Как работает межсетевой экран? Межсетевые экраны.

Межсетевой экран или брандмауэр (по-нем. brandmauer , по-англ. , по-рус. граница огня ) - это система или комбинация систем, позволяющих разделить сеть на две или более частей и реализовать набор правил, определяющих условия прохождения пакетов из одной части в другую (см. рис.1). Чаще всего эта граница проводится между локальной сетью предприятия и INTERNET , хотя ее можно провести и внутри локальной сети предприятия. Брандмауэр, таким образом, пропускает через себя весь трафик. Для каждого проходящего пакета брандмауэр принимает решение пропускать его или отбросить. Для того чтобы брандмауэр мог принимать эти решения, ему необходимо определить набор правил. О том, как эти правила описываются и какие параметры используются при их описании, речь пойдет чуть позже.
рис.1

Как правило, брандмауэры функционируют на какой-либо UNIX платформе - чаще всего это BSDI, SunOS, AIX, IRIX и т.д., реже - DOS, VMS, WNT, Windows NT. Из аппаратных платформ встречаются INTEL, Sun SPARC, RS6000, Alpha, HP PA-RISC, семейство RISC процессоров R4400-R5000. Помимо Ethernet, многие брандмауэры поддерживают FDDI, Token Ring, 100Base-T, 100VG-AnyLan, различные серийные устройства. Требования к оперативной памяти и объему жесткого диска зависят от количества машин в защищаемом сегменте сети.

Обычно в операционную систему, под управлением которой работает брандмауэр, вносятся изменения, цель которых - повышение защиты самого брандмауэра. Эти изменения затрагивают как ядро ОС, так и соответствующие файлы конфигурации. На самом брандмауэре не разрешается иметь счета пользователей (а значит и потенциальных дыр), только счет администратора. Некоторые брандмауэры работают только в однопользовательском режиме. Многие брандмауэры имеют систему проверки целостности программных кодов. При этом контрольные суммы программных кодов хранятся в защищенном месте и сравниваются при старте программы во избежание подмены программного обеспечения.

Все брандмауэры можно разделить на три типа:

Все типы могут одновременно встретиться в одном брандмауэре.

Пакетные фильтры

Брандмауэры с пакетными фильтрами принимают решение о том, пропускать пакет или отбросить, просматривая IP-адреса, флаги или номера TCP портов в заголовке этого пакета. IP-адрес и номер порта - это информация сетевого и транспортного уровней соответственно, но пакетные фильтры используют и информацию прикладного уровня, т.к. все стандартные сервисы в TCP/IP ассоциируются с определенным номером порта.

Для описания правил прохождения пакетов составляются таблицы типа:

Поле "действие" может принимать значения пропустить или отбросить.
Тип пакета - TCP, UDP или ICMP.
Флаги - флаги из заголовка IP-пакета.
Поля "порт источника" и "порт назначения" имеют смысл только для TCP и UDP пакетов.

Сервера прикладного уровня

Брандмауэры с серверами прикладного уровня используют сервера конкретных сервисов (proxy server) - TELNET, FTP и т.д., запускаемые на брандмауэре и пропускающие через себя весь трафик, относящийся к данному сервису. Таким образом, между клиентом и сервером образуются два соединения: от клиента до брандмауэра и от брандмауэра до места назначения.

Полный набор поддерживаемых серверов различается для каждого конкретного брандмауэра, однако чаще всего встречаются сервера для следующих сервисов:

  • терминалы (Telnet, Rlogin);
  • передача файлов (Ftp);
  • электронная почта (SMTP, POP3);
  • WWW (HTTP);
  • Gopher;
  • Wais;
  • X Window System (X11);
  • сетевая печать (LP);
  • удаленное выполнение задач (Rsh);
  • Finger;
  • новости Usenet (NNTP);
  • Whois;
  • RealAudio.

Использование серверов прикладного уровня позволяет решить важную задачу - скрыть от внешних пользователей структуру локальной сети, включая информацию в заголовках почтовых пакетов или службы доменных имен (DNS). Другим положительным качеством является возможность аутентификации на пользовательском уровне (напоминаю, что аутентификация - процесс подтверждения идентичности чего-либо; в данном случае это процесс подтверждения, действительно ли пользователь является тем, за кого он себя выдает).

    При описании правил доступа используются такие параметры, как
  • название сервиса,
  • имя пользователя,
  • допустимый временной диапазон использования сервиса,
  • компьютеры, с которых можно пользоваться сервисом,
  • схемы аутентификации.

Сервера прикладного уровня позволяют обеспечить наиболее высокий уровень защиты, т.к. взаимодействие с внешним миров реализуется через небольшое число прикладных программ, полностью контролирующих весь входящий и выходящий трафик.

Сервера уровня соединения

Сервер уровня соединения представляет из себя транслятор TCP соединения. Пользователь образует соединение с определенным портом на брандмауэре, после чего последний производит соединение с местом назначения по другую сторону от брандмауэра. Во время сеанса этот транслятор копирует байты в обоих направлениях, действуя как провод.

Как правило, пункт назначения задается заранее, в то время как источников может быть много (соединение типа один - много). Используя различные порты, можно создавать различные конфигурации.

Такой тип сервера позволяет создавать транслятор для любого определенного пользователем сервиса, базирующегося на TCP, осуществлять контроль доступа к этому сервису, сбор статистики по его использованию.

Сравнительные характеристики пакетных фильтров и серверов прикладного уровня

Ниже приведены основные достоинства и недостатки пакетных фильтров и серверов прикладного уровня относительно друг друга.

    Достоинства пакетных фильтров:
  • относительно невысокая стоимость;
  • гибкость в определении правил фильтрации;
  • небольшая задержка при прохождении пакетов.
    Недостатки пакетных фильтров:
  • локальная сеть видна (маршрутизируется) из INTERNET;
  • правила фильтрации пакетов трудны в описании, требуются очень хорошие знания технологий TCP и UDP;
  • при нарушении работоспособности брандмауэра все компьютеры за ним становятся полностью незащищенными либо недоступными;
  • аутентификацию с использованием IP-адреса можно обмануть использованием IP-спуфинга (атакующая система выдает себя за другую, используя ее IP-адрес);
  • отсутствует аутентификация на пользовательском уровне.
    Достоинства серверов прикладного уровня:
  • локальная сеть невидима из INTERNET;
  • при нарушении работоспособности брандмауэра пакеты перестают проходить через брандмауэр, тем самым не возникает угрозы для защищаемых им машин;
  • защита на уровне приложений позволяет осуществлять большое количество дополнительных проверок, снижая тем самым вероятность взлома с использованием дыр в программном обеспечении;
  • аутентификация на пользовательском уровне может быть реализована система немедленного предупреждения о попытке взлома.
    Недостатки серверов прикладного уровня:
  • более высокая, чем для пакетных фильтров стоимость;
  • невозможность использовании протоколов RPC и UDP;
  • производительность ниже, чем для пакетных фильтров.

Виртуальные сети

Ряд брандмауэров позволяет также организовывать виртуальные корпоративные сети (Virtual Private Network ), т.е. объединить несколько локальных сетей, включенных в INTERNET в одну виртуальную сеть. VPN позволяют организовать прозрачное для пользователей соединение локальных сетей, сохраняя секретность и целостность передаваемой информации с помощью шифрования. При этом при передаче по INTERNET шифруются не только данные пользователя, но и сетевая информация - сетевые адреса, номера портов и т.д.

Схемы подключения брандмауэров

Для подключения брандмауэров используются различные схемы. Брандмауэр может использоваться в качестве внешнего роутера, используя поддерживаемые типы устройств для подключения к внешней сети (см. рис.1). Иногда используется схема, изображенная на рис.2, однако пользоваться ей следует только в крайнем случае, поскольку требуется очень аккуратная настройка роутеров и небольшие ошибки могут образовать серьезные дыры в защите.

рис.2

Чаще всего подключение осуществляется через внешний маршрутизатор, поддерживающий два Ethernet интерфейса(так называемый dual-homed брандмауэр) (две сетевые карточки в одном компьютре) (см. рис.3).

рис.3

При этом между внешним роутером и брандмауэром имеется только один путь, по которому идет весь трафик. Обычно роутер настраивается таким образом, что брандмауэр является единственной видимой снаружи машиной. Эта схема является наиболее предпочтительной с точки зрения безопасности и надежности защиты.

Другая схема представлена на рис.4.

рис.4

При этом брандмауэром защищается только одна подсеть из нескольких выходящих из роутера. В незащищаемой брандмауэром области часто располагают серверы, которые должны быть видимы снаружи (WWW, FTP и т.д.). Большинство брандмауэров позволяет разместить эти сервера на нем самом - решение, далеко не лучшее с точки зрения загрузки машины и безопасности самого брандмауэра.

Существуют решения (см. рис.5), которые позволяют организовать для серверов, которые должны быть видимы снаружи, третью сеть; это позволяет обеспечить контроль за доступом к ним, сохраняя в то же время необходимый уровень защиты машин в основной сети.

рис.5

При этом достаточно много внимания уделяется тому, чтобы пользователи внутренней сети не могли случайно или умышленно открыть дыру в локальную сеть через эти сервера. Для повышения уровня защищенности возможно использовать в одной сети несколько брандмауэров, стоящих друг за другом.

Администрирование

Легкость администрирования является одним из ключевых аспектов в создании эффективной и надежной системы защиты. Ошибки при определении правил доступа могут образовать дыру, через которую может быть взломана система. Поэтому в большинстве брандмауэров реализованы сервисные утилиты, облегчающие ввод, удаление, просмотр набора правил. Наличие этих утилит позволяет также производить проверки на синтаксические или логические ошибки при вводе или редактирования правил. Как правило, эти утилиты позволяют просматривать информацию, сгруппированную по каким-либо критериям, например, все что относится к конкретному пользователю или сервису.

Системы сбора статистики и предупреждения об атаке

Еще одним важным компонентом брандмауэра является система сбора статистики и предупреждения об атаке. Информация обо всех событиях - отказах, входящих, выходящих соединениях, числе переданных байт, использовавшихся сервисах, времени соединения и т.д. - накапливается в файлах статистики. Многие брандмауэры позволяют гибко определять подлежащие протоколированию события, описать действия брандмауэра при атаках или попытках несанкционированного доступа - это может быть сообщение на консоль, почтовое послание администратору системы и т.д. Немедленный вывод сообщения о попытке взлома на экран консоли или администратора может помочь, если попытка оказалась успешной и атакующий уже проник в систему. В состав многих брандмауэров входят генераторы отчетов, служащие для обработки статистики. Они позволяют собрать статистику по использованию ресурсов конкретными пользователями, по использованию сервисов, отказам, источникам, с которых проводились попытки несанкционированного доступа и т.д.

Аутентификация

Аутентификация является одним из самых важных компонентов брандмауэров. Прежде чем пользователю будет предоставлено право воспользоваться тем или иным сервисом, необходимо убедиться, что он действительно тот, за кого он себя выдает.

Как правило, используется принцип, получивший название "что он знает" - т.е. пользователь знает некоторое секретное слово, которое он посылает серверу аутентификации в ответ на его запрос.

Одной из схем аутентификации является использование стандартных UNIX паролей. Эта схема является наиболее уязвимой с точки зрения безопасности - пароль может быть перехвачен и использован другим лицом.

Классы защищенности брандмауэров

Применительно к обработке конфиденциальной информации автоматизированные системы (АС) делятся на три группы:

  1. Многопользовательские АС, обрабатывающие информацию различных уровней конфиденциальности.
  2. Многопользовательские АС, в которых все пользователи имеют равный доступ ко всей обрабатываемой информации, расположенной на носителях разного уровня конфиденциальности.
  3. Однопользовательские АС, в которых пользователль имеет подный доступ ко всей обрабатываемой информации, расположенной на носителях разного уровня конфиденциальности.

В первой группе выделяют 5 классов защищенности АС: 1А, 1Б, 1В, 1Г, 1Д, во второй и третьей группах - по 2 класса защищенности: 2А, 2Б и 3А, 3Б сооответственно. Класс А соответствует максимальной, класс Д - минимальной защищенности АС.

Брандмауэры позволяют поддерживать безопасность объектов внутренней области, игнорируя несанкционированные запросы из внешней области, т.е. осуществляют экранирование . В результате уменьшается уязвимость внутренних объектов, поскольку первоначально сторонний нарушитель должен преодолеть брандмауэр, где защитные механизмы сконфигурированы особенно тщательно и жестко. Кроме того, экранирующая система в отличие от универсальной устроена более простым, а следовательно, более безопасным образом. На ней присутствуют только те компоненты, которые необходимы для выполнения функций экранирования. Экранирование дает также возможность контролировать информационные потоки, направленные во внешнюю область, что способствует поддержанию во внутренней области режима конфиденциальности. Помимо функций разграничения доступа, брандмауэры осуществляют регистрацию информационных потоков.

По уровню защищенности брандмауэры делятся на 5 классов. Самый низкий класс защищенности - пятый. Он применяется для безопасного взаимодействия АС класса 1Д с внешней средой, четвертый - для 1Г, третий - для 1В, второй - для 1Б, самый высокий - первый - для 1А.

Для АС класса 2Б, 3Б применяются брандмауэры не ниже пятого класса.

Для АС класса 2А, 3А в зависимости от важности обрабатываемой информации применяются брандмауэры следующих классов:

  • при обработки информации с грифом "секретно" - не ниже третьего класса;
  • при обработки информации с грифом "совершенно секретно" - не ниже второго класса;
  • при обработки информации с грифом "особой важности" - только первого класса.

Показатели защищенности сведены в табл.1.

Обозначения:

Таблица 1
Показатели защищенности Классы защищенности
5 4 3 2 1
Управление доступом (фильтрация данных и трансляция адресов) + + + + =
Идентификация и аутентификация - - + = +
Регистрация - + + + =
Администрирование: идентификация и аутентификация + = + + +
Администрирование: регистрация + + + = =
Администрирование: простота использования - - + = +
Целостность + = + + +
Восстановление + = = + =
Тестирование + + + + +
Руководство администратора защиты + = = = =
Тестовая документация + + + + +
Конструкторская (проектная) документация + = + = +

Руководство для приобретающих брандмауэр

Исследовательским подразделением компании TruSecure - лабораторией ICSA - разработан документ "Firewall Buyers Guide" (Гид покупателей межсетевого экрана). В одном из разделов этого документа дана следующая форма оценки покупателя:

  1. Контактная информация - адрес и ответственные лица.
  2. Бизнес-среда работы:
    • количество и расположение отдельных учреждений (зданий) предприятия;
    • указание подразделений и информации ограниченного характера и информации, для которой важна доступность данных для взаимодействия подразделений, их размещение;
    • Указание внешних партнеров, с которыми необходимо организовать взаимодействие;
    • описание сервисов, открытых публично;
    • трребования к организации удаленного доступа во внутреннее информационное пространство предприятия;
    • сервисы электронных служб, использующие публичные каналы связи (например, электронная коммерция).
  3. Планируемые изменения в бизнес-среде по перечисленным параметрам.
  4. Информационная среда:
    • количество пользовательских рабочих станций с указанием аппаратного обеспечения, системного и прикладного программного обеспечения;
    • структура сети с указанием топологии, среды передачи данных, используемых устройств и протоколов;
    • структура удаленного доступа с указанием используемых устройств, а также методов аутентификации;
    • количество серверов с указанием аппаратного обеспечения,системного и прикладного программного обеспечения;
    • существующая система поддержки информационных систем со стороны поставщиков с их указанием и границами сферы деятельности;
    • антивирусные системы и другие системы контроля программного обеспечения;
    • технология упрравления сетью и информационными системами;
    • аутентификационные технологии - список и описание.
  5. Планируемые изменения в информационной среде по перечисленням параметрам.
  6. Связь с Интернетом:
    • тип интернет-соединения;
    • существующие межсетевые экраны (если они есть);
    • Средства связи с внешней средой, используемые внутренними системами;
    • внутренние системы и сервисы, доступные извне;
    • серверы электронной коммерции и других транзакционных систем;
    • указание на наличие утвержденной политики безопасности доступа и использования Интернета.
  7. Планируемые мероприятия (для которых приобретается межсетевой экран):
    • изменение в способах доступа к Интернету и в политике безопасности предприятия;
    • появление новых протокоолов, которые необходимо поддерживать отдельно для внутренних пользователей, пользователей с удаленным доступом или специальных пользователей, доступных публично.
  8. Требуемая функциональность межсетевого экрана:
    • по контролю доступа;
    • выдаваемым сообщениям;
    • аутентификации;
    • управлению конфигурацией;
    • контролю содержимого проходящего трафика;
    • регистрационным журналам;
    • распознаванию атак;
    • сетевым опциям (количество интерфейсов, способ доступа);
    • удаленному администрированию;
    • системным требованиям (под ключ, интеграция с другими продуктами и т.д.).
  9. Прочие условия:
    • предполагаемая стоимость межсетевого экрана (сколько предприятие может потратить);
    • предполагаемая дата начала работы продукта;
    • требования к наличию у продукта сертификатов;
    • требования к предполагаемому администратору продукта и к службе поддержки;
    • специальные условия контракта (если есть);
    • другие замечания, которые не включены в данную форму.

Предполагается, что предприятие, заполнив данную форму и отправив ее производителю, позволит последнему сформировать наиболее качественное предложение для покупателя. Заполнение данной формы, впрочем, и без отправки ее кому-либо, позволит организации лучше понять, какое решение ей необходимо.

Текстовый вариант видеолекции на YouTube по межсетевым экранам.

Межсетевой экран - это устройство, которое отделяет разные компьютерные сети друг от друга. Другое название межсетевого экрана - брандмауэр или firewall.

Зачем нужны межсетевые экраны

При создании сетей TCP/IP в них был заложен принцип полной связности: любой компьютер в сети может соединиться с любым другим. Но тогда в сети было немного компьютеров, большая часть из которых находилась в университетах и исследовательских центрах. Сейчас ситуация кардинально поменялась: интернет стал огромной сетью с миллиардами компьютеров, которые используются не только для научных целей. В том числе в интернет появилось много злоумышленников, которые могут взломать ваш компьютер. Поэтому принцип полной связности сейчас нежизнеспособен. Наоборот, нам нужен способ отделять сети от небезопасных внешних сетей. Именно это и позволяет делать межсетевой экран.

Как используются межсетевые экраны

Есть несколько вариантов использования межсетевых экранов. Если мы хотим защитить сеть нашей организации или домашнюю сеть, то межсетевой экран устанавливается между защищаемой сетью и интернетом. На рисунке межсетевой экран показан в виде стены с огнем (от английского firewall - огненная стена). В таких случаях, как правило, используется аппаратный межсетевой экран, который представляет собой отдельное устройство или является частью маршрутизатора.

Другой вариант - установка программных межсетевых экранов на компьютеры, которые мы хотим защитить. Один из популярных вариантом программных межсетевых экранов - брандмауэр Windows.

Программные межсетевые экраны особенно полезны для ноутбуков, с которыми вы работаете не только в защищенной сети организации, но и в других местах: других организациях, отелях, кафе, ресторанах и т.п. Здесь вы не имеете контроля над сетью и не можете обеспечить ее безопасность.

Как работают межсетевые экраны

Межсетевые экраны работают на сетевом и транспортном уровнях моделей OSI и TCP/IP. Они анализируют IP-адреса отправителя и получателя, а также порты транспортного уровня.

Межсетевой экран перехватывает все пакеты, которые приходят из интернет и из внутренней сети. У межсетевого экрана есть таблица правил с описанием, какие пакеты можно передавать, а какие нельзя. Если пакет подходит под одно из разрешающих правил в таблице, он передается дальше. В противном случае пакет отбрасывается.

Таблица правил выглядит следующим образом. Здесь показаны наиболее важные для понимания логики работы межсетевого экрана столбцы. В реальных межсетевых экранах таблицы могут отличаться.

IP отправителя Порт отправителя IP получателя Порт получателя Протокол Действие
220.10.1.0/24 >1024 Вне 220.10.1.0/24 80 TCP Разрешить
Вне 220.10.1.0/24 80 220.10.1.0/24 >1024 TCP Разрешить
Любой Любой Любой Любой Любой Запретить

Основные поля в таблице - это IP-адреса и порты отправителя и получателя. Также есть поле протокол, в котором указывается используемый протокол транспортного или сетевого уровня, например, TCP, UDP или ICMP. Последнее после таблицы - действие. В нем прописывается, что межсетевой экран должен сделать с пакетом: разрешить его прохождение или запретить.

Предположим, что мы хотим существенно ограничить политику использования компьютерной сети для обеспечения безопасности. Пользователям разрешается работать с Web-сайтами в интернет, но все остальное запрещено. Для этого нам понадобились три правила, записанные в таблице выше.

Первая строка таблицы содержит правило, которое позволяет пакетам из внутренней сети, предназначенных для Web-серверов, проходить через межсетевой экран. Предположим, что наша внутренняя сеть имеет блок адресов 220.10.1.0/24 . Указываем этот блок в качестве IP-адреса отправителя, порт отправителя >1024 (порты для браузеров назначаются операционной системой автоматически). IP получателя: все, кроме 220.10.1.0/24 , порт получателя: 80 (порт на котором по умолчанию работают Web-серверы). В поле “Протокол” указываем транспортный протокол TCP , который используется прикладным протоколом HTTP. Действие - разрешить .

Второе правило разрешает прохождение пакетов с ответами Web-серверов. IP-адрес отправителя: любой вне 220.10.1.0/24 , порт отправителя: 80 (порт Web-серверов). IP-получателя: 220.10.1.0/24 (наша внутренняя сеть), порт получателя: >1024 (автоматически назначенный порт для браузера). Протокол также TCP , действие Разрешить .

Третье правило запрещает прохождение любых пакетов.

Межсетевой экран читает правила в таблице последовательно и выполняет проверку пакета по прочитанному правилу. Сначала пакет проверяется на соответствие правилу в первой строке, и если он под него подходит, то сразу же передается. Затем межсетевой экран переходит ко второму правилу, проверяет пакет, и передает его, если пакет подходит под второе правило. После этого межсетевой экран переходит к третьему правилу и отбрасывает все пакеты, которые не подошли под первые два правила.

Проверка флагов и состояния соединения

Правила в примере очень ограниченные, но злоумышленник все равно сможет попасть в нашу внутреннюю сеть. Для этого ему нужно сконструировать пакет, у которого порт отправителя равен 80 , IP получателя находится в нашей сети, и порт получателя больше 1024 . Такой пакет подходит под второе правило. Наш межсетевой экран подумает, что это ответ какого-то из Web-серверов, и пропустит его. Таким образом, злоумышленники смогут подключиться к сетевым сервисам, которые работают на портах >1024. Чтобы избежать таких ситуаций, можно контролировать флаги в заголовке TCP , а также факт установки соединения TCP .

Для контроля флагов в TCP-заголовке необходимо добавить соответствующее поле в таблицу межсетевого экрана.

IP отправителя Порт отправителя IP получателя Порт получателя Протокол Флаг Действие
220.10.1.0/24 >1024 Вне 220.10.1.0/24 80 TCP Любой Разрешить
Вне 220.10.1.0/24 80 220.10.1.0/24 >1024 TCP Ack Разрешить
Любой Любой Любой Любой Любой Любой Запретить

В первом правиле мы по-прежнему выпускаем в интернет все пакеты, которые предназначены для Web-серверов. Но во втором правиле во внутреннюю сеть пропускаем только пакеты с установленным флагом ACK (Acknowledgement) в заголовке TCP. Этот флаг установлен почти у всех пакетов TCP, кроме первого пакета с запросом на установку соединения (в таком пакете установлен только флаг SYN). Таким образом, злоумышленник не сможет установить соединения с сервисами нашей внутренней сети, даже если будет посылать пакеты, похожие на ответы Web-серверов.

Межсетевой экран может напрямую проверять, установлено ли TCP соединение между отправителем и получателем. Межсетевой экран перехватывает все пакеты, поэтому он видит и пакеты установки TCP соединения. Таким образом, он легко может узнать, какой компьютер из внутренней сети устанавливал соединение с компьютерами из внешней сети, и с какими именно. После того, как межсетевой экран увидел успешную процедуру установки соединения TCP (трехкратное рукопожатие), он вносит запись в таблицу установленных соединений .

Компьютер из внутренней сети с IP-адресом 220.10.1.86 установил соединение, используя порт 53638 , с Web-сервером 77.88.55.66 (порт 80 ).

Для проверки наличия соединения, в таблицу межсетевого экрана добавляется соответствующее поле.

IP отправителя Порт отправителя IP получателя Порт получателя Протокол Флаг Соединение Действие
220.10.1.0/24 >1024 Вне 220.10.1.0/24 80 TCP Любой - Разрешить
Вне 220.10.1.0/24 80 220.10.1.0/24 >1024 TCP Ack Проверять Разрешить
Любой Любой Любой Любой Любой Любой - Запретить

Компьютеры из внутренней сети должны иметь возможность устанавливать соединение с Web-серверами в интернет, поэтому в первом правиле мы не требуем наличия соединения. Но ответы нужно пропускать только от тех Web-серверов, с которыми соединение уже установлено. Поэтому во втором правиле мы проверяем наличие записи о соединении в таблице соединений.

Другие методы ограничения доступа

Кроме межсетевых экранов могут использоваться также другие методы ограничения доступа, работающие на разных уровнях модели OSI.

На канальном уровне возможна фильтрация по MAC-адресам на портах коммутатора. Можно составить список MAC-адресов компьютеров, которым разрешено подключаться к коммутатору. Передавать кадры компьютеров с другими MAC-адресами коммутатор не будет.

На прикладном уровне используются прокси-серверы (proxy server) и фильтры содержимого (content filter). Прокси-серверы работают как межсетевые экраны, но на прикладном уровне: принимают все пакеты, которые передаются по какому-нибудь прикладному протоколу, анализируют заголовки протокола, и могу принять решение, передать пакет дальше, или нет. Часто используются Web-прокси, которые работают по протоколу HTTP. Такие прокси серверы могут ограничивать доступ, например, к социальным сетям с рабочих мест организации.

Фильтры содержимого также работают на прикладном уровне, но они анализируют не только заголовки пакетов, но и данные. С помощью фильтров содержимого можно, например, заблокировать передачу видео, на каких бы сайтах оно ни размещалось.

Системы обнаружения вторжений (intrusion detection system) и предотвращения вторжений (intrusion prevention system) работают по принципу, похожему на межсетевые экраны. Отличие заключается в том, что они анализируют не отдельные пакеты, а последовательности пакетов. Они могут определить, например, что злоумышленник подбирает пароль к вашему серверу или ведет сканирование вашей сети. Система обнаружения вторжений предупредит администратора о проходящей атаке, а система предотвращения вторжений попытается автоматически предпринять какие-то действия, чтобы остановить атаку.

Недостатки межсетевых экранов

Межсетевые экраны обеспечивают безопасность, но нужно быть очень осторожными при их настройке. Ошибка при составлении правил доступа может привести к тому, что все нужные пакеты будет блокироваться межсетевым экраном и сеть будет неработоспособна.

Другая возможная проблема - снижение производительности работы сети при использовании межсетевых экранов. Все пакеты в сети должны быть перехвачены межсетевым экраном и проверены. Если у вас крупная сеть, сложная политика безопасности с большим количеством правил доступа, а межсетевой экран не обладает достаточной производительность, то вся сеть будет работать медленно.

Итоги

Межсетевые экраны - это устройства или программы, предназначенные для отделения сетей друг от друга. Межсетевые экраны перехватывают все пакеты между сетям и проверяют их на соответствие правилам доступа. При проверке используются IP-адреса отправителей и получателей, порты транспортного уровня, флаги в заголовках сетевых протоколов, а также состояние соединения TCP. Если пакет подходит под разрешающее правило, он передается дальше, в противном случае отбрасывается.

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.

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. 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.

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:

· шлюзы сеансового уровня;

· шлюзы прикладного уровня;

Таблица 4.5.1. 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 со 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 функцию 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;

· межсетевые экраны экспертного уровня.

6. Наиболее комплексно задачу экранирования решают межсетевые экраны экспертного уровня, которые сочетают в себе элементы всех типов межсетевых экранов.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается механизм межсетевого экранирования?

2. Дайте определение межсетевого экрана.

3. Принцип функционирования межсетевых экранов с фильтрацией пакетов.

4. На уровне каких протоколов работает шлюз сеансового уровня?

5. В чем особенность межсетевых экранов экспертного уровня?

Сеть нуждается в защите от внешних угроз. Хищение данных, несанкционированный доступ и повреждения могут сказаться на работе сети и принести серьезные убытки. Используйте специальные программы и устройства, чтобы обезопасить себя от разрушительных воздействий. В этом обзоре мы расскажем об межсетевом экране и рассмотрим его основные типы.

Назначение межсетевых экранов

Межсетевые экраны (МСЭ ) или файрволы - это аппаратные и программные меры для предотвращения негативных воздействий извне. Файрвол работает как фильтр: из всего потока трафика просеивается только разрешенный. Это первая линия защитных укреплений между внутренними сетями и внешними, такими как интернет. Технология применяется уже на протяжении 25 лет.

Необходимость в межсетевых экранах возникла, когда стало понятно, что принцип полной связности сетей больше не работает. Компьютеры начали появляться не только в университетах и лабораториях. С распространением ПК и интернета возникла необходимость отделять внутренние сети от небезопасных внешних, чтобы уберечься от злоумышленников и защитить компьютер от взлома.

Для защиты корпоративной сети устанавливают аппаратный межсетевой экран - это может быть отдельное устройство или часть маршрутизатора. Однако такая практика применяется не всегда. Альтернативный способ - установить на компьютер, который нуждается в защите, программный межсетевой экран. В качестве примера можно привести файрвол , встроенный в Windows.

Имеет смысл использовать программный межсетевой экран на корпоративном ноутбуке, которым вы пользуетесь в защищенной сети компании. За стенами организации вы попадаете в незащищенную среду - установленный файрвол обезопасит вас в командировках, при работе в кафе и ресторанах.

Как работает межсетевой экран

Фильтрация трафика происходит на основе заранее установленных правил безопасности. Для этого создается специальная таблица, куда заносится описание допустимых и недопустимым к передаче данных. Межсетевой экран не пропускает трафик, если одно из запрещающих правил из таблицы срабатывает.

Файрволы могут запрещать или разрешать доступ, основываясь на разных параметрах: IP-адресах, доменных именах, протоколах и номерах портов, а также комбинировать их.

  • IP-адреса. Каждое устройство, использующее протокол IP, обладает уникальным адресом. Вы можете задать определенный адрес или диапазон, чтобы пресечь попытки получения пакетов. Или наоборот - дать доступ только определенному кругу IP-адресов.
  • Порты. Это точки, которые дают приложениям доступ к инфраструктуре сети. К примеру, протокол ftp пользуется портом 21, а порт 80 предназначен для приложений, используемых для просмотра сайтов. Таким образом, мы получаем возможность воспрепятствовать доступу к определенным приложениям и сервисам.
  • Доменное имя. Адрес ресурса в интернете также является параметром для фильтрации. Можно запретить пропускать трафик с одного или нескольких сайтов. Пользователь будет огражден от неприемлемого контента , а сеть от пагубного воздействия.
  • Протокол. Файрвол настраивается так, чтобы пропускать трафик одного протокола или блокировать доступ к одному из них. Тип протокола указывает на набор параметров защиты и задачу, которую выполняет используемое им приложение.

Типы МСЭ

1. Прокси -сервер

Один из родоначальников МСЭ , который выполняет роль шлюза для приложений между внутренними и внешними сетями. Прокси -серверы имеют и другие функции, среди которых защита данных и кэширование . Кроме того, они не допускают прямые подключения из-за границ сети. Использование дополнительных функций может чрезмерно нагрузить производительность и уменьшить пропускную способность.

2. МСЭ с контролем состояния сеансов

Экраны с возможностью контролировать состояние сеансов - уже укоренившаяся технология. На решение принять или блокировать данные влияет состояние, порт и протокол. Такие версии следят за всей активностью сразу после открытия соединения и вплоть до самого закрытия. Блокировать трафик или не блокировать система решает, опираясь на установленные администратором правила и контекст. Во втором случае учитываются данные, которые МСЭ дали прошлые соединения.

3. МСЭ Unified threat management (UTM)

Комплексное устройство. Как правило, такой межсетевой экран решает 3 задачи:

  • контролирует состояние сеанса;
  • предотвращает вторжения;
  • занимается антивирусным сканированием.

Порой фаерволы, усовершенствованные до версии UTM, включают и другой функционал, например: управление облаком.

4. Межсетевой экран Next-Generation Firewall (NGFW)

Ответ современным угрозам. Злоумышленники постоянно развивают технологии нападения, находят новые уязвимости, совершенствуют вредоносные программы и усложняют для отражения атаки на уровне приложений. Такой файрвол не только фильтрует пакеты и контролирует состояние сеансов. Он полезен в поддержании информационной безопасности благодаря следующим функциям:

  • учет особенностей приложений, который дает возможность идентифицировать и нейтрализовать вредоносную программу;
  • оборона от непрекращающихся атак из инфицированных систем;
  • обновляемая база данных, которая содержит описание приложений и угроз;
  • мониторинг трафика, который шифруется с помощью протокола SSL.

5. МСЭ нового поколения с активной защитой от угроз

Данный тип межсетевого экрана - усовершенствованная версия NGFW. Это устройство помогает защититься от угроз повышенной сложности. Дополнительный функционал умеет:

  • учитывать контекст и находить ресурсы, которые находятся под наибольшим риском;
  • оперативно отражать атаки за счет автоматизации безопасности, которая самостоятельно управляет защитой и устанавливает политики;
  • выявлять отвлекающую или подозрительную активность, благодаря применению корреляции событий в сети и на компьютерах;

В этой версии межсетевого экрана NGFW введены унифицированные политики, которые значительно упрощают администрирование.

Недостатки МСЭ

Межсетевые экраны обороняют сеть от злоумышленников. Однако необходимо серьезно отнестись к их настройке. Будьте внимательны: ошибившись при настройке параметров доступа, вы нанесете вред и файрвол будет останавливать нужный и ненужный трафик, а сеть станет неработоспособной.

Применение межсетевого экрана может стать причиной падения производительности сети. Помните, что они перехватывают весь входящий трафик для проверки. При крупных размерах сети чрезмерное стремление обеспечить безопасность и введение большего числа правил приведет к тому, что сеть станет работать медленно.

Зачастую одного файрвола недостаточно, чтобы полностью обезопасить сеть от внешних угроз. Поэтому его применяют вместе с другими программами, такими как антивирус.

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

№

Уровень

модели OSI

Протокол

Тип

межсетевого экрана

1

Прикладной

Telnet, FTP, DNS, NFS, SMTP, HTTP

·Шлюз прикладного уровня;

·Межсетевой экран экспертного уровня.

2

Представления данных

3

Сеансовый

TCP, UDP

·Шлюз сеансового уровня

4

Транспортный

TCP, UDP

5

Сетевой

IP, ICMP

·Межсетевой экран с фильтрацией пакетов

6

Канальный

7

Физический

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;