Linux个人防火墙的设计与实现
2006-02-16 11:25 计算机安全我要评论()
•摘要：本文设计的是一个基于Linux主机的包过滤型个人防火墙，它实现的功能和现今市场上流行的防火墙有巨大差距。随着技术的不断发展，防火墙也处于不断的变化之中。防火墙技术经历了包过滤、应用代理网关再到状态检测三个阶段。
•标签：防火墙Linux数据包捕获模块包过滤
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Oracle帮您准确洞察各个物流环节摘要防火墙是网络安全研究的一个重要内容，数据包捕获是包过滤型防火墙的前提，本文对基于Linux主机的个人防火墙的数据包捕获模块进行了研究,重点论述数据包捕获模块的结构、组成以及功能。首先对信息安全及防火墙的重要性进行论述，并给出防火墙的详细分类；然后分析了基于Linux主机的个人防火墙总体设计及软硬件平台原理，接着论述Linux 下的数据包捕获模块结构与原理，并详述其具体实现步骤。
关键词防火墙Linux 数据包捕获模块包过滤
一、防火墙概述
网络防火墙技术是一种用来加强网络之间访问控制，防止外部网络用户以非法手段通过外部网络进入内部网络，访问内部网络资源，保护内部网络操作环境的特殊网络互联设备。它对两个或多个网络之间传输的数据包按照一定的安全策略来实施检查，以决定网络之间的通信是否被允许，并监视网络运行状态。
根据防火墙所采用的技术不同，可以将它分为四种基本类型：包过滤型、网络地址转换—NAT、代理型和监测型。包过滤型产品是防火墙的初级产品，其技术依据是网络中的分包传输技术。包过滤技术的优点是简单实用，实现成本较低，在应用环境比较简单的情况下，能够以较小的代价在一定程度上保证系统的安全。网络地址转换是一种用于把IP地址转换成临时的、外部的、注册的IP地址标准。它允许具有私有IP地址的内部网络访问因特网。
代理型防火墙也可以被称为代理服务器，它的安全性要高于包过滤型产品，并已经开始向应用层发展。代理型防火墙的优点是安全性较高，可以针对应用层进行侦测和扫描，对付基于应用层的侵入和病毒都十分有效。其缺点是对系统的整体性能有较大的影响，而且代理服务器必须针对客户机可能产生的所有应用类型逐一进行设置，大大增加了系统管理的复杂性。
监测型防火墙是新一代的产品，能够对各层的数据进行主动的、实时的监测，在对这些数据加以分析的基础上，监测型防火墙能够有效地判断出各层中的非法侵入。同时,这种检测型防火墙产品一般还带有分布式探测器，这些探测器安置在各种应用服务器和其他网络的节点之中，不仅能够检测来自网络外部的攻击，同时对来自内部的恶意破坏也有极强的防范作用。
监测型防火墙在安全性上已超越了包过滤型和代理服务器型防火墙，但其实现成本较高。基于对系统成本与安全技术成本的综合考虑，用户可以选择性地使用某些监测型技术。
二、基于Linux个人防火墙总体设计
图1 数据捕获程序结构图
2、数据包捕获模块原理分析
（1）网卡设置原理
在一个实际的系统中，数据的收发是由网卡来完成的，网卡接收到传输来的数据，网卡内的程序接收数据帧的目的MAC地址，根据计算机上的网卡驱动程序设置的接收模式判断该不该接收，认为不该接收就丢掉不管。而对于网卡来说一般有四种接收模式：广播模式组播模式、直接方式、混杂模式。数据包捕获程序首先使网络接口(网卡)处于混杂状态，从而可截获网络上的内容，并且通过相应的软件处理，可以实时分析这些数据的内容，为数据包过滤作准备。
（2）基本函数说明
本文中在Linux主机上用C语言编写数据包捕获程序，所编写的程序中用到很多Linux中的预定义函数，在此节将对这些基本函数的功能和使用特点进行说明。
1）ioctl函数定义
ioctl()函数非常庞杂，它可以控制各种文件的属性。它用于控制特殊文件的底层设备参数，这些特殊文件通常是指终端、套接字和接口。ioctl函数原型为：
int ioctl(int handle,int cmd[,int *argdx,int argcx])；
2）socket函数定义
常用的Socket类型有两种：流式Socket(SOCK_STREAM)和数据包式Socket
(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket，针对面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，针对无连接的UDP服务应用。Socket函数原型为：
int socket(int domain, int type,int protocol)；
3）recvfrom()函数定义
用recvfrom()函数来实现接收数据包，recvfrom()是具备“阻塞式I/O”特性的函数，能够在没有数据包到达的情况下暂时挂起等待，直至接收到数据包后，再激活转入下一步处理。recvfrom()函数的原型为：
int recvfrom(SOCKET s,char FAR *buf,int len,int flags,struct sockaddr FAR *from,int
*fromlen)；
本函数从已连接套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址。对于SOCK_STREAM类型的套接口，最多可以接收缓冲区大小个数据。如果套接口被设置为线内接收带外数据(选项为SO_OOBINLINE)，且有带外数据未读入，则返回带外数据。应用程序可通过调用ioctlsocket()的SOCATMARK命令来确定是否有带外数据待读入。对于SOCK_STREAM类型套接口，忽略from和fromlen参数。
4）一些“字节顺序”转换函数
因为网络和主机采用的存储字节时内存顺序安排方式的差异，就存在“字节顺序”的问题。在网络环境下存储时，高位字节存放在内存的起始位置，而低字节则存放在较高的位置。主机
图2 数据包捕获模块流程图
2、数据包捕获模块实现
该数据包捕获程序用C语言来编写，程序中用到很多Linux网络编程中的函数。
（1）设置网络接口为混杂模式
网络接口的混杂模式使得一个网络接口设备从只能读取目标地址为6字节MAC地址的数据包，变为可读取网络广播媒体中的所有数据包。该部分通过两次ioctl函数调用实现：
ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr)
ifr.ifr_flags |= IFF_PROMISC
ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, &ifr)
第一次的ioctl函数调用，用来截获ifr(struct ifreq)结构中所含接口名称所指接口的标记。第一个参数是打开的原始套接字描述符“sock”，第二个参数是所要执行的请求操作。第三个参数是接口请求数据结构的地址指针，该结构中包含了所以进行请求操作的接口名称值。
我们通过将混合标记(IFF_PROMISC)应用到接口请求结构的标记位变量中来改变接口标记位。操作符“|=”将混合标记符与原有的接口标记进行“或”操作来设置新的接口标记。获得新
