Этот рисунок дает довольно ясное представление о порядке прохождения пакетов через различные цепочки. В первой точке принятия решения о маршрутизации (routing decision) все пакеты, предназначенные данному хосту направляются в цепочку INPUT, остальные – в цепочку FORWARD.

Обратите внимание также на тот факт, что пакеты, с адресом назначения на брандмауэр, могут претерпеть изменение сетевого адреса назначения (DNAT) в цепочке PREROUTING таблицы nat и соответственно дальнейшая маршрутизация в первой точке будет выполняться в зависимости от произведенных изменений. Запомните – все пакеты проходят через таблицы и цепочки по тому или иному маршруту. Даже если выполняется DNAT в ту же сеть, откуда пакет пришел, то он все равно продолжит движение по цепочкам.

СОВЕТ: В сценарии rc.test-iptables.txt вы сможете найти дополнительную информацию о порядке прохождения пакетов.

3.2. Таблица Mangle

Как уже упоминалось выше, эта таблица предназначена, главным образом для внесения изменений в заголовки пакетов (mangle – искажать, изменять. прим. перев.). Т.е. в этой таблице вы можете устанавливать биты TOS (Type Of Service) и т.д.

ОСТОРОЖНО: Еще раз напоминаю вам, что в этой таблице не следует производить любого рода фильтрацию, маскировку или преобразование адресов (DNAT, SNAT, MASQUERADE).

В этой таблице допускается выполнять только нижеперечисленные действия:

TOS

TTL

MARK

Действие TOS выполняет установку битов поля Type of Service в пакете. Это поле используется для назначения сетевой политики обслуживания пакета, т.е. задает желаемый вариант маршрутизации. Однако, следует заметить, что данное свойство в действительности используется на незначительном количестве маршрутизаторов в Интернете. Другими словами, не следует изменять состояние этого поля для пакетов, уходящих в Интернет, потому что на роутерах, которые таки обслуживают это поле, может быть принято неправильное решение при выборе маршрута.

Действие TTL используется для установки значения поля TTL (Time To Live) пакета. Есть одно неплохое применение этому действию. Мы можем присваивать определенное значение этому полю, чтобы скрыть наш брандмауэр от чересчур любопытных провайдеров (Internet Service Providers). Дело в том, что отдельные провайдеры очень не любят когда одно подключение разделяется несколькими компьютерами. и тогда они начинают проверять значение TTL приходящих пакетов и используют его как один из критериев определения того, один компьютер «сидит» на подключении или несколько.

Действие MARK устанавливает специальную метку на пакет, которая затем может быть проверена другими правилами в iptables или другими программами, например iproute2. С помощью «меток» можно управлять маршрутизацией пакетов, ограничивать траффик и т.п.

3.3. Таблица Nat

Эта таблица используется для выполнения преобразований сетевых адресов NAT (Network Address Translation). Как уже упоминалось ранее, только первый пакет из потока проходит через цепочки этой таблицы, трансляция адресов или маскировка применяются ко всем последующим пакетам в потоке автоматически. Для этой таблицы характерны действия:

DNAT

SNAT

MASQUERADE

Действие DNAT (Destination Network Address Translation) производит преобразование адресов назначения в заголовках пакетов. Другими словами, этим действием производится перенаправление пакетов на другие адреса, отличные от указанных в заголовках пакетов.

SNAT (Source Network Address Translation) используется для изменения исходных адресов пакетов. С помощью этого действия можно скрыть структуру локальной сети, а заодно и разделить единственный внешний IP адрес между компьютерами локальной сети для выхода в Интернет. В этом случае брандмауэр, с помощью SNAT, автоматически производит прямое и обратное преобразование адресов, тем самым давая возможность выполнять подключение к серверам в Интернете с компьютеров в локальной сети.

Маскировка (MASQUERADE) применяется в тех же целях, что и SNAT, но в отличие от последней, MASQUERADE дает более сильную нагрузку на систему. Происходит это потому, что каждый раз, когда требуется выполнение этого действия – производится запрос IP адреса для указанного в действии сетевого интерфейса, в то время как для SNAT IP адрес указывается непосредственно. Однако, благодаря такому отличию, MASQUERADE может работать в случаях с динамическим IP адресом, т.е. когда вы подключаетесь к Интернет, скажем через PPP, SLIP или DHCP.

3.4. Таблица Filter

Как следует из названия, в этой таблице должны содержаться наборы правил для выполнения фильтрации пакетов. Пакеты могут пропускаться далее, либо отвергаться (действия ACCEPT и DROP соответственно), в зависимости от их содержимого. Конечно же, мы можем отфильтровывать пакеты и в других таблицах, но эта таблица существует именно для нужд фильтрации. В этой таблице допускается использование большинства из существующих действий, однако ряд действий, которые мы рассмотрели выше в этой главе, должны выполняться только в присущих им таблицах.

Глава 4. Механизм определения состояний

В данной главе все внимание будет уделено механизму определения состояний пакетов (state machine). По прочтении ее у вас должно сложиться достаточно четкое представление о работе механизма, а способствовать этому должен значительный объем поясняющих примеров.

4.1. Введение

Механизм определения состояния (state machine) является отдельной частью iptables и в действительности не должен бы так называться, поскольку фактически является механизмом трассировки соединений. Однако значительному количеству людей он известен именно как «механизм определения состояния» (state machine). В данной главе эти названия будут использоваться как синонимы. Трассировщик соединений создан для того, чтобы netfilter мог постоянно иметь информацию о состоянии каждого конкретного соединения. Наличие трассировщика позволяет создавать более надежные наборы правил по сравнению с брандмауэрами, которые не имеют поддержки такого механизма.

В пределах iptables, соединение может иметь одно из 4-х базовых состояний: NEW, ESTABLISHED, RELATED и INVALID. Позднее мы остановимся на каждом из них более подробно. Для управления прохождением пакетов, основываясь на их состоянии, используется критерий –state.

Трассировка соединений производится специальным кодом в пространстве ядра – трассировщиком (conntrack). Код трассировщика может быть скомпилирован как подгружаемый модуль ядра, так и статически связан с ядром. В большинстве случаев нам потребна более специфичная информация о соединении, чем та, которую поставляет трассировщик по-умолчанию. Поэтому трассировщик включает в себя обработчики различных протоколов, например TCP, UDP или ICMP. Собранная ими информация затем используется для идентификации и определения текущего состояния соединения. Например – соединение по протоколу UDP однозначно идентифицируется по IP-адресам и портам источника и приемника.

В предыдущих версиях ядра имелась возможность включения/выключения поддержки дефрагментации пакетов. Однако, после того как трассировка соединений была включена в состав iptables/netfilter, надобность в этом отпала. Причина в том, что трассировщик не в состоянии выполнять возложенные на него функции без поддержки дефрагментации и поэтому она включена постоянно. Ее нельзя отключить иначе как отключив трассировку соединений. Дефрагментация выполняется всегда, если трассировщик включен.

Трассировка соединений производится в цепочке PREROUTING, исключая случаи, когда пакеты создаются локальными процессами на брандмауэре, в этом случае трассировка производится в цепочке OUTPUT. Это означает, что iptables производит все вычисления, связанные с определением состояния, в пределах этих цепочек. Когда локальный процесс на брандмауэре отправляет первый пакет из потока, то в цепочке OUTPUT ему присваивается состояние NEW, а когда возвращается пакет ответа, то состояние соединения в цепочке PREROUTING изменяется на ESTABLISHED, и так далее. Если же соединение устанавливается извне, то состояние NEW присваивается первому пакету из потока в цепочке PREROUTING. Таким образом, определение состояния пакетов производится в пределах цепочек PREROUTING и OUTPUT таблицы nat.

4.2. Таблица трассировщика

Кратко рассмотрим таблицу трассировщика, которую можно найти в файле /proc/net/ip_conntrack. Здесь содержится список всех активных соединений. Если модуль ip_conntrack загружен, то команда cat /proc/net/ip_conntrak должна вывести нечто, подобное:

tcp 6 117 SYN_SENT src=192.168.1.6 dst=192.168.1.9 sport=32775 \ dport=22 [UNREPLIED] src=192.168.1.9 dst=192.168.1.6 sport=22 \ dport=32775 use=2

В этом примере содержится вся информация, которая известна трассировщику, по конкретному соединению. Первое, что можно увидеть – это название протокола, в данном случае – tcp. Далее следует некоторое число в обычном десятичном представлении. После него следует число, определяющее «время жизни» записи в таблице (т.е. количество секунд, через которое информация о соединении будет удалена из таблицы). Для нашего случая, запись в таблице будет храниться еще 117 секунд, если конечно через это соединение более не проследует ни одного пакета. При прохождении каждого последующего пакета через данное соединение, это значение будет устанавливаться в значение по-умолчанию для заданного состояния. Это число уменьшается на 1 каждую секунду. Далее следует фактическое состояние соединения. Для нашего примера состояние имеет значение SYN_SENT. Внутреннее представление состояния несколько отличается от внешнего. Значение SYN_SENT говорит о том, что через данное соединение проследовал единственный пакет TCP SYN. Далее расположены адреса отправителя и получателя, порт отправителя и получателя. Здесь же видно ключевое слово [UNREPLIED], которое сообщает о том, что ответного трафика через это соединение еще не было. И наконец приводится дополнительная информация по ожидаемому пакету, это IP адреса отправителя/получателя (те же самые, только поменявшиеся местами, поскольку ожидается ответный пакет), то же касается и портов.

Записи в таблице могут принимать ряд значений, все они определены в заголовочных файлах linux/include/netfilter-ipv4/ip_conntrack*.h. Значения по-умолчанию зависят от типа протокола. Каждый из IP-протоколов – TCP, UDP или ICMP имеют собственные значения по-умолчанию, которые определены в заголовочном файле linux/include/netfilter-ipv4/ip_conntrack.h. Более подробно мы остановимся на этих значениях, когда будем рассматривать каждый из протоколов в отдельности.

ПРИМЕЧАНИЕ: Совсем недавно, в patch-o-matic, появилась заплата tcp-window-tracking, которая предоставляет возможность передачи значений всех таймаутов через специальные переменные, т.е. позволяет изменять их «на лету». Таким образом появляется возможность изменения таймаутов без необходимости пересборки ядра.

Изменения вносятся с помощью определенных системных вызовов, через каталог /proc/sys/net/ipv4/netfilter. Особое внимание обратите на ряд переменных /proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_*.

После получения пакета ответа трассировщик снимет флаг [UNREPLIED] и заменит его флагом [ASSURED]. Этот флаг сообщает о том, что соединение установлено уверенно и эта запись не будет стерта по достижении максимально возможного количества трассируемых соединений. Максимальное количество записей, которое может содержаться в таблице зависит от значения по-умолчанию, которое может быть установлено вызовом функции ipsysctl в последних версиях ядра. Для объема ОЗУ 128 Мб это значение соответствует 8192 записям, для 256 Мб – 16376. Вы можете посмотреть и изменить это значение установкой переменной /proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max.

4.3. Состояния в пространстве пользователя

Как вы уже наверняка заметили, в пространстве ядра, в зависимости от типа протокола, пакеты могут иметь несколько различных состояний. Однако, вне ядра пакеты могут иметь только 4 состояния. В основном состояние пакета используется критерием –state. Допустимыми являются состояния NEW, ESTABLISHED, RELATED и INVALID. В таблице, приводимой ниже, рассмтриваются каждое из возможных состояний.

Таблица 4-1. Перечень состояний в пространстве пользователя

(Состояние – Описание)

Состояние: NEW

Описание: Признак NEW сообщает о том, что пакет является первым для данного соединения. Это означает, что это первый пакет в данном соединении, который увидел модуль трассировщика. Например если получен SYN пакет являющийся первым пакетом для данного соединения, то он получит статус NEW. Однако, пакет может и не быть SYN пакетом и тем не менее получить статус NEW. Это может породить определенные проблемы в отдельных случаях, но может оказаться и весьма полезным, например когда желательно «подхватить» соединения, «потерянные» другими брандмауэрами или в случаях, когда таймаут соединения уже истек, но само соединение не было закрыто.

Состояние: RELATED

Описание: Состояние RELATED одно из самых «хитрых». Соединение получает статус RELATED если оно связано с другим соединением, имеющим признак ESTABLISHED. Это означает, что соединение получает признак RELATED тогда, когда оно инициировано из уже установленного соединения, имеющего признак ESTABLISHED. Хорошим примером соединения, которое может рассматриваться как RELATED, является соединение FTP-data, которое является связанным с портом FTP control, а так же DCC соединение, запущенное из IRC. Обратите внимание на то, что большинство протоколов TCP и некоторые из протоколов UDP весьма сложны и передают информацию о соединении через область данных TCP или UDP пакетов и поэтому требуют наличия специальных вспомогательных модулей для корректной работы.

Состояние: ESTABLISHED

Описание: Состояние ESTABLISHED говорит о том, что это не первый пакет в соединении. Схема установки состояния ESTABLISHED достаточна проста для понимания. Единственное требование, предъявляемое к соединению, заключается в том, что для перехода в состояние ESTABLISHED необходимо чтобы узел сети передал пакет и получил на него ответ от другого узла (хоста). После получения ответа состояние соединения NEW или RELATEDбудет изаменено на ESTABLISHED.

Состояние: INVALID

Описание: Признак INVALID говорит о том, что пакет не может быть идентифицирован и поэтому не может иметь определенного статуса. Это может происходить по разным причинам, например при нехватке памяти или при получении ICMP–сообщения об ошибке, которое не соответствует какому либо известному соединению. Наверное наилучшим вариантом было бы применение действия DROP к таким пакетам.

Эти четыре состояния могут использоваться в критерии –state. Механизм определения состояния позволяет строить чрезвычайно мощную и эффективную защиту. Раньше приходилось открывать все порты выше 1024, чтобы пропустить обратный трафик в локальную сеть, теперь же, при наличии механизма определения состояния, необходимость в этом отпала, поскольку появилась возможность «открывать» доступ только для обратного (ответного) трафика, пресекая попытки установления соединений извне.

4.4. TCP соединения

В этом и в последующих разделах мы поближе рассмотрим признаки состояний и порядок их обработки каждым из трех базовых протоколов TCP, UDP и ICMP, а так же коснемся случая, когда протокол соединения не может быть классифицирован на принадлежность к трем, вышеуказанным, протоколам. Начнем рассмотрение с протокола TCP, поскольку он имеет множество интереснейших особенностей в отношении механизма определения состояния в iptables.

TCP соединение всегда устанавливается передачей трех пакетов, которые инициализируют и устанавливают соединение, через которое в дальнейшем будут передаваться данные. Сессия начинается с передачи SYN пакета, в ответ на который передается SYN/ACK пакет и подтверждает установление соединения пакет ACK. После этого соединение считается установленным и готовым к передаче данных. Может возникнуть вопрос: «А как же трассируется соединение?». В действительности все довольно просто.

Для всех типов соединений, трассировка проходит практически одинаково. Взгляните на рисунок ниже, где показаны все стадии установления соединения. Как видите, трассировщик, с точки зрения пользователя, фактически не следит за ходом установления соединения. Просто, как только трассировщик «увидел» первый (SYN) пакет, то присваивает ему статус NEW. Как только через трассировщика проходит второй пакет (SYN/ACK), то соединению присваивается статус ESTABLISHED. Почму именно второй пакет? Сейчас разберемся. Строя свой набор правил, вы можете позволить покидать локальную сеть пакетам со статусом NEW и ESTABLISHED, а во входящем трафике пропускать пакеты только со статусом ESTABLISHED и все будет работать прекрасно. И наоборот, если бы трассировщик продолжал считать соединение как NEW, то фактически вам никогда не удалось бы установить соединение с «внешним миром», либо пришлось бы позволить прохождение NEW пакетов в локальную сеть. С точки зрения ядра все выглядит более сложным, поскольку в пространстве ядра TCP соединения имеют ряд промежуточных состояний, недоступных в пространстве пользователя. В общих чертах они соответствуют спецификации RFC 793 – Transmission Control Protocol на странице 21-23. Более подробно эта тема будет рассматриваться чуть ниже.

С точки зрения пользователя все выглядит достаточно просто, однако если посмотреть с точки зрения ядра, то все выглядит несколько сложнее. Рассмотрим порядок изменения состояния соединения в таблице /proc/net/ip_conntrack. После передачи первого пакета SYN.

tcp 6 117 SYN_SENT src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 sport=1031 \ dport=23 [UNREPLIED] src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 sport=23 \ dport=1031 use=1

Как видите, запись в таблице отражает точное состояние соединения – был отмечен факт передачи пакета SYN (флаг SYN_SENT), на который ответа пока не было (флаг [UNREPLIED]). После получения пакета-ответа, соединение переводится в следующее внутреннее состояние:

tcp 6 57 SYN_RECV src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 sport=1031 \ dport=23 src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 sport=23 dport=1031 \ use=1

Теперь запись сообщает о том, что обратно прошел пакет SYN/ACK. На этот раз соединение переводится в состояние SYN_RECV. Это состояние говорит о том, что пакет SYN был благополучно доставлен получателю и в ответ на него пришел пакет-подтверждение (SYN/ACK). Кроме того, механизм определения состояния «увидев» пакеты, следующие в обеих направлениях, снимает флаг [UNREPLIED]. И наконец после передачи заключительного ACK–пакета, в процедуре установления соединения

tcp 6 431999 ESTABLISHED src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 \ sport=1031 dport=23 src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 \ sport=23 dport=1031 use=1

соединение переходит в состояние ESTABLISHED (установленное). После приема нескольких пакетов через это соединение, к нему добавится флаг [ASSURED] (уверенное).

При закрытии, TCP соединение проходит через следующие состояния.

Как видно из рисунка, соединение не закрывается до тех пор пока не будет передан последний пакет ACK. Обратите внимание – эта картинка описывает нормальный процесс закрытия соединения. Кроме того, если соединение отвергается, то оно может быть закрыто передачей пакета RST (сброс). В этом случае соединение будет закрыто по истечение предопределенного времени.

При закрытии, соединение переводится в состояние TIME_WAIT, продолжительность которого по-умолчанию соответствует 2 минутам, в течение которого еще возможно прохождение пакетов через брандмауэр. Это является своего рода «буферным временем», которое дает возможность пройти пакетам, «увязшим» на том или ином маршрутизаторе (роутере).

Если соединение закрывается по получении пакета RST, то оно переводится в состояние CLOSE. Время ожидания до фактического закрытия соединения по-умолчанию устанавливается равным 10 секунд. Подтверждение на пакеты RST не передается и соединение закрывается сразу же. Кроме того имеется ряд других внутренних состояний. В таблице ниже приводится список возможных внутренних состояний соединения и соответствующие им размеры таймаутов.

Таблица 4-2. Internal states

(Состояние – Время ожидания )

NONE – 30 минут

ESTABLISHED – 5 дней

SYN_SENT – 2 минуты

SYN_RECV – 60 секунд

FIN_WAIT – 2 минуты

TIME_WAIT – 2 минуты

CLOSE – 10 секунд

CLOSE_WAIT – 12 часов

LAST_ACK – 30 секунд

LISTEN – 2 минуты

Эти значения могут несколько изменяться от версии к версии ядра, кроме того, они могут быть изменены через интерфейс файловой системы /proc (переменные proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_tcp_*). Значения устанавливаются в сотых долях секунды, так что число 3000 означает 30 секунд.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обратите внимание на то, что со стороны пользователя, механизм определения состояния никак не отображает состояние флагов TCP пакетов. Как правило – это не всегда хорошо, поскольку состояние NEW присваивается, не только пакетам SYN.

Это качество трассировщика может быть использовано для избыточного файерволлинга (firewalling), но для случая домашней локальной сети, в которой используется только один брандмауэр это очень плохо. Эта проблема более подробно обсуждается в разделе Пакеты со статусом NEW и со сброшенным битом SYN приложения Общие проблемы и вопросы. Альтернативным вариантом решения этой проблемы может служить установка заплаты tcp-window-tracking из patch-o-matic, которая сделает возможным принятие решений в зависимости от значения TCP window.