理端口為8080。為263網(wǎng)站的Web服務器，IP為31，Web服務端口80。如果要從steven主機訪問263的主頁，其具體的通信過程如圖中所示：（1）IE通過steven的非專用端口1110(在1024~65535之間隨機產(chǎn)生)與防火墻的代理端口8080建立連接，請求“”頁面。（2）squid代理接收到請求后，先查找域名“”，得到地址31(該步驟圖中省略)，然后通過防火墻端口1050與該地址的80端口建立一個連接，請求頁面。（3）服務器接到請求后將頁面?zhèn)鹘osquid代理。（4）防火墻代理得到頁面后，把數(shù)據(jù)復制到（1）中所建立的連接上，IE得到數(shù)據(jù)并將“”頁面顯示出來。

通過以上描述，可以清楚地了解到內(nèi)部主機、LINUX代理防火墻以及外部服務器之間是如何進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模敲?，在LINUX防火墻內(nèi)部，那些“防火鏈”又是如何工作的呢？其工作過程如圖3所示：

steven主機發(fā)來的數(shù)據(jù)包經(jīng)由內(nèi)部接口eth1進來后，首先接受INPUT鏈的“檢查”：系統(tǒng)內(nèi)核從包頭中提取出信息，與INPUT鏈中所有適用于eth1接口的過濾規(guī)則逐個比較，直到匹配通過。之后，該數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)發(fā)給本地的代理進程。同樣，代理進程發(fā)送給遠程Web服務器的數(shù)據(jù)包在從防火墻外部接口發(fā)送出去之前，也要經(jīng)過OUTPUT鏈的“檢查”，即與OUTPUT鏈中所有適用于eth0接口的規(guī)則一一比較。返回的過程正好與上述相反，在此就不再贅述為了實現(xiàn)以上過程，我們必須在防火墻規(guī)則腳本中添加以下規(guī)則：ipchains–Ainput–ieth1–ptcp–s1110–d8080–jACCEPTipchains–Aoutput–ieth0–ptcp–s1050–d3180–jACCEPTipchains–Ainput–ieth0–ptcp!-y–s3180–d1050–jACCEPTipchains–Aoutput–ieth1–ptcp!–y–s8080–d1110–jACCEPT

從上文對代理功能的原理和實現(xiàn)的敘述中，我們可以看出，LINUX防火墻實際上扮演了一個“代理網(wǎng)關”的角色。內(nèi)部主機和遠程服務器分別都只與防火墻進行連接，而真正的“起點”和“終點”之間卻毫無聯(lián)系。3.3IP偽裝IP偽裝（IPMasquerade）是LINUX操作系統(tǒng)自帶的又一個重要功能。通過在系統(tǒng)內(nèi)核增添相應的偽裝模塊，內(nèi)核可以自動地對經(jīng)過的數(shù)據(jù)包進行“偽裝”，即修改包頭中的源目的IP信息，以使外部主機誤認為該包是由防火墻主機發(fā)出來的。這樣做，可以有效解決使用內(nèi)部保留IP的主機不能訪問互聯(lián)網(wǎng)的問題，同時屏蔽了內(nèi)部局域網(wǎng)。這一點，與前面所講的代理所達到的目的是很類似的。關于IP偽裝在LINUX防火墻內(nèi)部的具體實現(xiàn)過程，請看圖4。仍以圖2中所示的典型情況為例，steven主機的IE進程直接與遠程的Web服務器建立一個連接。當數(shù)據(jù)包到達防火墻的內(nèi)部接口后，照樣要例行INPUT鏈的檢查。之后，數(shù)據(jù)包被送到FORWARD鏈，接受系統(tǒng)內(nèi)核的“偽裝處理”，即將包頭中的源IP地址改為防火墻外部接口eth0的地址，并在系統(tǒng)中做下記錄，以便一會兒對其回應包的目的IP進行“恢復”。這樣，當該數(shù)據(jù)包順利從外部接口出來時，其包頭中源IP已被改為。遠程服務器會認為這是從防火墻的合法地址發(fā)來的，從而對其做出響應。當遠程服務器返回的回應包到達防火墻時，先經(jīng)過INPUT鏈，然后會根據(jù)系統(tǒng)關于IP偽裝的記錄對數(shù)據(jù)包的目的IP進行恢復，即將改為，最后再經(jīng)過OUTPUT鏈返回到steven主機。

為了實現(xiàn)這個過程，我們必須在防火墻規(guī)則腳本中添加以下規(guī)則：ipchains–Ainput–ieth1–ptcp–s1110–d3180–jACCEPTipchains–Aoutput–ieth0–ptcp–s1050–d3180–jACCEPTipchains–Ainput–ieth0–ptcp!-y–s3180–d1050–jACCEPTipchains–Aoutput–ieth1–ptcp!–y–s3180–d1110–jACCEPTipchains–Aforward–ieth0–s1110–d3180–jMASQ

與代理功能比較而言，IP偽裝不需要安裝相應的代理軟件，數(shù)據(jù)包的偽裝對用戶來說都是“透明”的，并且整個過程都是在IP層實現(xiàn)，因此實現(xiàn)速度較快。缺點是不能對經(jīng)過的數(shù)據(jù)包作詳細的記錄。以上介紹了LINUX防火墻在實際的設置中常用到的三種功能。但一般說來，用戶在創(chuàng)建自己的防火墻規(guī)則腳本時，可以根據(jù)自己的需要將這三種功能組合起來實現(xiàn)。4

一個LINUX防火墻實例以下是我前一段時間為某辦公室搭建的LINUX防火墻的實際配置，給出以供參考。

該室網(wǎng)絡拓撲圖如圖5：

有兩個局域網(wǎng)，LAN1地址：5/48為公共網(wǎng)絡IP，LAN2地址為/，為內(nèi)部保留地址。LINUX防火墻有兩個內(nèi)部接口：0接LAN1；接LAN2。現(xiàn)對防火墻進行配置，使LAN2的主機通過IP偽裝訪問互聯(lián)網(wǎng)，但只允許使用外部Web代理服務器4的1252端口。LAN1中的主機被限制使用幾種常用的互聯(lián)網(wǎng)服務（DNS、SMTP、POP3、HTTP和FTP）。下面就是創(chuàng)建的防火墻規(guī)則腳本：#/etc/rc.d/rc.firewall#!/bin/sh#eth0External_interface#eth1LAN1_interface#eth2LAN2_interfaceecho"Startingfirewalling..."#Flushanyexistingrulesfromallchainsipchains-F#Setthedefaultpolicytodenyipchains-PinputDENYipchains-PoutputREJECTipchains-PforwardREJECT#Enabletrafficontheloopbackinterfaceipchains-Ainput-ilo-jACCEPTipchains-Aoutput-ilo-jACCEPT#Enablethetrafficontheeth1ipchains-Ainput-ieth1-jACCEPTipchains-Aoutput-ieth1-jACCEPT#thetrafficontheeth2onlyenabllingusingtheWEBPROXYipchains-Ainput-ieth2-ptcp-s/241024:65535-d41252-jACCEPTipchains-Aoutput-ieth2-ptcp!-y-s41252-d/241024:65535-jACCEPT#Forwardingrulesipchains-Aforward-ieth0-s4/29-jACCEPTipchains-Aforward-ieth0-s/24-jMASQipchains-Aforward-ieth1-d4/29-jACCEPT#EnableoutgoingthepacketsfromLANontheExternal_Interfaceipchains-Aoutput-ieth0-jACCEPT#EnableincomingsomeICMPmessagesoneth#1.Dest_Unreachable，Service_Unavailableipchains-Ainput-ieth0-picmp-sany/03-d4/29-jACCEPT#2.Time_Exceededipchains-Ainput-ieth0-picmp-sany/011-d4/29-jACCEPT#3.Allowoutgoingpingstoanywhereipchains-Ainput-ieth0-picmp-sany/00-d4/29-jACCEPT#EnableProxyof4:1252ipchains-Ainput-ieth0-ptcp!-y-s41252-jACCEPT#DNS(53)(DNS:)—clientmodesipchains-Ainput-ieth0-pudp-s53-d4/291024:65535-jACCEPTipchains-Ainput-ieth0-ptcp!-y-s53-d4/291024:65535-jACCEPT#SMTP(25)EnablesendingmailthrougharemoteSMTPgatewayipchains-Ainput-ieth0-ptcp!-y-sany/025-d4/291024:65535-jAC