Внутреннее устройство Linux

3494716463:3494716463(0) ack 3200063166 win 5792

4620[|tcp]> (DF)

20:36:25.779409 duplex.example.com.48455 > mikado.example.com.www:. ack 1 win

5840 (DF)

20:36:25.779787 duplex.example.com.48455 > mikado.example.com.www: P 1:427(426)

ack 1 win 5840 (DF)

20:36:25.784012 mikado.example.com.www > duplex.example.com.48455:. ack 427

win 6432 (DF)

20:36:25.845645 mikado.example.com.www > duplex.example.com.48455: P 1:773(772)

ack 427 win 6432 (DF)

20:36:25.845732 duplex.example.com.48455 > mikado.example.com.www:. ack 773

win 6948 (DF)

9 packets received by filter

0 packets dropped by kernel

Можно сделать этот отчет более конкретным, если добавить фильтры. Можно выполнить фильтрацию на основе хостов источника и назначения, сети, адресов Ethernet, протоколов и множества различных уровней в модели сети, а также многого другого. В число протоколов, которые распознает команда tcpdump, входят протоколы ARP, RARP, ICMP, TCP, UDP, IP, IPv6, AppleTalk и пакеты IPX. Чтобы, например, вывести с помощью команды tcpdump только пакеты TCP, запустите:

# tcpdump tcp

Чтобы увидеть веб-пакеты и пакеты UDP, введите такую команду:

# tcpdump udp or port 80

примечание

Если вам необходима тщательная проверка пакетов, попробуйте использовать альтернативу команде tcpdump с графическим интерфейсом — например, приложение Wireshark.

Примитивы

В предыдущих примерах элементы tcp, udp и port 80 называются примитивами. Самые важные примитивы приведены в табл. 10.3.

Таблица 10.3. Примитивы команды tcpdump

Примитив

Спецификация пакета

tcp

Пакеты TCP

udp

Пакеты UDP

port port

Пакеты TCP и/или UDP к порту port или от него

host host

Пакеты к хосту host или от него

net network

Пакеты к сети network или от нее

Операторы

В предыдущем примере в качестве оператора применяется слово or. Команда tcpdump может использовать несколько операторов (таких как and и!), которые можно группировать с помощью скобок. Если вы планируете какую-либо серьезную работу с командой tcpdump, обязательно прочтите страницы руководства, в особенности раздел, который описывает примитивы.

Когда не следует применять команду tcpdump

Будьте очень осторожны при использовании команды tcpdump. Отчет команды tcpdump, показанный выше в этом разделе, содержит только информацию заголовка пакетов TCP (транспортный уровень) и IP (интернет-уровень), но вы можете также вывести с помощью команды tcpdump все содержимое пакета. Хотя многие сетевые операторы позволяют с легкостью просматривать сетевые пакеты, не следует шпионить за сетями, если вы не являетесь их владельцем.

10.5.3. Команда netcat

Если вам необходимо больше гибкости, чем позволяет команда вроде telnet host port при соединении с удаленным хостом, используйте команду netcat (или nc). Эта команда может подключаться к удаленным портам TCP/UDP, определять локальный порт, прослушивать и сканировать порты, перенаправлять стандартный ввод/вывод к сетевым соединениям и от них, а также многое другое. Чтобы открыть TCP-соединение с портом с помощью команды netcat, запустите:

$ netcat host port

Команда netcat завершает работу, только если другая сторона соединения разрывает его. Это может привести к путанице, если вы перенаправляете стандартный ввод в команду netcat. Разорвать соединение в любой момент можно с помощью нажатия сочетания клавиш Ctrl+C. Если вы предпочитаете, чтобы команда завершала работу и разрывала соединение на основе стандартного потока ввода, попробуйте команду sock.

Для прослушивания конкретного порта запустите такую команду:

$ netcat — l -p port_number

10.5.4. Сканирование портов

Иногда неизвестно даже то, какие службы предлагают компьютеры вашей сети или какие IP-адреса используются. Утилита Network Mapper (Nmap) сканирует все порты компьютера или сети компьютеров в поисках открытых портов, а затем выводит список всех обнаруженных портов. Большинство версий ОС содержит пакет Nmap, который можно также получить на сайте http://www.insecure.org/. Ознакомьтесь со страницей руководства по утилите Nmap или онлайн-источниками, чтобы узнать о том, что она может делать.

При перечислении портов вашего компьютера удобно запустить сканирование по крайней мере с двух точек: на вашем компьютере и на каком-либо еще (возможно, за пределами вашей локальной сети). Так вы получите представление о том, что блокируется вашим брандмауэром.

внимание

Если кто-либо еще контролирует сеть, которую вы собираетесь просканировать с помощью команды Nmap, спросите разрешение. Администраторы сети следят за сканированием портов и, как правило, лишают доступа те компьютеры, которые пользуются этим.

Запустите команду nmap host, чтобы выполнить обобщенное сканирование портов. Например, так:

$ nmap 10.1.2.2

Starting Nmap 5.21 (http://nmap.org) at 2015-09-21 16:51 PST

Nmap scan report for 10.1.2.2

Host is up (0.00027s latency).

Not shown: 993 closed ports

PORT STATE SERVICE

22/tcp open ssh

25/tcp open smtp

80/tcp open http

111/tcp open rpcbind

8800/tcp open unknown

9000/tcp open cslistener

9090/tcp open zeus-admin

Nmap done: 1 IP address (1 host up) scanned in 0.12 seconds

Как видите, здесь открыто несколько служб, многие по умолчанию не включены в большинстве версий ОС. На самом деле единственным портом, который по умолчанию включен, является порт 111 (порт rpcbind).

10.6. Удаленный вызов процедур (RPC)

Что же это за служба rpcbind, которую вы только что видели в предыдущем разделе при сканировании? RPC означает «удаленный вызов процедур» (Remote Procedure Call). Это система, которая расположена в нижней части прикладного уровня. Она предназначена для того, чтобы программистам было легче получать доступ к сетевым приложениям, используя следующее обстоятельство: команды вызывают функции в удаленных командах (которые идентифицируются по номерам), а затем удаленные команды возвращают результат или сообщение.

В реализациях RPC использованы транспортные протоколы, такие как TCP и UDP, и для них необходима специальная посредническая служба, которая сопоставляет номера команд с портами TCP и UDP. Сервер под названием rpcbind должен быть запущен на каждом компьютере, который будет использовать службы RPC.

Чтобы узнать, какие службы RPC есть на вашем компьютере, запустите такую команду:

$ rpcinfo — p localhost

Протокол RPC является одним из тех, который просто не должен выйти из употребления. Сетевая файловая система (NFS, Network File System) и служба сетевого информирования (NIS, Network Information Service) используют протокол RPC, но они абсолютно излишни для автономных компьютеров. Однако, как только вы решите, что полностью избавились от необходимости в команде rpcbind, возникает что-либо еще, например поддержка монитора доступа к файлам (FAM, File Access Monitor) в среде GNOME.

10.7. Сетевая безопасность

Поскольку Linux является очень популярным вариантом Unix для персональных компьютеров, в особенности потому, что широко используется для веб-серверов, она притягивает внимание многих субъектов, которые пытаются проникнуть в компьютерные системы. Нами были рассмотрены брандмауэры, но на этом рассказ о безопасности не заканчивается.

Сетевая безопасность привлекает экстремистов: как тех, кому действительно по душе вторжение в чужие системы (ради развлечения или ради денег), так и тех, кто создает замысловатые схемы и кому действительно нравится бороться со взломщиками систем (это также может быть очень прибыльным делом). К счастью, вам не надо знать очень много, чтобы обезопасить свою систему. Вот несколько основных правил.

• Запускайте как можно меньше служб. Взломщики не смогут взломать службу, которой нет в вашей системе. Если вы знаете о какой-либо службе, что она не используется вами, не включайте ее только из соображений, что она может вам пригодиться «когда-нибудь потом».

 Блокируйте с помощьюбрандмауэра настолько много, насколько возможно. В системах Unix есть несколько внутренних служб, о которых вы можете не догадываться (например, TCP-порт 111 для сервера RPC), и о них не следует знать никакой другой системе в мире. Может оказаться очень трудно отслеживать службы и управлять ими, если различные команды прослушивают разные порты. Чтобы не позволить взломщикам определить внутренние службы вашей системы, используйте эффективные правила для брандмауэра, а также установите брандмауэр в вашем маршрутизаторе.

 Отслеживайте службы, которые выходят в Интернет. Если у вас запущен сервер SSH, Postfix или подобные им службы, обновляйте программное обеспечение и принимайте соответствующие меры защиты (см. подраздел 10.7.2).

 Используйте для серверов дистрибутивы «с долгосрочной поддержкой». Группы разработчиков систем безопасности обычно вплотную работают над стабильными и поддерживаемыми релизами ПО. Релизам для разработчиков и для тестирования, таким как Debian Unstable и Fedora Rawhide, уделяется гораздо меньше внимания.

 Не создавайте в своей системе учетную запись для того, кому она не нужна. Намного проще получить доступ с корневыми правами из локальной учетной записи, чем выполнить взлом удаленно. На самом деле вследствие огромного количества программ (в которых есть ошибки и недоработки), доступных в большинстве систем, можно легко получить доступ в систему с корневыми правами после получения приглашения от оболочки. Не рассчитывайте на то, что ваши друзья знают о том, как защищать свои пароли (или умеют выбирать хорошие пароли).

 Не устанавливайте сомнительные двоичные пакеты. Они могут содержать вирусы-трояны.

Такова практическая сторона самозащиты. Почему это важно? Есть три основных типа сетевых атак.

• Полная компрометация. Это означает получение корневого доступа к компьютеру (полный контроль). Взломщик может выполнить это, применив сервисную атаку, например за счет использования ошибки переполнения буфера или захватив плохо защищенную учетную запись пользователя, а затем взломав некачественно написанную команду setuid.

 DoS-атака (Denial-of-Service, отказ в обслуживании). В этом случае компьютеру мешают выполнять сетевые службы или принуждают к неправильной работе каким-либо другим способом, не используя какого-либо специального доступа. Такие атаки трудно предотвратить, но на них проще отреагировать.

 Вредоносные программы. Пользователи Linux в основном защищены от таких вредоносных программ, как почтовые черви и вирусы, просто потому, что почтовые клиенты не настолько глупы, чтобы запускать программы, которые они обнаруживают в приложенных файлах. Однако вредоносные программы для Linux все же существуют. Избегайте загрузки и установки двоичного ПО из незнакомых онлайн-ресурсов.

10.7.1. Типичные уязвимости

Есть два основных типа уязвимостей, о которых следует обеспокоиться: прямые атаки и перехват пароля в виде простого текста. Прямые атаки пытаются захватить компьютер не особо изящными способами. Чаще всего используется ошибка переполнения буфера, которая вызвана тем, что небрежный программист не проверил границы буферного массива. Атакующий создает стековый фрейм внутри большого фрагмента данных, скидывает его на удаленный сервер и надеется на то, что сервер перезапишет свои командные инструкции и в конечном итоге исполнит новый стековый фрейм. Несмотря на сложность такой атаки, ее легко повторить многократно.

В атаках второго типа перехватываются пароли, передающиеся по сети как простой текст. Как только взломщик добудет ваш пароль, игра окончена. С этого момента противник будет неуклонно стремиться получить локальный доступ с корневыми правами (что гораздо проще, чем выполнение удаленной атаки), использовать компьютер в качестве посредника для атак на другие хосты или для обоих вариантов.

примечание

Если у вас есть служба, не обладающая встроенной поддержкой шифрования, попробуйте утилиту Stunnel (http://www.stunnel.org/) — пакет шифрующей обертки, похожий на обертку TCP. Подобно команде tcpd, утилита Stunnel особенно хорошо действует для служб inetd.

Некоторые службы постоянно являются целями атак вследствие своей плохой реализации и разработки. Всегда следует отключать следующие службы (в большинстве систем они довольно редко активизируются).

• ftpd — по какой-то причине все FTP-серверы переполнены уязвимостями. Кроме того, большинство FTP-серверов использует пароли в виде простого текста. Если вам необходимо передавать файлы с одного компьютера на другой, попробуйте применить решение на основе SSH или сервер rsync.

• telnetd, rlogind, rexecd — все эти службы передают данные удаленного сеанса (в том числе и пароли) в виде простого текста. Избегайте их, если у вас не установлена версия с применением технологии шифрования Kerberos.

• fingerd — взломщики могут получить списки пользователей и другую информацию с помощью службы сканера отпечатков пальцев.

10.7.2. Онлайн-ресурсы, посвященные безопасности

Вот несколько хороших сайтов, посвященных вопросам безопасности:

• http://www.sans.org/ — предлагает тренинги, сервисы, бесплатное еженедельное новостное письмо с перечислением важнейших уязвимостей, примеры политик безопасности и многое другое;

• http://www.cert.org/ — здесь можно узнать о самых серьезных проблемах;

• http://www.insecure.org/ — на этом сайте можно получить утилиту Nmap и другие ссылки на различные инструменты проверки сети на устойчивость к взломам. Это сайт намного более открыт и конкретен по сравнению с другими.

Если вас заинтересовала сетевая безопасность, следует узнать все о протоколе TLS (Transport Layer Security, защита (безопасности) транспортного уровня) и о его предшественнике — протоколе SSL (Secure Socket Layer, уровень защищенных сокетов). Сетевые уровни пространства пользователя обычно добавляются к сетевым клиентам и серверам для поддержки трансакций с помощью шифрования с открытым ключом и сертификатов. Хорошим руководством послужит книга Дейви (Davie) Implementing SSL/TLS Using Cryptography and PKI («Реализация протоколов SSL/TLS с применением криптографии и инфраструктуры открытых ключей», Wiley, 2011).

10.8. Заглядывая вперед

Если вам интересно попрактиковаться с какими-либо сложными сетевыми серверами, используйте веб-сервер Apache и почтовый сервер Postfix. В частности, сервер Apache легко установить, и большинство версий ОС содержит пакет поддержки. Если ваш компьютер расположен за брандмауэром или маршрутизатором с функцией NAT, можете экспериментировать с конфигурацией этого сервера сколько пожелаете, не беспокоясь о безопасности.

В последних главах книги мы плавно переходим из пространства ядра в пространство пользователя. Лишь немногие из утилит, рассмотренных в этой главе (например, tcpdump), взаимодействуют с ядром. В оставшейся части этой главы описано, каким образом сокеты заполняют разрыв между транспортным уровнем ядра и прикладным уровнем пространства пользователя. Этот материал более сложен и представляет особый интерес для программистов, поэтому можете спокойно его пропустить и, если желаете, перейти к следующей главе.

10.9. Сокеты: как процессы взаимодействуют с сетью

Сейчас мы «включим другую передачу» и посмотрим, как процессы выполняют работу по чтению данных из сети и записи данных в сеть. Достаточно просто выполняется чтение/запись для сетевых соединений, уже настроенных: для этого потребуются некоторые системные вызовы, о которых вы можете прочитать на страницах руководства recv(2) и send(2). С точки зрения процесса, возможно, самое важное — узнать, как ссылаться на сеть при использовании таких системных вызовов. В системах Unix процесс задействует сокет, чтобы идентифицировать, когда и как он «общается» с сетью. Сокеты являются интерфейсом, который процессы применяют для доступа к сети через ядро, они представляют собой границу между пространством пользователя и пространством ядра. Сокеты также часто используются для межпроцессного взаимодействия (IPC, Interprocess Communication).

Существуют разные типы сокетов, так как процессам необходимо получать доступ к сети по-разному. Например, TCP-соединения представлены сокетами потоков (SOCK_STREAM, с точки зрения программиста), а UDP-соединения — сокетами дейтаграмм (SOCK_DGRAM).

Настройка сетевого сокета может оказаться довольно сложной, так как вам необходимо учесть тип сокета, IP-адреса, порты и в некоторых случаях транспортный протокол. Однако, когда все начальные подробности приведены в порядок, серверы используют стандартные методы для работы с входящим сетевым трафиком.

Схема на рис. 10.1 показывает, сколько серверов обслуживают соединения от входящих сокетов потоков. Обратите внимание на то, что этот тип серверов затрагивает два типа сокетов: сокет прослушивания и сокет для чтения и записи. Основной процесс использует сокет прослушивания для поиска подключений от сети. Когда возникает новое подключение, основной процесс применяет системный вызов accept(), чтобы принять подключение, создав при этом сокет чтения/записи, предназначенный для этого соединения. После этого основной процесс использует команду fork(), чтобы создать новый дочерний процесс для работы с новым соединением. Наконец, исходный сокет остается в роли прослушивателя и продолжает поиск новых подключений от имени основного процесса.

Когда процесс настроит сокет определенного типа, он может взаимодействовать с ним подходящим для этого сокета способом. Именно это делает сокеты гибкими: если вам необходимо изменить лежащий в основе транспортный уровень, вам не потребуется переписывать все части кода, которые отвечают за отправку и получение данных; вам понадобится лишь изменить код инициализации.

Если вы программист и хотели бы изучить, как использовать интерфейс сокетов, то классическим руководством является 3-е издание книги У. Ричарда Стефенса (W. Richard Stephens), Билла Феннера (Bill Fenner) и Эндрю М. Рудоффа (Andrew M. Rudoff) Unix Network Programming, Volume 1 («Программирование для сетей Unix. Том 1», Addison-Wesley Professional, 2003). Во втором томе рассмотрено также межпроцессное взаимодействие.

Рис. 10.1. Один из методов принятия и обработки входящих соединений

10.10. Сокеты домена Unix

Приложения, которые используют сетевые средства, не обязаны задействовать два отдельных хоста. Многие приложения разработаны как механизмы «клиент — сервер» или «узел — узел», в которых процессы, запущенные на одном и том же компьютере, используют межпроцессное взаимодействие (IPC), чтобы выяснить, какую работу необходимо выполнить и кто этим займется. Вспомните, например, о том, что демоны вроде systemd и NetworkManager используют шину D-Bus для отслеживания системных событий и реагирования на них.

Процессы могут использовать для взаимодействия обычную IP-связь через локальный хост сети (127.0.0.1), но вместо этого, как правило, применяется специальный тип сокета, о котором мы вкратце упомянули в главе 3, — сокет домена Unix. Когда процесс подключается к сокету домена Unix, он ведет себя почти так же, как и сетевой сокет: может прослушивать и принимать подключения к сокету, и вы можете даже выбирать между различными типами сокетов, чтобы он работал как сокет TCP или UDP.

примечание

Важно помнить о том, что сокет домена Unix не является сетевым сокетом и за ним не расположено никакой сети. Для его использования даже нет необходимости настраивать сеть. К тому же сокеты домена Unix не должны быть привязаны к файлам сокетов. Процесс может создать безымянный сокет домена Unix и сообщить его адрес другому процессу.

10.10.1. Преимущества для разработчиков

Разработчикам нравятся сокеты домена Unix для межпроцессного взаимодействия. На это есть две причины. Во-первых, эти сокеты дают возможность использовать специальные файлы сокетов в файловой системе для контроля доступа, чтобы любой процесс, у которого нет доступа к файлу сокета, не смог применить сокет. Поскольку здесь отсутствует взаимодействие с сетью, такой вариант проще и дает меньше поводов для стандартных вторжений в сеть. Например, в каталоге /var/run/dbus обычно можно обнаружить такой файл сокета для шины D-Bus:

$ ls — l /var/run/dbus/system_bus_socket

srwxrwxrwx 1 root root 0 Nov 9 08:52 /var/run/dbus/system_bus_socket

Во-вторых, поскольку ядру Linux при работе с сокетами домена Unix не приходится проходить через множество уровней сетевой подсистемы, производительность при этом улучшается.

Написание программного кода для сокетов домена Unix не сильно отличается от поддержки обычных сетевых сокетов. Поскольку преимущества от этого могут быть существенными, некоторые сетевые серверы осуществляют взаимодействие как по сети, так и через сокеты домена Unix. Например, сервер mysqld базы данных MySQL способен принимать клиентские соединения от удаленных хостов, и он же обычно предлагает сокет домена Unix в файле /var/run/mysqld/mysqld.sock.

10.10.2. Просмотр списка сокетов домена Unix

Можно просмотреть список сокетов домена Unix, которые в данный момент использованы в системе, с помощью команды lsof — U:

# lsof — U

COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME

mysqld 19701 mysql 12u unix 0xe4defcc0 0t0 35201227 /var/run/mysqld/

mysqld.sock

chromium- 26534 juser 5u unix 0xeeac9b00 0t0 42445141 socket

tlsmgr 30480 postfix 5u unix 0xc3384240 0t0 17009106 socket

tlsmgr 30480 postfix 6u unix 0xe20161c0 0t0 10965 private/tlsmgr

— snip—

Этот перечень будет довольно длинным, так как многие современные приложения широко используют безымянные сокеты. Их можно узнать по идентификатору socket в столбце NAME такого отчета.