Протокол TCP/IP представляет собой фундамент Internet, с помощью которого компьютеры отправляют и принимают информацию из любой точки земного шара, независимо от географического положения. Обратиться к компьютеру с TCP/IP в другой стране так же просто, как к компьютеру, который находится в соседней комнате. Процедура доступа в обоих случаях идентична, хотя для соединения с машиной в другой стране может потребоваться на несколько миллисекунд больше. В результате граждане любой страны могут без труда делать покупки в Amazon.com; однако из-за логической близости усложняется задача информационной защиты: любой владелец подключенного к Internet компьютера в любой точке мира может попытаться установить несанкционированное соединение с любой другой машиной.
Обязанность ИТ-специалистов — установить брандмауэры и системы обнаружения подозрительного трафика. В ходе анализа пакетов извлекается информация об IP-адресах отправителя и назначения и задействованных сетевых портах. Значение сетевых портов не уступает IP-адресам; это важнейшие критерии для отделения полезного трафика от фальшивых и вредных посылок, поступающих в сеть и исходящих из нее. Основная часть сетевого трафика Internet состоит из пакетов TCP и UDP, которые содержат информацию о сетевых портах, используемых компьютерами для того, чтобы направлять трафик от одного приложения в другое. Необходимое условие безопасности брандмауэра и сети — исчерпывающее понимание администратором принципов использования этих портов компьютерами и сетевыми устройствами.
Осваиваем порты
Знание основных принципов работы сетевых портов пригодится любому системному администратору. Имея базовые знания об устройстве портов TCP и UDP, администратор может самостоятельно выполнить диагностику отказавшего сетевого приложения или защитить компьютер, которому предстоит обратиться в Internet, не вызывая сетевого инженера или консультанта по брандмауэрам.
В этой статье дается описание основных понятий, необходимых для рассмотрения сетевых портов. Мы увидим место сетевых портов в общей сетевой модели и роль сетевых портов и NAT (Network Address Translation — трансляция сетевых адресов) брандмауэра в соединениях компьютеров компании с Internet. И наконец, будут указаны точки сети, в которых удобно идентифицировать и фильтровать сетевой трафик по соответствующим сетевым портам. Далее рассматриваются некоторые порты, используемые широко распространенными приложениями и операционными системами, и рассказывается о некоторых инструментах для поиска открытых портов сети.
Краткий обзор сетевых протоколов
TCP/IP — набор сетевых протоколов, через которые компьютеры устанавливают связь друг с другом. Набор TCP/IP — не более чем фрагменты программного кода, установленные в операционной системе и открывающие доступ к этим протоколам. TCP/IP является стандартом, поэтому приложения TCP/IP на компьютере Windows должны успешно обмениваться данными с аналогичным приложением на машине UNIX. В начальный период развития сетей, в 1983 г., инженеры разработали семиуровневую модель взаимодействия OSI для описания процессов сетевого обмена компьютеров, от кабеля до приложения. Модель OSI состоит из физического, канального, сетевого, транспортного, сеансового представления данных и прикладного уровней. Администраторы, постоянно работающие с Internet и TCP/IP, в основном имеют дело с сетевым, транспортным и прикладным уровнями, но для успешной диагностики необходимо знать и другие уровни. Несмотря на солидный возраст модели OSI, ею по-прежнему пользуются многие специалисты. Например, когда сетевой инженер говорит о коммутаторах уровней 1 или 2, а поставщик брандмауэров — о контроле на уровне 7, они имеют в виду уровни, определенные в модели OSI.
В данной статье рассказывается о сетевых портах, расположенных на уровне 4 — транспортном. В наборе TCP/IP эти порты используются протоколами TCP и UDP. Но прежде чем перейти к подробному описанию одного уровня, необходимо кратко ознакомиться с семью уровнями OSI и той ролью, которую они выполняют в современных сетях TCP/IP.
Уровни 1 и 2: физические кабели и адреса MAC Уровень 1, физический, представляет собственно среду, в которой распространяется сигнал, — например, медный кабель, волоконно-оптический кабель или радиосигналы (в случае Wi-Fi). Уровень 2, канальный, описывает формат данных для передачи в физической среде. На уровне 2 пакеты организуются в кадры и могут быть реализованы базовые функции управления потоком данных и обработки ошибок. Стандарт IEEE 802.3, более известный как Ethernet,— самый распространенный стандарт уровня 2 для современных локальных сетей. Обычный сетевой коммутатор — устройство уровня 2, с помощью которого несколько компьютеров физически подключаются и обмениваются данными друг с другом. Иногда два компьютера не могут установить соединение друг с другом, хотя IP-адреса кажутся корректными: причиной неполадки могут быть ошибки в кэше протокола преобразования адресов ARP (Address Resolution Protocol), что свидетельствует о неисправности на уровне 2. Кроме того, некоторые беспроводные точки доступа (Access Point, AP) обеспечивают фильтрацию адресов MAC, разрешающую соединение с беспроводной AP только сетевым адаптерам с конкретным MAC-адресом.
Уровни 3 и 4: IP-адреса и сетевые порты Уровень 3, сетевой, поддерживает маршрутизацию. В TCP/IP маршрутизация реализована в IP. IP-адрес пакета принадлежат уровню 3. Сетевые маршрутизаторы — устройства уровня 3, которые анализируют IP-адреса пакетов и пересылают пакеты другому маршрутизатору или доставляют пакеты в локальные компьютеры. Если в сети обнаружен подозрительный пакет, то в первую очередь следует проверить IP-адрес пакета, чтобы установить место происхождения пакета.
Вместе с сетевым уровнем 4-й уровень (транспортный) — хорошая отправная точка для диагностики сетевых неисправностей. В Internet уровень 4 содержит протоколы TCP и UDP и информацию о сетевом порте, который связывает пакет с конкретным приложением. Сетевой стек компьютера использует связь сетевого порта TCP или UDP с приложением, чтобы направить сетевой трафик в это приложение. Например, TCP-порт 80 связан с приложением Web-сервера. Такое соответствие портов с приложениями известно как служба.
TCP и UDP различаются. В сущности, TCP обеспечивает надежное соединение для обмена данными между двумя приложениями. Прежде чем начать обмен данными, два приложения должны установить связь, выполнив трехшаговый процесс установления сязи TCP. Для протокола UDP в большей степени характерен подход «активизировать и забыть». Надежность связи для приложений TCP обеспечивается протоколом, а приложению UDP приходится самостоятельно проверять надежность соединения.
Сетевой порт представляет собой число от 1 до 65535, указанное и известное обоим приложениям, между которыми устанавливается связь. Например, клиент, как правило, посылает незашифрованный запрос в сервер по целевому адресу на TCP-порт 80. Обычно компьютер посылает запрос DNS на DNS-сервер по целевому адресу на UDP-порт 53. Клиент и сервер имеют IP-адрес источника и назначения, а также сетевой порт источника и назначения, которые могут различаться. Исторически все номера портов ниже 1024 получили название «известных номеров портов» и зарегистрированы в организации IANA (Internet Assigned Numbers Authority). В некоторых операционных системах только системные процессы могут использовать порты этого диапазона. Кроме того, организации могут зарегистрировать в IANA порты с 1024 по 49151-й, чтобы связать порт со своим приложением. Такая регистрация обеспечивает структуру, которая помогает избежать конфликтов между приложениями, стремящимися использовать порт с одним номером. Однако в целом ничто не мешает приложению запросить конкретный порт, если он не занят другой активной программой.
Исторически сложилось так, что сервер может прослушивать порты с малыми номерами, а клиент — инициировать соединение от порта с большим номером (выше 1024). Например, Web-клиент может открыть соединение с Web-сервером через порт назначения 80, но ассоциировать произвольно выбранный порт-источник, например TCP-порт 1025. Отвечая клиенту, Web-сервер адресует пакет клиенту с портом-источником 80 и портом назначения 1025. Комбинация IP-адреса и порта называется сокетом (socket), она должна быть уникальной в компьютере. По этой причине при организации Web-сервера с двумя отдельными Web-сайтами на одном компьютере необходимо использовать несколько IP-адресов, например address1:80 и address2:80, или настроить Web-сервер на прослушивание нескольких сетевых портов, таких как address1:80 и address1:81. Некоторые Web-серверы обеспечивают работу нескольких Web-сайтов через один порт, запрашивая хост-заголовок, но в действительности эта функция выполняется приложением Web-сервера на более высоком уровне 7.
По мере того как в операционных системах и приложениях появлялись сетевые функции, программисты начали использовать порты с номерами выше 1024, без регистрации всех приложений в IANA. Выполнив в Internet поиск для любого сетевого порта, как правило, удается быстро найти информацию о приложениях, которые используют этот порт. Или же можно провести поиск по словам Well Known Ports и отыскать множество сайтов со списками наиболее типичных портов.
При блокировании сетевых приложений компьютера или устранении изъянов в брандмауэре основная часть работы приходится на классификацию и фильтрацию IP-адресов уровня 3, а также протоколов и сетевых портов уровня 4. Чтобы быстро отличать легальный и подозрительный трафик, следует научиться распознавать 20 наиболее широко используемых на предприятии портов TCP и UDP.
Умение распознавать сетевые порты и знакомство с ними не ограничивается назначением правил для брандмауэра. Например, в некоторых исправлениях для системы безопасности Microsoft описана процедура закрытия портов NetBIOS. Эта мера позволяет ограничить распространение «червей», проникающих через уязвимые места операционной системы. Зная, как и где следует закрыть эти порты, можно уменьшить угрозу безопасности сети во время подготовки к развертыванию важного исправления.
И сразу к уровню 7
В настоящее время редко приходится слышать об уровне 5 (сеансовом) и уровне 6 (представления данных), но уровень 7 (прикладной) — горячая тема среди поставщиков брандмауэров. Новейшая тенденция в развитии сетевых брандмауэров — контроль на уровне 7, который описывает методы, используемые для анализа работы приложения с сетевыми протоколами. Анализируя полезную информацию сетевого пакета, брандмауэр может определить законность проходящего через него трафика. Например, Web-запрос содержит оператор GET внутри пакета уровня 4 (TCP-порт 80). Если в брандмауэре реализованы функции уровня 7, то можно проверить корректность оператора GET. Другой пример — многие одноранговые (P2P) программы обмена файлами могут захватить порт 80. В результате постороннее лицо может настроить программу на использование порта по собственному выбору — скорее всего, порта, который должен оставаться открытым в данном брандмауэре. Если сотрудникам компании нужен выход в Internet, необходимо открыть порт 80, но, чтобы отличить законный Web-трафик от трафика P2P, направленного кем-то в порт 80, брандмауэр должен обеспечивать контроль на уровне 7.
