基于嗅探技術(shù)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全研究

摘 要： 網(wǎng)絡(luò)邊界處的防火墻系統(tǒng)可以有效防御一些來自外網(wǎng)的攻擊，在入侵檢測系統(tǒng)的實時保護下，理論上可以保障內(nèi)網(wǎng)安全無憂。然而，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的非法操作更隱蔽、更有威脅。針對這種情況，通過嗅探技術(shù)對內(nèi)網(wǎng)進行實時的流量監(jiān)控和數(shù)據(jù)包分析，較好地加強和保障了內(nèi)網(wǎng)的安全。
關(guān)鍵詞： 嗅探技術(shù)；流量監(jiān)控；數(shù)據(jù)包分析

由于TCP/IP協(xié)議族本身存在許多安全漏洞，使復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全難以保障。網(wǎng)絡(luò)安全一般來說分為網(wǎng)絡(luò)外部安全和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部安全兩方面，這兩方面出現(xiàn)的安全問題的比例約為3：7，顯然，最普遍的安全威脅主要來自內(nèi)部。內(nèi)網(wǎng)由大量的終端組成，內(nèi)網(wǎng)任何一部分的安全問題，都可能導(dǎo)致整個內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。內(nèi)網(wǎng)的安全通常依靠主機防護系統(tǒng)、入侵檢測系統(tǒng)(IDS)及漏洞掃描技術(shù)等來保證[1]。針對使用入侵檢測系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的大大加快，使IDS的負擔加重，造成了IDS的高虛警率，且IDS在應(yīng)對對自身的攻擊時，對其他傳輸?shù)臋z測也會被抑制。因此本文通過嗅探技術(shù)加強對內(nèi)網(wǎng)的實時監(jiān)控管理，一定程度上加強了內(nèi)網(wǎng)安全。
1 嗅探技術(shù)及Omni peek
網(wǎng)絡(luò)嗅探是指利用計算機的網(wǎng)絡(luò)接口截獲目的地為其他計算機的數(shù)據(jù)報文的一種手段。網(wǎng)絡(luò)嗅探技術(shù)不主動向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包，而是監(jiān)聽、提取和解析網(wǎng)絡(luò)中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)嗅探技術(shù)是一把雙刃劍，其正當用途主要是分析網(wǎng)絡(luò)的流量及性能，以便找出網(wǎng)絡(luò)中潛在的問題，但不可用于竊取私密信息[2]。如果某時段一個網(wǎng)段運行不暢，造成信息包的發(fā)送比較慢，丟包現(xiàn)象嚴重，而網(wǎng)絡(luò)管理員又不知道問題所在，此時就可以用嗅探軟件作出較準確的判斷。
Omni peek是出自WildPackets的著名抓包軟件，其功能與Sniffer Pro有相似之處，是一款網(wǎng)管和應(yīng)用故障診斷分析軟件。針對復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，執(zhí)行管理、監(jiān)控、分析、除錯及最佳化的工作。Omni peek軟件v6.02提供更好的圖形用戶界面，不管是在有線網(wǎng)絡(luò)還是在無線網(wǎng)絡(luò)中，它都能夠給予網(wǎng)絡(luò)管理人員實時的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、數(shù)據(jù)包捕獲以及故障診斷分析能力。
2 實時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控
2.1 協(xié)議分析
在共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，即由集線器組成的局域網(wǎng)環(huán)境，只需將網(wǎng)卡設(shè)置成混雜模式，即可監(jiān)聽到所有經(jīng)過該網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包。而在交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，設(shè)置網(wǎng)卡接收模式就不可行了。因此，在一個交換式的局域網(wǎng)中，在其任一臺主機上安裝網(wǎng)絡(luò)嗅探工具，無論其嗅探功能如何強大，也無能為力。這時，它只能嗅探到從本機進出的數(shù)據(jù)包。而若把嗅探工具安裝在代理服務(wù)器上便可解決這一問題。對內(nèi)網(wǎng)的實時監(jiān)控，不是為了實時記錄網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，而是為了發(fā)現(xiàn)異常和攻擊。本文分析了一些常見的內(nèi)網(wǎng)安全問題(正常的數(shù)據(jù)包就不再此闡釋)，通過運行Omni peek，捕獲數(shù)據(jù)包，經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)主機192.168.0.136的數(shù)據(jù)包可疑，剛開機不久便向IP地址為24.89.201.200發(fā)送大量數(shù)據(jù)包，且這臺主機發(fā)出的所有數(shù)據(jù)包協(xié)議都基于HTTP，如圖1所示。

通過查看某個捕獲的數(shù)據(jù)包的源碼，解碼后如表1所示。

由于HTTP是基于請求/響應(yīng)范式的，信息交換過程分為4個部分：建立連接、發(fā)送請求、發(fā)送響應(yīng)、關(guān)閉連接。但捕獲到的內(nèi)網(wǎng)IP為192.168.0.136的主機所發(fā)出的數(shù)據(jù)包卻很可疑，ACK確認的數(shù)量值全為0。圖2是通過Omni peek軟件對TCP的解析，發(fā)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)包均是SYN包，而SYN包是主機要發(fā)起TCP連接時發(fā)出的數(shù)據(jù)包，也就是這臺內(nèi)網(wǎng)主機不斷地向外網(wǎng)中的某主機建立HTTP連接，但沒有得到任何回應(yīng)，既未收到ACK確認包，也沒有FIN釋放連接[3]。

在30 s內(nèi)，內(nèi)網(wǎng)主機192.168.0.136從網(wǎng)絡(luò)收到的數(shù)據(jù)包數(shù)只有5個，但其向外網(wǎng)發(fā)出的數(shù)據(jù)包卻有904個，如圖3所示。

這時用Omni peek節(jié)點分析功能，查看192.168.0.136節(jié)點的詳細資料統(tǒng)計，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)HTTP協(xié)議占了整個通信協(xié)議的99.386%。

通過對上述情況的分析，可以推測192.168.0.136所收到的5個包是來自別的節(jié)點的DNS包(從圖3可以看出總共有3個節(jié)點與它通信，并且圖4的協(xié)議中DNS數(shù)據(jù)包占了0.614%)。
當單獨查看IP地址為192.168.0.136與24.89.201.200的主機通信協(xié)議時，則100%都是HTTP協(xié)議，如圖5所示。它與IP地址為24.89.201.200的主機通信全是基于HTTP的，但沒有收到一個回包。這對HTTP來說顯然是不正常的，HTTP是基于TCP、是有連接的，不會只發(fā)不收。因此判斷該主機可能是感染了病毒，是造成TCP SYN泛洪(Flood)攻擊所需的“肉雞”。

然而對于被攻擊主機來說，由于SYN泛洪攻擊所使用的IP地址并不是真實的地址，而是代理服務(wù)器的公共IP地址，所以被攻擊者最多只能追蹤到內(nèi)網(wǎng)代理服務(wù)器的IP地址為210.40.20.76(假設(shè)未使用二級以上代理)，而要確定攻擊終端很難，黑客通常利用這種攻擊的隱蔽性肆意破壞。所以，內(nèi)網(wǎng)管理員應(yīng)該立即確定這臺內(nèi)網(wǎng)主機，對其進行下線處理，再進行掃描殺毒，以免造成不可避免的損失。
2.2 流量監(jiān)控
一般進行流量監(jiān)控時，首先要關(guān)注那些流量最大的終端節(jié)點。某一時段，丟包現(xiàn)象嚴重，網(wǎng)絡(luò)性能下降，通過Omni peek軟件分析發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞，如圖6所示。

經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)，內(nèi)網(wǎng)IP為192.168.0.162的主機流量最大，且比例一直在持續(xù)增加，這是造成網(wǎng)絡(luò)阻塞的重要原因。本文先分析網(wǎng)絡(luò)流量的流向[4]，通過Omni peek的peer map捕獲發(fā)現(xiàn)，確定192.168.0.162向外網(wǎng)很多終端發(fā)送大量的數(shù)據(jù)包，如圖7所示。再對數(shù)據(jù)包的傳輸協(xié)議進行查看，發(fā)現(xiàn)均為基于UDP的數(shù)據(jù)包。UDP是一個無連接、不可靠和缺乏安全性的傳輸層協(xié)議。通過對內(nèi)網(wǎng)IP為192.168.0.162的主機進行單點分析，其在短時間內(nèi)向257外網(wǎng)終端發(fā)出了7 863個數(shù)據(jù)包，其中UDP數(shù)據(jù)包占了91.4%，如圖8所示。

主機向外網(wǎng)發(fā)出大量UDP數(shù)據(jù)包，雖然UDP數(shù)據(jù)包不像TCP建立連接需“3次握手”，可以被人利用SYN消耗一方資源，但如果利用大量UDP包沖擊服務(wù)器，可能會造成UDP FLOOD攻擊，也會使網(wǎng)絡(luò)癱瘓。一般出現(xiàn)下面兩種可能：(1)“肉雞”終端不斷向外網(wǎng)發(fā)送大量無意義的UDP數(shù)據(jù)包，利用UDP協(xié)議漏洞，在兩臺主機的網(wǎng)段之間產(chǎn)生大量沒有實際意義的UDP數(shù)據(jù)流。這些數(shù)據(jù)流將占盡服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常提供服務(wù)功能，造成DoS攻擊[5]。(2)某種P2P下載軟件的共享功能從圖8得知，它收到了2 642個數(shù)據(jù)包。有關(guān)調(diào)查表明，P2P業(yè)務(wù)不斷增加，造成了網(wǎng)絡(luò)帶寬的巨大消耗，引起網(wǎng)絡(luò)擁塞，降低其他業(yè)務(wù)的性能。經(jīng)查找證實，該內(nèi)網(wǎng)終端確實在使用P2P軟件Emule。在這種情況下，應(yīng)對該終端進行限速處理，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通暢。
2.3 防止內(nèi)網(wǎng)ARP欺騙攻擊
在局域網(wǎng)中，最常見的攻擊是ARP欺騙攻擊。由于ARP使主機不會驗證包的來源是否合理，使得一臺主機在從未收到ARP請求包時，也可以發(fā)送ARP應(yīng)答包。一旦某臺主機收到ARP應(yīng)答包，即使它從未向發(fā)送此應(yīng)答包的主機發(fā)送過ARP請求包，仍會對本地的ARP緩存進行更新，將應(yīng)答包中的IP和MAC地址存儲在ARP緩存中，所以很多人利用這種缺陷，通過發(fā)送偽造的ARP應(yīng)答包給發(fā)出請求的主機，從而改變它們之間的數(shù)據(jù)傳輸過程[6]。造成這種情況主要是因為ARP的基礎(chǔ)就是信任局域網(wǎng)內(nèi)所有的人，這樣就很容易實現(xiàn)在以太網(wǎng)上的ARP欺騙。被ARP攻擊的主要現(xiàn)象有：局域網(wǎng)內(nèi)頻繁性區(qū)域掉線，網(wǎng)速時快時慢，同時能夠在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量的ARP數(shù)據(jù)包通信量使網(wǎng)絡(luò)阻塞。
某時段，發(fā)現(xiàn)捕獲的數(shù)據(jù)包不顯示目的IP地址及源IP地址，查看其數(shù)據(jù)包協(xié)議為ARP的應(yīng)答包，如圖9所示，分析證實必然是某臺主機發(fā)送ARP欺騙數(shù)據(jù)包。

在MS-DOS環(huán)境下使用arp–a命令來查看ARP緩存，正常情況下，每一個內(nèi)網(wǎng)IP都有唯一的MAC地址與之對應(yīng)。某主機竄改MAC地址(人為或是病毒)(如圖10所示)，主機192.168.0.105偽造代理服務(wù)器192.168.0.1的MAC地址。

同時Omni peek軟件的ARP數(shù)據(jù)包分析功能也發(fā)現(xiàn)異樣，如圖11所示，幅度較大的部分是ARP Response包的頻率值，從圖得知這個時段內(nèi)有大量的ARP應(yīng)答包，應(yīng)答包數(shù)量大大超過請求包，經(jīng)分析得知，圖中大部分的應(yīng)答包是192.168.0.105的終端發(fā)出的，以達到欺騙的目的。

內(nèi)網(wǎng)管理員可以通過Omni peek軟件第一時間察覺到ARP攻擊，立即對惡意主機進行下線處理。
在基于代理服務(wù)器的環(huán)境下，通過網(wǎng)絡(luò)嗅探軟件Omni peek可以很方便地對內(nèi)網(wǎng)進行實時監(jiān)控管理。本文對常見的內(nèi)網(wǎng)安全問題進行了分析和闡述，特別是第一種，由于內(nèi)網(wǎng)主機本身沒有真實IP地址，通過代理服務(wù)器的公共IP地址隱藏終端來攻擊外網(wǎng)主機，而被攻擊者又很難確定這臺沒有真實IP地址的終端。從被攻擊者的角度，如何確定沒有固定IP地址的終端，即非真實IP地址網(wǎng)絡(luò)終端定位方法的有待進一步的研究。
參考文獻
[1] 楊云江.計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)[M].第2版，北京：清華大學(xué)出版社，2009.
[2] 蔡林.網(wǎng)絡(luò)嗅探技術(shù)在信息安全中的應(yīng)用[J].計算機時代，2008(6)：16-18.
[3] RICHARD S W.TCP/IP illustrated volume 1[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.
[4] DABIR A， MATRAWY A. Bottleneck analysis of traftic monitoring using wireshark[C]. 4th International Conference on Innovations in Information Technology， 2007， IEEE Innovations′07， 2007：158-162.
[5] OADEER M A. Network traffic analysis and intrusion detection using packet sniffer[C]. 2010 Second International Conference on Communication Software and Networks， 2010：313-317.
[6] 孫謙，黃家林，傅軍.基于協(xié)議分析的ARP欺騙病毒源自動定位[J].現(xiàn)代計算機，2008，289：136-139.