Что такое межсетевое экранирование. выбирать межсетевые экраны для защиты информационных систем. Создание межсетевого экрана с фильтрацией пакетов

Еще несколько лет назад для надежной защиты ПК достаточно было установить хорошую антивирусную программу и следить за регулярным обновлением баз. Однако изобретательность злоумышленников порождает все новые и новые способы нанесения ущерба. Зачастую основным путем проникновения на компьютер пользователя оказываются его сетевые подключения, точнее связанные с ними системные уязвимости. Антивирусный пакет может лишь определить вредоносный код, однако далеко не каждый антивирус способен обнаружить несанкционированный доступ к данным.

С развитием рыночных отношений информация всё более и более приобретает качества товара, то есть её можно купить, продать, передать и, к сожалению, украсть. Поэтому проблема обеспечения безопасности информации с каждым годом становится всё более актуальной. Одним из возможных направлений решения данной проблемы является использование межсетевых экранов.

Современные технологии сетевой защиты являются одним из наиболее динамичных сегментов современного рынка обеспечения безопасности. Средства сетевой защиты настолько стремительно развиваются, что в настоящее время общепринятая терминология в данном направлении ещё окончательно не установилась. Эти средства защиты в литературе и средствах массовой информации фигурируют как firewall, брандмауэры и даже информационные мембраны. Но наиболее часто используется термин “межсетевые экраны” (МЭ).

В общем случае, для обеспечения сетевой защиты между двумя множествами информационных систем (ИС) ставится экран или информационная мембрана, которые являются средством разграничения доступа клиентов из одного множества систем к информации, хранящейся на серверах в другом множестве. В этом смысле МЭ можно представить как набор фильтров, анализирующих проходящую через них информацию и принимающих решение: пропустить информацию или её заблокировать. Одновременно с этим производится регистрация событий и тревожная сигнализация в случае обнаружения угрозы. Обычно экранирующие системы делаются несимметричными. Для экранов определяются понятия “внутри” и “снаружи”, причём, в задачу экрана входит защита внутренней сети от потенциально враждебного окружения. Кроме того, МЭ может использоваться в качестве корпоративной открытой части сети, видимой со стороны Internet. Так, например, во многих организациях МЭ используются для хранения данных с открытым доступом, как, например, информации о продуктах и услугах, файлах из баз FTP, сообщений об ошибках и так далее.

Межсетевой экран или сетевой экран -- комплекс аппаратных или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов в соответствии с заданными правилами .

Основной задачей сетевого экрана является защита компьютерных сетей или отдельных узлов от несанкционированного доступа. Также сетевые экраны часто называют фильтрами, так как их основная задача -- не пропускать (фильтровать) пакеты, не подходящие под критерии, определённые в конфигурации.

Некоторые сетевые экраны также позволяют осуществлять трансляцию адресов -- динамическую замену внутрисетевых (серых) адресов или портов на внешние, используемые за пределами локальной вычислительной сети.

Рисунок 4. Общая структура брандмауэра

Другие названия

Брандмауэр (нем. Brandmauer) -- заимствованный из немецкого языка термин, являющийся аналогом английского firewall в его оригинальном значении (стена, которая разделяет смежные здания, предохраняя от распространения пожара). Интересно, что в области компьютерных технологий в немецком языке употребляется слово «Firewall».

Файрволл -- образовано транслитерацией английского термина firewall.

Разновидности сетевых экранов

Сетевые экраны подразделяются на различные типы в зависимости от следующих характеристик:

обеспечивает ли экран соединение между одним узлом и сетью или между двумя или более различными сетями;

на уровне каких сетевых протоколов происходит контроль потока данных;

отслеживаются ли состояния активных соединений или нет.

В зависимости от охвата контролируемых потоков данных сетевые экраны делятся на:

традиционный сетевой (или межсетевой) экран -- программа (или неотъемлемая часть операционной системы) на шлюзе (сервере, передающем трафик между сетями) или аппаратное решение, контролирующие входящие и исходящие потоки данных между подключенными сетями.

персональный сетевой экран -- программа, установленная на пользовательском компьютере и предназначенная для защиты от несанкционированного доступа только этого компьютера.

Вырожденный случай -- использование традиционного сетевого экрана сервером, для ограничения доступа к собственным ресурсам.

В зависимости от уровня, на котором происходит контроль доступа, существует разделение на сетевые экраны, работающие на :

сетевом уровне, когда фильтрация происходит на основе адресов отправителя и получателя пакетов, номеров портов транспортного уровня модели OSI и статических правил, заданных администратором;

сеансовом уровне (также известные как stateful) -- отслеживающие сеансы между приложениями, не пропускающие пакеты нарушающих спецификации TCP/IP, часто используемых в злонамеренных операциях -- сканировании ресурсов, взломах через неправильные реализации TCP/IP, обрыв/замедление соединений, инъекция данных.

уровне приложений, фильтрация на основании анализа данных приложения, передаваемых внутри пакета. Такие типы экранов позволяют блокировать передачу нежелательной и потенциально опасной информации на основании политик и настроек.

Некоторые решения, относимые к сетевым экранам уровня приложения, представляют собой прокси-серверы с некоторыми возможностями сетевого экрана, реализуя прозрачные прокси-серверы, со специализацией по протоколам. Возможности прокси-сервера и многопротокольная специализация делают фильтрацию значительно более гибкой, чем на классических сетевых экранах, но такие приложения имеют все недостатки прокси-серверов (например, анонимизация трафика).

В зависимости от отслеживания активных соединений сетевые экраны бывают:

stateless (простая фильтрация), которые не отслеживают текущие соединения (например, TCP), а фильтруют поток данных исключительно на основе статических правил;

stateful, stateful packet inspection (SPI) (фильтрация с учётом контекста), с отслеживанием текущих соединений и пропуском только таких пакетов, которые удовлетворяют логике и алгоритмам работы соответствующих протоколов и приложений. Такие типы сетевых экранов позволяют эффективнее бороться с различными видами DoS-атак и уязвимостями некоторых сетевых протоколов. Кроме того, они обеспечивают функционирование таких протоколов, как H.323, SIP, FTP и т. п., которые используют сложные схемы передачи данных между адресатами, плохо поддающиеся описанию статическими правилами, и, зачастую, несовместимых со стандартными, stateless сетевыми экранами.

Необходимо отметить, что в настоящее время наряду с одноуровневыми межсетевыми экранами все большую популярность приобретают комплексные экраны, охватывающие уровни от сетевого до прикладного, поскольку подобные продукты соединяют в себе лучшие свойства одноуровневых экранов разных видов. На схеме 1 представлена структура информационного экранирования между двумя системами при использовании эталонной модели ISO/OSI.

Рисунок 5. Структура информационного экранирования с использованием эталонной модели

Современные требования к межсетевым экранам

Основное требование -- это обеспечение безопасности внутренней (защищаемой) сети и полный контроль над внешними подключениями и сеансами связи.

Экранирующая система должна обладать мощными и гибкими средствами управления для простого и полного проведения в жизнь политики безопасности организации.

Межсетевой экран должен работать незаметно для пользователей локальной сети и не затруднять выполнение ими легальных действий.

Процессор межсетевого экрана должен быть быстродействующим, работать достаточно эффективно и успевать обрабатывать весь входящий и исходящий поток в пиковых режимах, чтобы его нельзя было блокировать большим количеством вызовов и нарушить его работу.

Система обеспечения безопасности должна быть сама надежно защищена от любых несанкционированных воздействий, поскольку она является ключом к конфиденциальной информации в организации.

Система управления экранами должна иметь возможность централизованно обеспечивать проведение единой политики безопасности для удаленных филиалов.

Особенности современных межсетевых экранов

Как видно из таблицы 3 межсетевой экран является наиболее распространенным средством усиления традиционных средств защиты от несанкционированного доступа и используется для обеспечения защиты данных при организации межсетевого взаимодействия .

Конкретные реализации МЭ в значительной степени зависят от используемых вычислительных платформ, но, тем не менее, все системы этого класса используют два механизма, один из которых обеспечивает блокировку сетевого трафика, а второй, наоборот, разрешает обмен данными.

При этом некоторые версии МЭ делают упор на блокировании нежелательного трафика, а другие -- на регламентировании разрешенного межмашинного обмена.

Таблица 3 - Особенности межсетевых экранов

Типовые варианты включения межсетевых экранов

Рисунок 6. Включение МЭ по схеме двухпортового шлюза

Рисунок 7. Включение МЭ непосредственно на защищаемом сервере

Рисунок 8. Включение МЭ в системе Интернет-Интранет

Сравнительные характеристики современных межсетевых экранов

Таблица 4 - Сравнительные характеристики современных межсетевых экранов

Межсетевой экран сам по себе не панацея от всех угроз для сети. В частности, он :

не защищает узлы сети от проникновения через «люки» (англ. back doors) или уязвимости ПО;

не обеспечивает защиту от многих внутренних угроз, в первую очередь -- утечки данных;

не защищает от загрузки пользователями вредоносных программ, в том числе вирусов;

Для решения последних двух проблем используются соответствующие дополнительные средства, в частности, антивирусы. Обычно они подключаются к файрволу и пропускают через себя соответствующую часть сетевого трафика, работая как прозрачный для прочих сетевых узлов прокси, или же получают с файрвола копию всех пересылаемых данных. Однако такой анализ требует значительных аппаратных ресурсов, поэтому обычно проводится на каждом узле сети самостоятельно.

Требования к знаниям и умениям

Студент должен знать:

• механизм межсетевого экранирования.

Студент должен уметь:

• выбирать межсетевые экраны для защиты информационных систем.

Ключевой термин

Ключевой термин: Межсетевой экранирован.

Межсетевой экран или брандмауэр (firewall) — программная или программно-аппаратная система, которая выполняет контроль информационных потоков, поступающих в информационную систему и/или выходящих из нее, и обеспечивающая защиту информационной системы посредством фильтрации информации.

Второстепенные термины

• Классификация межсетевых экранов.

• Характеристика межсетевых экранов.

Структурная схема терминов

4.5.1 Классификация межсетевых экранов

Одним из эффективных механизмом обеспечения информационной безопасности распределенных вычислительных сетях является экранирование, выполняющее функции разграничения информационных потоков на границе защищаемой сети.

Межсетевое экранирование повышает безопасность объектов внутренней сети за счет игнорирования неавторизованных запросов из внешней среды, тем самым, обеспечивая все составляющие информационной безопасности. Кроме функций разграничения доступа, экранирование обеспечивает регистрацию информационных обменов.

межсетевой экран или брандмауэр (firewall), под которым понимают программную или программно-аппаратную систему, которая выполняет контроль информационных потоков, поступающих в информационную систему и/или выходящих из нее, и обеспечивает защиту информационной системы посредством фильтрации информации. Фильтрация информации состоит в анализе информации по совокупности критериев и принятии решения о ее приеме и/или передаче.

Межсетевые экраны классифицируются по следующим признакам:

• по месту расположения в сети — на внешние и внутренние, обеспечивающие защиту соответственно от внешней сети или защиту между сегментами сети;

• по уровню фильтрации, соответствующему эталонной модели OSI/ISO.

Внешние межсетевые экраны обычно работают только с протоколом TCP/IP глобальной сети Интернет. Внутренние сетевые экраны могут поддерживать несколько протоколов, например, при использовании сетевой операционной системы Novell Netware, следует принимать во внимание протокол SPX/IPX.

4.5.2 Характеристика межсетевых экранов

Работа всех межсетевых экранов основана на использовании информации разных уровней модели OSI. Как правило, чем выше уровень модели OSI, на котором межсетевой экран фильтрует пакеты, тем выше обеспечиваемый им уровень защиты.

Межсетевые экраны разделяют на четыре типа:

• межсетевые экраны с фильтрацией пакетов;

• шлюзы сеансового уровня;

• шлюзы прикладного уровня;

• межсетевые экраны экспертного уровня.

Таблица 1. Типы межсетевых экранов и уровни модели ISO OSI

Межсетевые экраны с фильтрацией пакетов представляют собой маршрутизаторы или работающие на сервере программы, сконфигурированные таким образом, чтобы фильтровать входящие и исходящие пакеты. Поэтому такие экраны называют иногда пакетными фильтрами. Фильтрация осуществляется путем анализа IP-адреса источника и приемника, а также портов входящих TCP- и UDP-пакетов и сравнением их с сконфигурированной таблицей правил. Эти межсетевые экраны просты в использовании, дешевы, оказывают минимальное влияние на производительность вычислительной системы. Основным недостатком является их уязвимость при подмене адресов IP. Кроме того, они сложны при конфигурировании: для их установки требуется знание сетевых, транспортных и прикладных протоколов.

Шлюзы сеансового уровня контролируют допустимость сеанса связи. Они следят за подтверждением связи между авторизованным клиентом и внешним хостом (и наоборот), определяя, является ли запрашиваемый сеанс связи допустимым. При фильтрации пакетов шлюз сеансового уровня основывается на информации, содержащейся в заголовках пакетов сеансового уровня протокола TCP, т. е. функционирует на два уровня выше, чем межсетевой экран с фильтрацией пакетов. Кроме того, указанные системы обычно имеют функции трансляции сетевых адресов, которая скрывает внутренние IP-адреса, тем самым, исключая подмену IP-адреса. Однако, в таких межсетевых экранах отсутствует контроль содержимого пакетов, генерируемых различными службами. Для исключения указанного недостатка применяются шлюзы прикладного уровня.

Шлюзы прикладного уровня проверяют содержимое каждого проходящего через шлюз пакета и могут фильтровать отдельные виды команд или информации в протоколах прикладного уровня, которые им поручено обслуживать. Это более совершенный и надежный тип межсетевого экрана, использующий программы-посредники (proxies) прикладного уровня или агенты. Агенты составляются для конкретных служб сети Интернет (HTTP, FTP, telnet и т.д.) и служат для проверки сетевых пакетов на наличие достоверных данных.

Шлюзы прикладного уровня снижают уровень производительности системы из-за повторной обработки в программе-посреднике. Это незаметно при работе в Интернет при работе по низкоскоростным каналам, но существенно при работе во внутренней сети.

Межсетевые экраны экспертного уровня сочетают в себе элементы всех трех описанных выше категорий. Как и межсетевые экраны с фильтрацией пакетов, они работают на сетевом уровне модели OSI, фильтруя входящие и исходящие пакеты на основе проверки IP-адресов и номеров портов. Межсетевые экраны экспертного уровня также выполняют функции шлюза сеансового уровня, определяя, относятся ли пакеты к соответствующему сеансу. И, наконец, брандмауэры экспертного уровня берут на себя функции шлюза прикладного уровня, оценивая содержимое каждого пакета в соответствии с политикой безопасности, выработанной в конкретной организации.

Вместо применения связанных с приложениями программ-посредников, брандмауэры экспертного уровня используют специальные алгоритмы распознавания и обработки данных на уровне приложений. С помощью этих алгоритмов пакеты сравниваются с известными шаблонами данных, что, теоретически, должно обеспечить более эффективную фильтрацию пакетов.

Выводы по теме

1. Межсетевое экранирование повышает безопасность объектов внутренней сети за счет игнорирования неавторизованных запросов из внешней среды, тем самым, обеспечивая все составляющие информационной безопасности. Кроме функций разграничения доступа экранирование обеспечивает регистрацию информационных обменов.

2. Функции экранирования выполняет межсетевой экран или брандмауэр (firewall), под которым понимают программную или программно-аппаратную систему, которая выполняет контроль информационных потоков, поступающих в информационную систему и/или выходящих из нее и обеспечивает защиту информационной системы посредством фильтрации информации.

3. Межсетевые экраны классифицируются по следующим признакам: по месту расположения в сети и по уровню фильтрации, соответствующему эталонной модели OSI/ISO.

4. Внешние межсетевые экраны обычно работают только с протоколом TCP/IP глобальной сети Интернет. Внутренние сетевые экраны могут поддерживать несколько протоколов.

5. Межсетевые экраны разделяют на четыре типа:

• межсетевые экраны с фильтрацией пакетов;

• шлюзы сеансового уровня;

• шлюзы прикладного уровня;

• Число инцидентов, связанных с информационной безопасностью, по данным ведущих аналитических агентств постоянно возрастает. Специалисты, отвечающие за защиту информации, отмечают возрастающую активность внешних злоумышленников, использующих последние разработки в области нападения, пытающихся проникнуть в корпоративные сети для совершения своих «черных» дел.

  Число инцидентов, связанных с информационной безопасностью, по данным ведущих аналитических агентств постоянно возрастает. Специалисты, отвечающие за защиту информации, отмечают возрастающую активность внешних злоумышленников, использующих последние разработки в области нападения, пытающихся проникнуть в корпоративные сети для совершения своих «черных» дел. Они не ограничиваются кражей информации или выведением узлов сети из строя. Нередки случаи, когда взломанные сети использовались для совершения новых атак. Поэтому защита периметра информационной системы является обязательным элементом системы информационной безопасности организации.

  При этом для определения состава компонентов защиты периметра, обеспечивающих минимальный (начальный) уровень информационной безопасности, необходимо произвести анализ наиболее распространенных угроз информационным ресурсам организации:
  сетевые атаки, направленные на недоступность информационных ресурсов (к примеру, web-серверов, сервисов электронной почты и т.д.) - атаки класса DoS и DDoS;
  компрометация информационных ресурсов и эскалация привилегий как со стороны инсайдеров, так и внешних злоумышленников, как с целью использования ваших ресурсов, так и с целью нанесения ущерба;
  действия вредоносного программного кода (вирусы, сетевые черви, трояны, программы-шпионы и т.д.);
  утечка конфиденциальной информации и похищение данных как через сеть (e-mail, FTP, web и пр.), так и через внешние носители;
  различные сетевые атаки на приложения.

  Для минимизации угроз информационной безопасности необходимо внедрение межсетевых экранов в разных уровнях модели OSI, как показано в таблице.

  Таблица. Межсетевые экраны и модели OSI

  Работа всех межсетевых экранов основана на использовании информации разных уровней модели OSI (табл.). Модель OSI, разработанная Международной организацией по стандартизации, определяет семь уровней, на которых компьютерные системы взаимодействуют друг с другом, - начиная с уровня физической среды передачи данных и заканчивая уровнем прикладных программ, используемых для коммуникаций. В общем случае, чем выше уровень модели OSI, на котором брандмауэр фильтрует пакеты, тем выше и обеспечиваемый им уровень защиты.

  Могут быть выбраны следующие методы контроля трафика между локальной и внешней сетью:
  1. Фильтрация пакетов - основан на настройке набора фильтров. В зависимости от того, удовлетворяет ли поступающий пакет указанным в фильтрах условиям, он пропускается в сеть либо отбрасывается.
  2. Данный класс маршрутизаторов представляет собой транслятор TCP-соединения. Шлюз принимает запрос авторизованного клиента на конкретные услуги и после проверки допустимости запрошенного сеанса устанавливает соединение с местом назначения (внешним хостом). После этого шлюз копирует пакеты в обоих направлениях, не осуществляя их фильтрации. Как правило, пункт назначения задается заранее, в то время как источников может быть много. Используя различные порты, можно создавать разнообразные конфигурации соединений. Данный тип шлюза позволяет создать транслятор TCP-соединения для любого определенного пользователем сервиса, базирующегося на ТСР, осуществлять контроль доступа к этому сервису и сбор статистики по его использованию.
  3. Proxy-сервер - между локальной и внешней сетями устанавливается дополнительное устройство proxy-сервер, который служит «воротами», через которые должен проходить весь входящий и исходящий трафик. Statefulinspection - инспектирование входящего трафика - один из самых передовых способов реализации межсетевого экрана. Под инспекцией подразумевается анализ не всего пакета, а лишь его специальной ключевой части и сравнение с заранее известными значениями из базы данных разрешенных ресурсов. Данный метод обеспечивает наибольшую производительность работы межсетевого экрана и наименьшие задержки.

  

  Принцип действия межсетевого экрана основан на контроле поступающего извне трафика.

  Межсетевой экран может быть выполнен аппаратно или программно. Конкретная реализация зависит от масштаба сети, объема трафика и необходимых задач. Наиболее распространенным типом брандмауэров является программный. В этом случае он реализован в виде программы, запущенной на конечном ПК, либо пограничном сетевом устройстве, например, маршрутизаторе. В случае аппаратного исполнения межсетевой экран представляет собой отдельный сетевой элемент, обладающий обычно большими производительными способностями, но выполняющий аналогичные задачи.

  Межсетевой экран позволяет настраивать фильтры, отвечающие за пропуск трафика по следующим критериям:
  1. IP-адрес. Как известно, любое конечное устройство, работающее по протоколу IP, должно иметь уникальный адрес. Задав какой-то адрес либо определенный диапазон, можно запретить получать из них пакеты, либо, наоборот, разрешить доступ только с данных IP-адресов.
  2. Доменное имя. Как известно, сайту в сети Интернет, точнее его IP-адресу, может быть поставлено в соответствие буквенно-цифровое имя, которое гораздо проще запомнить, чем набор цифр. Таким образом, фильтр может быть настроен на пропуск трафика только к/от одного из ресурсов, либо запретить доступ к нему.
  3. Порт. Речь идет о программных портах, т.е. точках доступа приложений к услугам сети. Так, например, ftp использует порт 21, а приложения для просмотра web-страниц порт 80. Это позволяет запретить доступ с нежелательных сервисов и приложений сети, либо, наоборот, разрешить доступ только к ним.
  4. Протокол. Межсетевой экран может быть настроен на пропуск данных только какого-либо одного протокола, либо запретить доступ с его использованием. Обычно тип протокола может говорить о выполняемых задачах используемого им приложения и о наборе параметров защиты. Таким образом, доступ может быть настроен только для работы какого-либо одного специфического приложения и предотвратить потенциально опасный доступ с использованием всех остальных протоколов.

  Выше перечислены только основные параметры, по которым может быть произведена настройка. Также могут применяться другие параметры для фильтров, специфичные для данной конкретной сети, в зависимости от выполняемых в ней задач.

  Таким образом, межсетевой экран предоставляет комплексный набор задач по предотвращению несанкционированного доступа, повреждения или хищения данных, либо иного негативного воздействия, которое может повлиять на работоспособность сети. Обычно межсетевой экран используется в совокупности с другими средствами защиты, например, антивирусное ПО.

  Создание политики фильтрации для межсетевых экранов
  Существует два основных способа создания наборов правил межсетевого экрана: «включающий» и «исключающий». Исключающий межсетевой экран позволяет прохождение всего трафика, за исключением трафика, соответствующего набору правил. Включающий межсетевой экран действует прямо противоположным образом. Он пропускает только трафик, соответствующий правилам, и блокирует все остальное.

  Включающий межсетевой экран обеспечивает гораздо большую степень контроля исходящего трафика. Поэтому включающий межсетевой экран является лучшим выбором для систем, предоставляющих сервисы в сети Интернет. Он также контролирует тип трафика, порождаемого вне и направляющегося в вашу приватную сеть. Трафик, не попавший в правила, блокируется, а в файл протокола вносятся соответствующие записи. Включающие межсетевые экраны обычно более безопасны, чем исключающие, поскольку они существенно уменьшают риск пропуска межсетевым экраном нежелательного трафика.

  Безопасность может быть дополнительно повышена с использованием «межсетевого экрана с сохранением состояния». Такой межсетевой экран сохраняет информацию об открытых соединениях и разрешает только трафик через открытые соединения или открытие новых соединений. Недостаток межсетевого экрана с сохранением состояния в том, что он может быть уязвим для атак DoS (Denial of Service, отказ в обслуживании), если множество новых соединений открывается очень быстро. Большинство межсетевых экранов позволяют комбинировать поведение с сохранением состояния и без сохранения состояния, что позволяет создавать оптимальную конфигурацию для каждой конкретной системы.

  В качестве примера можно рассмотреть создание правил фильтрации в простом пакетном фильтре. Существуют несколько возможных параметров при фильтрации пакетов. Наиболее простым является адресная фильтрация; она состоит в сравнении адресов в пакете с адресами, прописанными в правилах. Если адреса совпадают, пакет пропускается. Это сравнение производится следующим образом:

  1. Можно рассмотреть следующее правило: все хосты сети 10.1.x.x могут взаимодействовать с хостами сети 10.2.x.x. Пишется это правило следующем образом:

  10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0
  ——- Источник —— —— Назначение ——

  Теперь можно применить правило к пакету, который отправлен от хоста 10.1.1.2 к хосту 10.3.7.7. Наложим маску к обоим адресам - адресу в правиле и адресу в пакете. Затем проверяется, одинаковы ли адреса источника и назначения. В результате будем иметь:

  Для адреса источника:

  10.1.0.0 & 255.255.0.0 = 10.1.0.0 (для правила)
  10.1.1.2 & 255.255.0.0 = 10.1.0.0 (для пакета)

  После применения маски оба адреса совпадают. Проверим теперь адрес назначения:

  10.2.0.0 & 255.255.0.0 = 10.2.0.0 (для правила)
  10.3.7.7 & 255.255.0.0 = 10.3.0.0 (для пакета)

  Так как адреса назначения пакета и правила после применения маски не совпадают, то это правило не должно применяться к данному пакету.

  Эта операция выполняется по всему списку адресов и масок источника и назначения до достижения конца списка или до тех пор, пока пакет не будет удовлетворять одному из правил. Список правил имеет следующий формат:

  10.1.1.2 & 255.255.255.255 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0
  10.3.3.2 & 255.255.255.255 — 10.1.2.1 & 255.255.255.255
  10.1.1.0 & 255.0.0.0 — 10.2.3.0 & 255.255.255.0
  10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0

  Кроме адресов источника и назначения, каждый IP-пакет заключает в себе информацию об используемых протоколе и сервисе. Ее можно использовать как дополнительный параметр фильтрации.

  Например, сервисы в протоколе TCP всегда связаны с портом. В результате можно привести в соответствие список портов с адресами.

  Воспользуемся для примера двумя хорошо знакомыми сервисами - POP3 и HTTP. POP3 использует порт 110, а HTTP - порт 80. Следовательно, мы можем добавить эти порты в описание правила. В результате получим:

  10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0 TCP 80 110
  —— Источник —— —— Назначение —— Протокол – Порты —

  Это правило разрешает каждому пакету, следующему от сети 10.1.x.x к сети 10.2.x.x и использующему сервисы HTTP и POP3, проходить через межсетевой экран.

  Сначала адреса из правила сравниваются с адресами пакета. Если после наложения маски оба адреса совпадают, протокол и порт назначения в пакете будут сравниваться с протоколом и списком портов, описанных в правиле. Если протокол совпадает, а порт в правиле одинаков с портом пакета, то такой пакет удовлетворяет правилу. В противном случае поиск будет продолжен в списке правил.

  С учетом этой новой информации набор правил будет иметь следующий формат:

  10.1.1.2 & 255.255.255.255 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0 UDP 53
  10.3.3.2 & 255.255.255.255 — 10.1.2.1 & 255.255.255.255 TCP 80
  10.1.1.0 & 255.0.0.0 — 10.2.3.0 & 255.255.255.0 TCP 21 20 113
  10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0 ICMP 0 8

  Кроме этих основных параметров фильтрации можно добавить еще несколько. Одним из них является сетевой интерфейс источника; используя имя сетевого интерфейса в качестве параметра фильтрации можно разрешить прохождение пакетов с определенными адресами только от заданного интерфейса.

  Цель такой процедуры состоит в блокировании атаки, известной как IP-спуфинг, суть которой состоит в том, что во внутреннюю сеть посылается пакет с фальшивым адресом источника (из внутренней сети). При использовании в качестве параметра имени сетевого интерфейса можно легко блокировать этот вид атаки. Например, если внутренняя сеть взаимодействует с межсетевым экраном через интерфейс de0, то необходимо лишь установить в правилах, что пакеты с адресом источника из внутренней сети следует принимать, только если они пришли от данного интерфейса; во всех других случаях они будут отбрасываться.

  В Одноклассники

  сеть , предназначенное для блокировки всего трафика, за исключением разрешенных данных. Этим оно отличается от маршрутизатора, функцией которого является доставка трафика в пункт назначения в максимально короткие сроки.

  Существует мнение, что маршрутизатор также может играть роль межсетевого экрана. Однако между этими устройствами существует одно принципиальное различие: маршрутизатор предназначен для быстрой маршрутизации трафика, а не для его блокировки. Межсетевой экран представляет собой средство защиты, которое пропускает определенный трафик из потока данных, а маршрутизатор является сетевым устройством, которое можно настроить на блокировку определенного трафика.

  Кроме того, межсетевые экраны, как правило, обладают большим набором настроек. Прохождение трафика на межсетевом экране можно настраивать по службам, IP -адресам отправителя и получателя, по идентификаторам пользователей, запрашивающих службу. Межсетевые экраны позволяют осуществлять централизованное управление безопасностью . В одной конфигурации администратор может настроить разрешенный входящий трафик для всех внутренних систем организации. Это не устраняет потребность в обновлении и настройке систем, но позволяет снизить вероятность неправильного конфигурирования одной или нескольких систем, в результате которого эти системы могут подвергнуться атакам на некорректно настроенную службу.

  Определение типов межсетевых экранов

  Существуют два основных типа межсетевых экранов: межсетевые экраны прикладного уровня и межсетевые экраны с пакетной фильтрацией . В их основе лежат различные принципы работы, но при правильной настройке оба типа устройств обеспечивают правильное выполнение функций безопасности, заключающихся в блокировке запрещенного трафика. Из материала следующих разделов вы увидите, что степень обеспечиваемой этими устройствами защиты зависит от того, каким образом они применены и настроены.

  Межсетевые экраны прикладного уровня

  Межсетевые экраны прикладного уровня, или прокси-экраны, представляют собой программные пакеты, базирующиеся на операционных системах общего назначения (таких как Windows NT и Unix) или на аппаратной платформе межсетевых экранов. Межсетевой экран обладает несколькими интерфейсами, по одному на каждую из сетей, к которым он подключен. Набор правил политики определяет, каким образом трафик передается из одной сети в другую. Если в правиле отсутствует явное разрешение на пропуск трафика, межсетевой экран отклоняет или аннулирует пакеты.

  Правила политики безопасности усиливаются посредством использования модулей доступа. В межсетевом экране прикладного уровня каждому разрешаемому протоколу должен соответствовать свой собственный модуль доступа. Лучшими модулями доступа считаются те, которые построены специально для разрешаемого протокола. Например, модуль доступа FTP предназначен для протокола FTP и может определять, соответствует ли проходящий трафик этому протоколу и разрешен ли этот трафик правилами политики безопасности.

  При использовании межсетевого экрана прикладного уровня все соединения проходят через него (см. рис. 10.1). Как показано на рисунке, соединение начинается на системе-клиенте и поступает на внутренний интерфейс межсетевого экрана. Межсетевой экран принимает соединение, анализирует содержимое пакета и используемый протокол и определяет, соответствует ли данный трафик правилам политики безопасности. Если это так, то межсетевой экран инициирует новое соединение между своим внешним интерфейсом и системой-сервером.

  Межсетевые экраны прикладного уровня используют модули доступа для входящих подключений. Модуль доступа в межсетевом экране принимает входящее подключение и обрабатывает команды перед отправкой трафика получателю. Таким образом, межсетевой экран защищает системы от атак, выполняемых посредством приложений.

  
  Рис. 10.1.

  Примечание

  Здесь подразумевается, что модуль доступа на межсетевом экране сам по себе неуязвим для атаки. Если же программное обеспечение разработано недостаточно тщательно, это может быть и ложным утверждением.

  Дополнительным преимуществом архитектуры данного типа является то, что при ее использовании очень сложно, если не невозможно, "скрыть" трафик внутри других служб. Например, некоторые программы контроля над системой, такие как NetBus и

  Межсетевым экраном называется программно-аппаратный или программный элемент, контролирующий на основе заданных параметров сетевой трафик, а в случае необходимости и фильтрующий его. Также может называться фаейрволом (Firewall) или брандмауэром.

  Назначение межсетевых экранов

  Сетевой экран используется для защиты отдельных сегментов сети или хостов от возможного несанкционированного проникновения через уязвимости программного обеспечения, установленного на ПК, или протоколов сети. Работа межсетевого крана заключается в сравнении характеристик проходящего сквозь него трафика с шаблонами уже известного вредоносного кода.

  Наиболее часто сетевой экран инсталлируется на границе периметра локальной сети, где он выполняет защиту внутренних узлов. Тем не менее, атаки могут инициироваться изнутри, поэтому при атаке на сервер той же сети, межсетевой экран не воспримет это как угрозу. Это стало причиной, по которой брандмауэры стали устанавливать не только на границе сети, но и между её сегментами, что значительно повышает степень безопасности сети.

  История создания

  Свою историю сетевые экраны начинают с конца восьмидесятых прошлого века, когда Интернет ещё не стал повседневной вещью для большинства людей. Их функцию выполняли маршрутизаторы, осуществлявшие анализ трафика на основе данных из протокола сетевого уровня. Затем, с развитием сетевых технологий, эти устройства смогли использовать данные уже транспортного уровня. По сути, маршрутизатор являет собой самую первую в мире реализацию программно-аппаратного брандмауэра.

  Программные сетевые экраны возникли много позже. Так, Netfilter/iptables, межсетевой экран для Linux, был создан только в 1998 году. Связано это с тем, что ранее функцию фаейрвола выполняли, и весьма успешно, антивирусные программы, но с конца 90-х вирусы усложнились, и появление межсетевого экрана стало необходимым.

  Фильтрация трафика

  Трафик фильтруется на основе заданных правил – ruleset. По сути, межсетевой экран представляет собой последовательность анализирующих и обрабатываемых трафик фильтров согласно данному пакету конфигураций. У каждого фильтра своё назначение; причём, последовательность правил может значительно влиять на производительность экрана. К примеру, большинство файрволов при анализе трафика последовательно сравнивают его с известными шаблонами из списка – очевидно, что наиболее популярные виды должны располагаться как можно выше.

  Принципов, по которому осуществляется обработка входящего трафика, бывает два. Согласно первому разрешаются любые пакеты данных, кроме запрещённых, поэтому если он не попал ни под какое ограничение из списка конфигураций, он передается далее. Согласно второму принципу, разрешаются только те данные, которые не запрещены – такой метод обеспечивает самую высокую степень защищенности, однако существенно нагружает администратора.

  Межсетевой экран выполняет две функции: deny, запрет данных – и allow – разрешение на дальнейшую передачу пакет. Некоторые брандмауэры способны выполнять также операцию reject – запретить трафик, но сообщить отправителю о недоступности сервиса, чего не происходит при выполнении операции deny, обеспечивающей таким образом большую защиту хоста.

  Типы межсетевых экранов (Firewall)

  Чаще всего межсетевые экраны классифицируют по поддерживаемому уровню сетевой модели OSI. Различают:

  • Управляемые коммутаторы;
  • Пакетные фильтры;
  • Шлюзы сеансового уровня;
  • Посредники прикладного уровня;
  • Инспекторы состояния.

  Управляемые коммутаторы

  Нередко причисляются к классу межсетевых экранов, но осуществляют свою функцию на канальном уровне, поэтому не способны обработать внешний трафик.

  Некоторые производители (ZyXEL, Cisco) добавили в свой продукт возможность обработки данных на основе MAC-адресов, которые содержатся в заголовках фреймов. Тем не менее, даже этот метод не всегда приносит ожидаемый результат, так как мак-адрес можно легко изменить с помощью специальных программ. В связи с этим в наши дни коммутаторы чаще всего ориентируются на другие показатели, а именно на VLAN ID.

  Виртуальные локальные сети позволяют организовывать группы хостов, в которые данные стопроцентно изолированы от внешних серверов сети.

  В рамках корпоративных сетей управляемые коммутаторы могут стать весьма эффективным и сравнительно недорогим решением. Главным их минусом является неспособность обрабатывать протоколы более высоких уровней.

  Пакетные фильтры

  Пакетные фильтры используются на сетевом уровне, осуществляя контроль трафика на основе данных из заголовка пакетов. Нередко способны обрабатывать также заголовки протоколов и более высокого уровня – транспортного (UDP, TCP), Пакетные фильтры стали самыми первыми межсетевыми экранами, остаются самыми популярными и на сегодняшний день. При получении входящего трафика анализируются такие данные, как: IP получателя и отправителя, тип протокола, порты получателя и источника, служебные заголовки сетевого и транспортного протоколов.

  Уязвимость пакетных фильтров заключается в том, что они могут пропустить вредоносный код, если он разделен на сегменты: пакеты выдают себя за часть другого, разрешённого контента. Решение этой проблемы заключается в блокировании фрагментированных данных, некоторые экраны способны также дефрагментировать их на собственном шлюзе – до отправки в основной узел сети. Тем не менее, даже в этом случае межсетевой экран может стать жертвой DDos-атаки.

  Пакетные фильтры реализуются в качестве компонентов ОС, пограничных маршрутизаторов или персональных сетевых экранов.

  Пакетные фильтры отличаются высокой скоростью анализа пакетов, отлично выполняют свои функции на границах с сетями низкой степени доверия. Тем не менее, они неспособны анализировать высокие уровни протоколов и легко могут жертвами атак, при которых подделывается сетевой адрес.

  Шлюзы сеансового уровня

  Использование сетевого экрана позволяет исключить прямое взаимодействие внешних серверов с узлом – в данном случае он играет роль посредника, называемого прокси. Он проверяет каждый входящий пакет, не пропуская те, что не принадлежат установленному ранее соединению. Те пакеты, которые выдают себя за пакеты уже завершённого соединения, отбрасываются.

  Шлюз сеансового уровня – единственное связующее звено между внешней и внутренней сетями. Таким образом, определить топологию сети, которую защищает шлюз сеансового уровня, становится затруднительно, что значительно повышает её защищённость от DoS-атак.

  Тем не менее, даже у этого решения есть значительный минус: ввиду отсутствия возможности проверки содержания поля данных хакер относительно легко может передать в защищаемую сеть трояны.

  Посредники прикладного уровня

  Как и шлюзы сеансового уровня, фаейрволы прикладного уровня осуществляют посредничество между двумя узлами, но отличаются существенным преимуществом – способностью анализировать контекст передаваемых данных. Сетевой экран подобного типа может определять и блокировать нежелательные и несуществующие последовательности команд (подобное часто означает ДОС-атаку), а также запрещать некоторые из них вообще.

  Посредники прикладного уровня определяют и тип передаваемой информации – ярким примером являются почтовые службы, запрещающие передачу исполняемых файлов. Кроме этого они могут осуществлять аутентификацию пользователя, наличие у SSL-сертификатов подписи от конкретного центра.

  Главным минусом такого типа сетевого экрана является долгий анализ пакетов, требующий серьёзных временных затрат. Помимо этого, у посредников прикладного уровня нет автоподключения поддержки новых протоколов и сетевых приложений.

  Инспекторы состояния

  Создатели инспекторов состояния поставили перед собой цель собрать воедино преимущества каждого их выше перечисленных типов сетевых экранов, получив таким образом брандмауэр, способный обрабатывать трафик как на сетевом, так и на прикладном уровнях.

  Инспекторы состояния осуществляют контроль:

  • всех сессий – основываясь на таблице состояний,
  • всех передаваемых пакетов данных – на основе заданной таблицы правил,
  • всех приложений, на основе разработанных посредников.

  Фильтрация трафика инспектора состояния происходит тем же образом, что и при использовании шлюзов сеансового уровня, благодаря чему его производительность гораздо выше, чем у посредников прикладного уровня. Инспекторы состояния отличаются удобным и понятным интерфейсом, лёгкой настройкой, обладают широкими возможностями расширения.

  Реализация межсетевых экранов

  Межсетевые экраны (Firewall) могут быть либо программно-аппаратными, ибо программными. Первые могут быть выполнены как в виде отдельного модуля в маршрутизаторе или коммутаторе, так и специального устройства.

  Чаще всего пользователи выбирают исключительно программные межсетевые экраны – по той причине, что для их использования достаточно лишь установки специального софта. Тем не менее, в организациях нередко найти свободный компьютер под заданную цель, бывает затруднительно – к тому же, отвечающий всем техническим требованиям, зачастую довольно высоким.

  Именно поэтому крупные компании предпочитают установку специализированных программно-аппаратных комплексов, получивших название «security appliance». Работают они чаще всего на основе систем Linux или же FreeBSD, ограниченных функционалом для выполнения заданной функции.

  Такое решение имеет следующие преимущества:

  • Лёгкое и просто управление: контроль работы программно-аппаратного комплекса осуществляется с любого стандартного протокола (Telnet, SNMP) – или защищённого (SSL, SSH).
  • Высокая производительность: работа операционной системы направлена на одну единственную функцию, из неё исключены любые посторонние сервисы.
  • Отказоустойчивость: программно-аппаратные комплексы эффективно выполняют свою задачу, вероятность сбоя практически исключена.

  Ограничения межсетевого экрана (Firewall-а)

  Сетевой экран не проводит фильтрацию тех данных, которые не может интерпретировать. Пользователь сам настраивает, что делать с нераспознанными данными – в файле конфигураций, согласно которым и осуществляется обработка такого трафика. К таким пакетам данным относятся трафик из протоколов SRTP, IPsec, SSH, TLS, которые используют криптографию для скрытия содержимого, протоколы, шифрующие данные прикладного уровня (S/MIME и OpenPGP). Также невозможна фильтрация туннелирования трафика, если механизм того туннелирования непонятен сетевому экрану. Значительная часть недостатков межсетевых экранов исправлена в UTM-системах - Unified Threat Management , иногда их так же называют NextGen Firewall.