Počítačové sítě a operační systémy Jaromír Plhák, 5.5.2016PB169 Počítačové sítě a operační systémy Jaromír Plhák xplhak@fi.muni.cz Protokoly aplikační vrstvy Zabezpečení počítačových sítí PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 2 z 51 Aplikační vrstva (1) • Programy a procesy, které využívají síťové komunikace pro služby uživatelů • Telnet, (T/S)FTP, HTTP, DHCP, DNS, SMTP, IMAP, IRC, NFS, NTP, POP3, SMB, SNMP, SSH PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 3 z 51 Aplikační vrstva (2) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 4 z 51 Klient - server • Komunikace iniciována klientem (klient = aplikační program ovládaný uživatelem) • Po ustavení komunikačního kanálu klient zasílá požadavky na server, ten mu odpovídá (mechanismus request-response) • Po ukončení komunikace je komunikační kanál uzavřen (centralizace zdrojů) • Valná většina aplikací v Internetu (WWW, FTP, DNS, SSH, . . . ) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 5 z 51 Peer-to-peer • Jednotliví klienti spolu komunikují přímo (uzly jsou si rovnocenné) • Každý uzel poskytuje své zdroje (výpočetní síla, úložná kapacita, atp.) ostatním uzlům • Každý uzel využívá zdrojů poskytovaných ostatními uzly (decentralizace zdrojů) • Např. sdílení souborů (Gnutella, G2, FastTrack), Skype, VoIP, atp. PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 6 z 51 Komunikační modely PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 7 z 51 Tenký klient • Aplikace, u nichž se na straně klienta vykonává minimum aplikační logiky (většina se vykonává na straně serveru) – Větší hardwarové nároky na server a na komunikaci • Jednodušší, menší nároky na HW (může tak být levnější) • Menší škálovatelnost (příliš mnoho práce dělá server) – Většinou vyšší objemy přenášených dat – Existence Single point of failure (server) • Příklad: vzdálené terminály PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 8 z 51 Tlustý klient • Přesný opak tenkého klienta – Většina aplikační logiky se vykonává na straně klienta – Větší hardwarové i softwarové nároky na klienta • Menší nároky na server => dobrá škálovatelnost • Většinou nižší objem přenesených dat – Možnost práce offline • Komplexní provedení i instalace, značná spotřeba lokálních zdrojů (CPU, paměť, disk) • Příklad: Firefox PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 9 z 51 Telnet • Protokol pro přihlášení ke vzdálenému systému (síťový virtuální terminál) • Spojení typu klient-server protokolem TCP • Umožňuje vzdálenou správu/řízení pomocí příkazů • Standardně TCP/23 • Duplexně • Nešifrované spojení • Prostřednictvím telnetu se lze připojovat i na jiné (textově orientované) služby aplikační vrstvy PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 10 z 51 TFTP (1) • Trivial File Transfer Protocol (1980) • Jednoduchý protokol pro přenos dat/souborů • Není zdaleka tak obsáhlý jako FTP • Používá se v případech, kdy se celý protokol musí vejít do omezené paměti – Bootování bezdiskových stanic ze sítě – Flashování firmware do síťových zařízení PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 11 z 51 TFTP (2) • Založeno na protokolu UDP • Nutnost vlastního řízení spojení – Jedno spojení - jeden soubor – Při komunikaci je v síti vždy jen jeden paket – Čeká se na potvrzení a pak se pošle další – Pomalé spojení • Maximální velikost souboru je 32 MB • Nezabezpečený přenos dat PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 12 z 51 FTP (1) • File Transfer Protocol • Platformně nezávislý protokol pro přenos souborů protokolem TCP/21 a TCP/20 • Součástí prohlížečů nebo správců souborů • Podpora textového nebo binárního přenosu • Interaktivní protokol PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 13 z 51 FTP (2) • Podpora přihlášení pomocí login/password • Přihlašovací údaje i přenášená data jsou nešifrovaná – Existuje několik rozšíření, které podporuje kryptografii, např. FTPS (nezaměňovat s SFTP) • Snížení rychlosti při přenosu velkého množství malých souborů PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 14 z 51 FTP (3) • Pasivní režim – Navázání připojení pro přenos dat provádí klient – Na základě znalosti IP a portu serveru • Aktivní režim – Navázání připojení pro přenos dat provádí server – Klient pouze naslouchá – Problém při použití NAT PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 15 z 51 SFTP • Tunelování FTP skrz spojení navázané protokolem SSH (o SSH více později) • Data jsou následně při přenosu šifrována – A tedy není možné zjistit, co se přenáší • Klient pro bezpečný přenos souborů – WinSCP PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 16 z 51 FTP vs. TFTP PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 17 z 51 DHCP • Dynamic Host Configuration Protocol • Automatické přidělování IP adres připojeným počítačům • Zjednodušení a centralizování správy • Nastavuje se: – IP adresa – Maska – Brána (gateway) – DNS servery a případně další (např. NTP) • Zprávy DHCPDISCOVER, DHCPOFFER, DHCPREQUEST, DHCPACK PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 18 z 51 Možnosti přidělení IP adresy • Ruční nastavení – Nevyužívá DHCP serveru – Konfigurace se zapisuje jednotlivě přímo do stanice • Statická alokace – DHCP server obsahuje seznam MAC adres a k nim příslušným IP adres – Pokud je žádající stanice v seznamu, dostane vždy přidělenu stejnou pevně definovanou IP adresu • Dynamická alokace – Správce sítě na DHCP serveru vymezí rozsah adres, které budou přidělovány – Časové omezení – Nepoužívané adresy přiděleny jiným stanicím PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 19 z 51 IRC • Internet Relay Chat • Jedna z prvních možností on-line komunikace v reálném čase • Komunikace probíhá(la) v kanálech („místnostech“) • Zejména textově orientované • Dnes se sice ještě používá, ale už není na vzestupu PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 20 z 51 NFS • Network File System • Protokol pro vzdálený přístup k souborům • Využívá protokolu UDP a později i TCP • Typické použití: – Připojení vzdáleného disku, který se pak jeví jako lokální úložiště – Nejčastěji v prostředí Linuxu – mount -t nfs server:/home /home PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 21 z 51 SMB • Server Message Block • Protokol sloužící ke sdílení tiskáren, souborů, skenerů apod. zejména v prostředí Windows • Podporuje autentizaci klienta/uživatele • Pracuje na principu klient-server – Server poskytuje přístup ke sdíleným prostředkům PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 22 z 51 SMB síť PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 23 z 51 SNMP • Simple Network Management Protocol • Protokol pro správu sítě – Sběr různých dat (např. průtok dat na routeru) – Vyhodnocování (tabulky, grafy, přehledy) – Hledání potenciálních problematických míst v síti – Automatické reakce na zadané podmínky • Router při přetížení vzbudí administrátora SMSkou PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 24 z 51 NTP • Network Time Protocol • Protokol pro nastavení přesného času • Nastavení času na základě odpovědí z několika NTP serverů – Přesnost v řádu milisekund • Navržený protokol dokáže odolat zpoždění při doručování paketů • V Linuxu příkaz ntpdate PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 25 z 51 SSH • Secure Shell (TCP/22) • Zabezpečený komunikační protokol pro vzdálené přihlášení – Náhrada za nezabezpečený telnet • Podpora autentizace • Transparentní šifrování přenášených dat • V současnosti verze SSH-2 – Silná kryptografie a kontrola integrity dat – Veřejný klíč vzdáleného stroje • Putty PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 26 z 51 POP3 • Post Office Protocol version 3 (TCP/110) • Protokol pro získávání emailových zpráv ze vzdáleného serveru – Ze vzdáleného serveru se stáhnou všechny zprávy na lokálního klienta • Původně nešifrovaný přenos dat a autentizace • V současnosti lze komunikaci šifrovat PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 27 z 51 IMAP • Internet Message Access Protocol • Protokol pro vzdálený přístup k emailové schránce vyžadující trvalé připojení – Nabízí pokročilou správu – Se schránkou je možné pracovat odkudkoliv • IMAP podporuje zabezpečenou/šifrovanou variantu komunikace PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 28 z 51 HTTP • Hypertext Transfer Protocol (TCP/80) • Protokol pro výměnu zpráv/dokumentů ve formátu HTML – MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) umožní přenášet i multimediální a jiný obsah • URL (Uniform Resource Locator) pro jednoznačnou identifikaci zdroje v Internetu • Protokol pracuje na principu dotaz-odpověď – Tzn. je bezstavový (kontinuální komunikaci je potřeba řešit jinak) • Zabezpečená varianta protokolu – HTTPS PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 29 z 51 Zabezpečení sítě – úvod (1) • Důvody pro zabezpečení (interní) sítě? • Nebezpečí ze strany veřejného Internetu – Spyware – Malware – BOTy – Rootkity – Viry – Exploity – Skenování vnitřní sítě a hledání zranitelných míst – Spam – … • Ohrožení (vnitřní) sítě, pokud je např. možné připojovat soukromé stanice (typicky notebooky) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 30 z 51 Zabezpečení sítě – úvod (2) • Zabezpečení se typicky realizuje na úrovni – Firewallů – Systémů pro detekci narušení (IDS) – Antivirových systémů – Antispamových ochran – Aktivního monitoringu sítě PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 31 z 51 Firewall (1) • Aktivní síťový prvek na rozhraní LAN / WAN • Cílem je (aktivní) ochrana vnitřní sítě (LAN) – Definice pravidel pro komunikaci PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 32 z 51 Firewall (2) • Firewall je typicky v každé větší lokální síti – Koncový uživatel nemůže zasahovat do nastavení • Uživatelé mohou provozovat firewall i lokálně na svém stroji – Využitelné zejména v případě přístupu do nedůvěryhodné sítě (free Wi-Fi apod.) – Uživatelé si sami definují bezpečnostní politiky – Různé produkty, integrace přímo v OS • Běžná „home“ síťová zařízení (Wi-Fi AP) poskytují funkcionalitu firewallu – Je vhodné provést alespoň základní nastavení PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 33 z 51 Firewall (3) • Firewally dělíme do několika kategorií – Paketový filtr – Stavový paketový filtr – Aplikační brána nebo proxy firewall – Pokročilé stavové filtry PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 34 z 51 Paketový filtr (1) • Pravidla a rozhodování se děje na úrovni IP adres a čísla portu – 3. a 4. vrstva ISO/OSI modelu • Např.: – Příchozí provoz (TCP) na adresu 147.251.48.1 na portu 80 povolit – Příchozí provoz (TCP) na adresu 147.251.48.1 na jiném portu zahodit – Příchozí provoz (TCP) na adresu 147.251.48.1 na portu 21 zalogovat PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 35 z 51 Paketový filtr (2) • Výhodou je rychlé zpracování provozu – Využití zejména ve vysokorychlostním prostředí • Neumožňuje důkladnou analýzu procházejících dat (např. přenos FTP – obsah přenášených dat) • Konfigurace v Linuxu primárně pomocí iptables – Existují i „klikatelné“ moduly pro „snazší“ nastavení – Dělení provozu do řetězců INPUT, OUTPUT a FORWARD a dále do tabulek PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 36 z 51 Paketový filtr (3) • Pakety lze nejen filtrovat, ale i modifikovat! – Tzn. přepisovat IP adresy a čísla portů v IP hlavičkách jednotlivých paketů • Pomocí paketového filtru lze řešit dostupnost služeb za NATem • Např. web server na adrese 192.168.0.1:80 – iptables -A PREROUTING -t nat -i eth1 -p tcp --dport 8080 -j DNAT --to 192.168.0.200:80 – iptables -A INPUT -p tcp -m state --state NEW --dport 8080 -i eth1 -j ACCEPT – Bude dostupný na IP adrese serveru na portu 8080 PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 37 z 51 Paketový filtr (4) • Nastavení paketového filtru: – Ve velkých sítích složité – I v malých sítích „relativně“ složité • Je potřeba nastavit i příjem odpovědních paketů a případně otevřít další potřebné porty (typicky FTP a port 20) • Z důvodu složitosti nastavení může vzniknout chyba – hrozba vniknutí do vnitřní sítě za firewallem PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 38 z 51 Paketový filtr – zpracování dat PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 39 z 51 Stavový filtr • Funguje podobně jako paketový, ale ... – Udržuje si informace o povoleném spojení a toto využije při rozhodování, zda propustit pakety (patří k povolenému spojení? ano/ne) – Např. povolení FTP (pouze port 21, ale je potřeba i 20) • Ten otevře stavový filtr automaticky • Výhody stavového filtru – Vysoká rychlost zpracování paketů – Jednodušší konfigurace než paketový filtr – Slušná úroveň zabezpečení PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 40 z 51 Aplikační brána • Kompletní oddělení sítí, mezi kterými jsou umístěny • Požadavky klientů zpracuje brána a klientovi předá pouze výsledek • Musí umět zpracovat řadu protokolů • Automaticky provádí NAT • Vysoká náročnost na použitý HW – Vyšší latence • Většinou se už tento přístup nepoužívá PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 41 z 51 Pokročilé stavové filtry • Fungují principiálně stejně jako stavové filtry • Navíc umožňují detailní analýzu přenášených dat a následné rozhodování – Např. špatné hlavičky emailu – Pokus o tunelování jiného typu provozu na portu, který je určený standardně např. pro WWW • Heuristické analýzy s cílem identifikovat nebezpečný kód (funkcionalita podobná antiviru) • Poskytují vysokou úroveň zabezpečení, ale jsou již velmi komplexní (např. Kernun od společnosti TNS) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 42 z 51 Lokální firewall • Firewall nainstalovaný přímo v počítači uživatele nebo integrovaný v OS – Windows 2000 a vyšší – iptables v Linuxu • Vhodné v situacích, kdy se s počítačem budeme připojovat do „nedůvěryhodné“ sítě (zákaz všech příchozích spojení) • Existuje řada produktů třetích stran (placené i free) – Comodo, Zone Alarm, … PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 43 z 51 Lokální firewall ve Windows • Windows 2000 a XP – Obsahují integrovaný firewall – Umožňuje filtrování/blokování příchozích spojení • I na úrovni jednotlivých aplikací/programů – Neumožňuje filtrování odchozích spojení • Komunikace infikovaného počítače ve vnitřní síti • Od Windows 7 – Umožňuje filtrování obou směrů PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 46 z 51 IDS (1) • Intrusion Detection System • Aktivní monitorování sítě a report podezřelé komunikace, událostí nebo porušení bezpečnostní politiky – Aktivní reakce na vzniklou událost (např. aktivní rekonfigurace firewallu) – Akce k předcházení bezpečnostních incidentů – intrusion prevention PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 47 z 51 IDS (2) • Typy IDS: – Network-based – úroveň počítačové sítě • Monitorování připojených síťových zařízení – Host-based – úrověň koncového zařízení (PC) • Analýza systémových volání, aplikačních logů, modifikací file systému, apod. • Příklad konkrétního network-based IDS – SNORT PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 48 z 51 IDS – detekční techniky • Detekce anomálií – Definice „normálního“ provozu v síti – Report v okamžiku, kdy dojde k odchylce od normálního provozu – např. skenování portů serveru • Detekce na základě singatur • Známý útok má určitou „signaturu“ – průběh • Na základě detekce „průběhu“ lze odhalit počátek útoku PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 49 z 51 DMZ (1) • DeMilitarized Zone • Umístění serverů, které mají být přístupné jak z vnitřní, tak z vnější sítě • Úroveň přístupu je různá (z vnitřní sítě typicky větší) • Vnitřní síť nemá být přístupná z vnější sítě PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 50 z 51 DMZ (2) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 51 z 51 VPN, IPSec • Ochrana vnitřní sítě tím, že přístup je povolen pouze z interních IP adres • Jak řešit v případě, že je koncové zařízení mimo tento rozsah? • Zabezpečený šifrovaný tunel na firemní VPN server – Přenášená data jsou šifrovaná až na úroveň vnitřní sítě – IP adresa klienta je z rozsahu vnitřní sítě – tzn. máme přístup k (jinak z venku nedostupných) vnitřní síti