Межсетевые экраны или файерволы

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

Назначение

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

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

История

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

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

Фильтрация трафика

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

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

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

Классификация межсетевых экранов (Firewall)

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

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

Управляемые коммутаторы

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

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

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

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

Пакетные фильтры

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

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

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

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

Шлюзы сеансового уровня

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

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

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

Посредники прикладного уровня

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

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

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

Инспекторы состояния

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

Инспекторы состояния осуществляют контроль:

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

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

Реализация

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

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

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

Такое решение имеет следующие преимущества:

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

Ограничения межсетевого экрана (Firewall-а)

Сетевой экран не проводит фильтрацию тех данных, которые не может интерпретировать. Пользователь сам настраивает, что делать с нераспознанными данными – в файле конфигураций, согласно которым и осуществляется обработка такого трафика. К таким пакетам данным относятся трафик из протоколов SRTP, IPsec, SSH, TLS, которые используют криптографию для скрытия содержимого, протоколы, шифрующие данные прикладного уровня (S/MIME и OpenPGP). Также невозможна фильтрация туннелирования трафика, если механизм того туннелирования непонятен сетевому экрану.

Значительная часть недостатков межсетевых экранов исправлена в UTM-системах - Unified Threat Management, иногда их так же называют NextGen Firewall.

Теги: Firewall, межсетевой экран, брандмауэр