Фильтруй эфир! Проводим аудит сетевого трафика с помощью tcpdump

Введение

Утилита tcpdump — это сниффер сетевых пакетов с интерфейсом командной строки, не имеющий ни графического, ни псевдографического интерфейса. Новичкам он может показаться неуклюжим и слишком старомодным, однако в умелых руках превращается в настоящий швейцарский нож для вскрытия любых сетевых пакетов и протоколов. Опытные сисадмины всегда рекомендуют начинающим использовать tcpdump вместо любых других утилит из-за наглядности и прямолинейности его отчетов.

Tcpdump появился на свет почти 25 лет назад в университете Беркли, до сих пор активно развивается и продолжает оставаться эталоном среди подобных инструментов для операционной системы UNIX. Разработанная специально для него библиотека захвата пакетов libpcap сегодня используется чуть ли не каждым сниффером для UNIX-систем и многими аналогичными программами для Windows.

В этой статье мы рассмотрим все аспекты работы с tcpdump, начиная от основ работы с программой и заканчивая способами применения утилиты для выявления сетевых атак, аномалий и различных видов сбоев.

Наедине с консолью

Попробуем разобраться, как работает tcpdump и с какой стороны следует к нему подходить. Открой терминал и запусти программу с правами пользователя root (как и любой сниффер, tcpdump должен иметь полный доступ к сетевым интерфейсам), указав имя сетевого интерфейса и ограничив количество выводимых пакетов десятью:

# tcpdump -i wlan0 -c 10 -n

Ключ -n отключает преобразование IP-адресов в DNS-имена. Теперь попытаемся отследить обмен только с конкретным хостом, например с домашним роутером:

# tcpdump -i wlan0 -c 10 -n host 192.168.0.1 and port 53

Давай посмотрим, что же нам вывел tcpdump, на примере двух строк, представленных на скриншоте «DNS-запрос глазами tcpdump». Можно легко понять, что это DNS-запрос (порт 53) с хоста 192.168.0.101 хосту 192.168.0.1 и последующий за ним ответ. Но что значат все остальные цифры и знаки?

Рекомендуем почитать:

Xakep #299. Sysmon

• Содержание выпуска
• Подписка на «Хакер»-60%

Цифры 16:22:41.340105 — это время отправки пакета, включая миллионные доли секунды (так называемый frac). Две буквы IP, как нетрудно догадаться, идентифицируют используемый протокол сетевого уровня, далее следуют адрес: порт отправки и адрес: порт назначения пакета. Все, что идет после двоеточия, напрямую зависит от используемого протокола транспортного или прикладного уровня. С некоторыми протоколами tcpdump знаком и умеет расшифровывать их до понятного человеку вида, другие он оставляет как есть и просто приводит содержимое пакета. В данном случае tcpdump расшифровал DNS-сообщения и вернул строку 49244+ A? ya.ru. (23), что означает: был послан запрос (A?) адреса, ассоциированного с именем ya.ru., общая длина пакета за вычетом TCP/IP-заголовков составила 23 байт. Первая цифра — это идентификатор запроса.

В следующей строке мы видим ответ, формат представления которого практически аналогичен запросу, с той лишь разницей, что теперь после идентификатора запроса идет информация о количестве найденных записей (8/2/3) и сами записи (A 213.180.204.3, A 77.88.21.3, A 87.250.250.3...).

В арсенале tcpdump есть поддержка многих протоколов, благодаря чему он может представить в читаемом виде информацию о протоколах TCP, UDP и ICMP, SMB/CIFS, NFS, AFS, AppleTalk. Но что, если tcpdump ничего не знает об используемом протоколе прикладного уровня или не может определить его? В обычной ситуации он просто выведет информацию о пакете. Она может выглядеть примерно так:

Flags [.], seq 3666073194:3666074622, ack 3281095139, win 2000, options [nop,nop,TS val 70228462 ecr 1681724], length 1428

Это TCP-пакет, формат представления информации о котором в tcpdump следующий (поля разделяются запятыми):

• flags — установленные флаги. Обозначаются символами S (SYN), F (FIN), P (PUSH) и R (RST), точка означает отсутствие установленных флагов;
• data-seqno — описывает данные, содержащиеся в пакете, в таком формате: first:last, где first и last — номер последовательности первого и последнего байта передаваемых данных, nbytes;
• ack — следующий номер последовательности (ISN + 1);
• window — размер окна;
• options — здесь могут указываться дополнительные сведения, например (максимальный размер сегмента);
• length — длина пакета.

Все эти данные могут быть очень полезны во время изучения или отладки протоколов и сетевых приложений, однако они ничего нам не говорят о его содержимом. Чтобы увидеть содержимое пакета в шестнадцатеричном формате, следует применить флаг -X:

# tcpdump -i wlan0 -c 10 -n -X host 192.168.0.1 and port 80

Эту функцию очень удобно использовать для анализа протоколов, в которых передача данных идет открытым текстом, например HTTP. Для бинарных протоколов и протоколов с шифрованием она, конечно же, будет бесполезна.
Кроме того, для получения дополнительных сведений о пакете можно использовать флаг -v. Тогда после IP в скобках появится подробная информация об IP-пакете:

(tos 0x0, ttl 64, id 8339, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 51)

В общем-то, здесь все довольно прозаично. Вначале идет тип обслуживания (TOS), далее время жизни пакета (TTL), идентификатор пакета, смещение от начала первого пакета в цепочке, флаги, используемый прокол транспортного уровня (TCP, UDP, ICMP) и длина.

Продвинутые возможности

Мы уже рассмотрели большинство самых важных возможностей tcpdump, но его функциональность намного шире. Например, мы использовали операторы host и port для указания нужных нам адреса и порта для фильтрации вывода, но что, если нам надо увидеть только пакеты, идущие к указанному адресу, но не исходящие с него? Для этого можно использовать оператор src:

# tcpdump -i wlan0 -c 10 -n src 192.168.0.1

Есть и его обратный вариант dst, предназначенный для указания адреса назначения. Как было показано выше, все операторы можно комбинировать с помощью оператора and (мониторинг сетевого трафика, исключая SSH-сессии и DNS-запросы):

# tcpdump -i wlan0 port not 22 and port not 53

Также можно использовать or (или) и except (не). Кроме того, tcpdump понимает диапазоны портов:

# tcpdump -i wlan0 -c 10 -n portrange 21-23

Умеет отфильтровывать пакеты по их размеру:

# tcpdump -i wlan0 -c 10 -n > 32 and <= 128

И понимает маски подсетей:

# tcpdump -i wlan0 c 10 -n src net 192.168.0.0/16 and dst net 10.0.0.0/8 or 172.16.0.0/16

Одна из самых интересных возможностей tcpdump — это умение фильтровать пакеты по содержанию конкретных битов или байтов в заголовках протоколов. Для этого используется такой формат: proto[expr:size], где proto — протокол, expr — смещение в байтах от начала заголовка пакета, а size — необязательное поле, указывающее на длину рассматриваемых данных (по умолчанию 1 байт). Например, чтобы отфильтровать только пакеты с установленным флагом SYN (инициация TCP-рукопожатия), следует использовать такую запись:

# tcpdump 'tcp[13]==2'

Как это работает? Очень просто. 13 байт TCP-заголовка содержит флаги, ровно восемь штук, по биту на каждый. Под флаг SYN отведен второй бит. Приведенная запись просто проверяет факт установки этого бита. Кстати, более читаемый вид этой записи будет выглядеть так:

# tcpdump 'tcp[tcpflags] & tcp-syn != 0'

Практическое использование

Утилиту tcpdump принято использовать для двух целей: для отладки сети, сетевых приложений и новых протоколов и для обучения основам TCP/IP. Мы пойдем другим путем и воспользуемся возможностями tcpdump для выявления фактов сканирования хоста и проведения сетевых атак.

На рис. 1 показано, как выглядит классический TCP-скан портов, выполненный утилитой Nmap, в логах tcpdump. Хорошо видно, как Nmap с адреса 192.168.0.100 пытается установить TCP-соединение с разными портами, посылая SYN-пакет (S в поле флагов). Сначала идет проба порта 8888, в ответ приходит RST-пакет, а это значит, что порт не прослушивается ни одним сервисом, далее проба порта 587 с тем же результатом. Наконец, Nmap посылает SYN-пакет на 22-й порт (SSH) и получает ответ в виде пакета SYN-ACK:

192.168.0.100.43337 > 192.168.0.111.22: Flags [S], seq 2610024277, ...
192.168.0.111.22 > 192.168.0.100.43337: Flags [S.], seq 3496707239, ack 2610024278, ...
192.168.0.100.43337 > 192.168.0.111.22: Flags [.], ack 1, ...

Порт открыт, и теперь Nmap может успешно закрыть соединение с помощью отправки RST-пакета и перейти к следующим портам. Однако он поступает умнее: посылает подтверждение приема ACK-пакета и сразу переходит к следующим портам. Такое поведение позволяет обойти некоторые системы обнаружения вторжений, но человека, вооруженного сниффером, так просто не проведешь.

Обрати внимание также на номера перебираемых портов, они не генерируются рандомно, а подбираются с учетом наибольшей распространенности. Это значит, что производится быстрое сканирование, а если точнее, Nmap, скорее всего, запущен вообще без каких-либо флагов.

Теперь рассмотрим другой метод обнаружения открытых портов — SYN-сканирование (nmap -sS). Такой вид скана принято называть скрытым, потому что во время его никогда не устанавливается полное TCP-соединение, а значит, информация о факте соединения не попадает в логи. Вывод tcpdump для такого вида скана представлен на рис. 2. Он очень похож на лог обычного TCP-сканирования, однако реакция сканера на открытые порты теперь другая:

192.168.0.100.48585 > 192.168.0.111.22: Flags [S], seq 1679394613, ...
192.168.0.111.22 > 192.168.0.100.48585: Flags [S.], seq 625029896, ack 1679394614, ...
192.168.0.100.48585 > 192.168.0.111.22: Flags [R], seq 1679394614, ...

Видно, что после получения одобрительного пакета SYN-ACK сканер не завершает установку соединения, а сразу обрывает его, уходя от попадания в логи. На рис. 3 можно видеть результат UDP-сканирования. Здесь все очень просто, Nmap перебирает порты с возможными UDP-сервисами, посылая на каждый из них пакет нулевой длины. Если порт закрыт, ОС посылает в ответ сообщение ICMP unreachable:

16:41:48.798310 IP 192.168.0.100.61020 > 192.168.0.111.18869: UDP, length 0
16:41:48.798346 IP 192.168.0.111 > 192.168.0.100: ICMP 192.168.0.100 udp port 18869 unreachable, length 36

В противном случае порт считается открытым. Еще один метод сканирования: null-сканирование с помощью отправки пакетов, не содержащих ни одного установленного флага (nmap -sN). Реакция на такие пакеты может быть разной в зависимости от используемой ОС, но, как видно по следующему листингу, Linux отвечает на них посылкой RST-пакетов:

192.168.0.100.39132 > 192.168.0.111.256: Flags [], win 3072, length 0
192.168.0.111.256 > 192.168.0.100.39132: Flags [R.], ...

Также атакующий может применять Xmas-сканирование, при котором пакеты имеют установленные флаги FIN, URG и PUSH (пакет как бы светится флагами, как новогодняя елка):

192.168.0.100.35331 > 192.168.0.111.5544: Flags [FPU], seq 3998959601, win 4096, urg 0, length 0
192.168.0.111.5544 > 192.168.0.100.35331: Flags [R.], seq 0, ack 3998959602

Как видно, реакция на такие пакеты идентичная. ACK-сканирование (-sA) будет выглядеть в логах tcpdump как отправка множества пакетов с установленным флагом ACK и ответ на них в виде посылки пакетов RST. Однако, если в системе установлен брандмауэр, ответных сообщений приходить не будет, и Nmap сможет понять, фильтруется ли порт.

С помощью tcpdump можно также отследить и различные виды флуда. Например, классический ICMP-флуд в логах будет выглядеть так:

16:43:06.008305 IP 192.168.0.100 > 192.168.0.111: ICMP type-#68, length 1032
16:43:06.008383 IP 192.168.0.100 > 192.168.0.111: ICMP type-#34, length 1032
16:43:06.008714 IP 192.168.0.100 > 192.168.0.111: ICMP type-#183, length 1032
16:43:06.008831 IP 192.168.0.100 > 192.168.0.111: ICMP type-#192, length 1032

Особую важность здесь имеет поле, содержащее время приема пакета. Ни одно нормальное приложение не будет слать множество ICMP-сообщений за промежуток времени, равный одной тысячной секунды. Другие виды флуда (например, SYN) определяются точно таким же образом.

Взаимодействие с другими программами

Одно из самых важных достоинств tcpdump заключается в том, что формат его отчетов за время существования программы фактически стал стандартом для всех снифферов и сегодня его понимают все более или менее серьезные инструменты анализа трафика. Например, tcpdump можно использовать для генерации дампа на удаленной машине, а затем отправить его на локальную и провести анализ с помощью wireshark:

$ ssh root@example.ru tcpdump -w - 'port !22' | wireshark -k -i -

Здесь мы использовали опцию -w - для записи дампа в стандартный вывод и перенаправили его wireshark, работающему на локальной машине. Таким же образом можно проанализировать трафик с помощью snort:

$ ssh root@example.ru "tcpdump -nn -i eth1 -w -" | snort -c /etc/snort/snort.conf -r -

Перенаправив вывод программы на вход grep, можно найти различные проблемы в работе сети, например выявить пакеты с неправильной контрольной суммой, вывести информацию о которой можно с помощью флага -vv:

# tcpdump -nnvv -r dump.cap tcp | grep -v "tcp sum ok" | wc –l

Админские штучки

Возможность фильтрации пакетов по данным, содержащимся в заголовке, которую мы рассмотрели в начале первого раздела, очень удобно использовать для отладки различных протоколов и поиска сетевых проблем. Например, мы можем применить ее для отлова сетевых пакетов, передаваемых по протоколу Cisco Discovery Protocol, по которому маршрутизаторы Cisco обмениваются информацией о топологии и состоянии сети:

# tcpdump -nn -v -i eth0 -s 1500 -c 1 'ether[20:2] == 0?2000'

Таким же образом можно отловить все пакеты, передаваемые по протоколу DHCP (DISCOVER, REQUEST, INFORM), чтобы выявить проблемы подключения клиентов:

# tcpdump -i eth0 -vvv -s 1500 '((port 67 or port 68) and (udp[8:1] = 0x1))'

Или поймать пакеты, передаваемые в рамках POP3-аутентификации:

# tcpdump -i eth0 "tcp port pop3 and ip[40] = 85 and ip[41] = 83" -s 1500 -n

# ngrep -l -q -d eth0 "^GET |^POST " tcp and port 80

# ngrep -i 'game*|p0rn|adult' -W byline -d eth0 > slackers.txt

# ngrep -i 'rcpt to|mail from' tcp port smtp

Выводы

В руках знающего пользователя tcpdump превращается в мощнейший инструмент не только отладки, но и исследования аномалий. Благодаря богатому набору операторов и флагов с его помощью можно вытащить из сетевого эфира и исследовать то, что действительно нужно.