14.2. Firewall oder Paketfilter

Eine Firewall ist ein filternder Netzübergang und nur bei Paketen wirksam, die durch sie hindurchgehen müssen. Deshalb kann sie nur dann wirksam sein, wenn der Weg durch die Firewall für diese Pakete die einzige Route ist.

SONDERFALL Lokale Firewall

A firewall can be restricted to one particular machine (as opposed to a complete network), in which case its role is to filter or limit access to some services. It is, however, always better to configure services to not listen on those network interfaces, where these services are not supposed to be offered, or to disable and remove services, which are not to be offered at all, than to use a packet filter to prevent any unwanted access to these services.

Its role can also be to filter or limit connections by rogue or poorly programmed software that a user could, willingly or not, have installed. The reliability of this, however, highly depends on the goal of these actions and the integrity of the system itself. This action is not a measurement to prevent potential threats to send data.

Der Linux Kernel schließt die Netfilter-Firewall ein, die aus dem User Space mit den Befehlen iptables, ip6tables, arptables und ebtables gesteuert werden kann.

However, Netfilter iptables commands are being replaced by nftables, which avoids many of its problems. Its design involves less code duplication, and it can be managed with just the nft command. Since Debian Buster, the nftables framework is used by default. The commands mentioned before are provided by versions, which use the nftables kernel API, by default. If one requires the “classic“ commands, the relevant binaries can be adjusted using update-alternatives.

TOOLS fwbuilder and ufw

Although (destined to) being replaced by nftables, iptables is still widely used and suited for many use-cases. Creating a rule requires an invocation of iptables/ip6tables. Typing these commands manually can be tedious, so the calls are usually stored in a script, so that the same configuration is set up automatically every time the machine boots, or they can be made “persistent“ using iptables-persistent.

A script usually needs to be written by hand. But there are, tools that make it simpler to configure the netfilter firewall, with a graphical representation of the filtering rules. fwbuilder is undoubtedly among the best of them. The rules are created with simple drag-and-drop actions on objects (interfaces, networks, ports, servers, etc.). A few contextual menus can change the condition (negating it, for instance). Then the action needs to be chosen and configured.

An alternative to writing and saving/loading the required rules is to use ufw from the package with the same name. This tool is a frontend to iptables as well, but it provides a command line interface only. Simple commands can enable or disable (block) network traffic to and from ports and IP addresses. The configuration files in /etc/ufw/ also allow for complex rule sets (e.g. hooking into the Docker chains), which are then saved and loaded automatically. This tool is often used for simple setups and to block incoming traffic on ports which cannot be assigned to a limited set of interfaces or closed appropriately.

So aktivieren Sie eine Standard-Firewall in Debian:

# apt install -y nftables
Reading package lists... Done
...
# systemctl enable nftables.service
Created symlink /etc/systemd/system/sysinit.target.wants/nftables.service → /lib/systemd/system/nftables.service.

14.2.1. Verhalten von nftables

As the kernel is processing a network packet, it pauses and allows us to inspect the packet and decide what to do with that packet. For example, we might want to drop or discard certain incoming packets, modify other packets in various ways, block certain outgoing packets to control against malware or redirect some packets at the earliest possible stage to bridge network interfaces or to spread the load of incoming packets between systems.

Ein gutes Verständnis der Schichten 3, 4 und 5 des OSI-Modells (Open Systems Interconnection) ist wichtig, um Netfilter optimal nutzen zu können.

CULTURE Das OSI-Modell

Das OSI-Modell ist ein konzeptionelles Modell zur Implementierung von Netzwerkprotokollen ohne Berücksichtigung der zugrunde liegenden internen Struktur und Technologie. Ziel ist die Interoperabilität unterschiedlicher Kommunikationssysteme mit Standard-Kommunikationsprotokollen.

Das Modell wurde im Standard ISO/EIC 7498 festgelegt. Die sieben Layer werden wie folgt beschrieben:

Physikalisch: Senden und Empfangen von Bit-Strömen über ein physikalisches Medium
Data Link: Zuverlässige Übertragung von Daten-Frames zwischen zwei Knoten, die durch eine durch eine physikalische Schicht verbunden sind
Netzwerk: Strukturieren und Verwalten eines Netzwerks mit mehreren Knoten, einschließlich Adressierung, Routing und Verkehrssteuerung
Transport: Zuverlässige Übertragung von Daten-Bereichen zwischen Punkten in einem Netzwerk, einschließlich Segmentierung, Bestätigung und Multiplexing
Sitzung: Verwalten von Kommunikationssitzungen, d. H. Kontinuierlicher Informationsaustausch in Form mehrerer Hin- und Her-Übertragungen zwischen zwei Knoten
Präsentation: Übersetzung von Daten zwischen einem Netzwerkdienst und einer Anwendung; einschließlich Zeichenkodierung, Datenkomprimierung und Verschlüsselung / Entschlüsselung
Anwendung: High-Level APIs, einschließlich Ressourcenfreigabe und Remote-Dateizugriff.

More information can be found on Wikipedia:

→ https://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model

Die Firewall wird mit Tabellen (tables) konfiguriert, die Regeln (rules) in sogenannten Ketten (chains) verwalten. Anders als iptables hat nftables keine Standardtabelle (default table). Der Benutzer legt fest, welche und wie viele Tabellen erstellt werden sollen. Jede Tabelle darf jedoch nur einer der folgenden fünf Kategorien zugeordnet werden: ip, ip6, inet, arp oder bridge. Ist die Kategorie nicht deklariert, wird ip genutzt.

There are two types of chains: base chains and regular chains. A base chain is an entry point for packets from the networking stack. Base chains are registered into the Netfilter hooks, e.g. they see packets flowing through the TCP/IP stack. On the other hand, a regular chain is not attached to any hook so it does not see any traffic. But it may be used as a jump target for better organization of the rules.

Regeln bestehen aus Aussagen (statements), die einige übereinstimmende Ausdrücke und dann eine Entscheidung enthalten, wie beispielsweise accept, drop, queue, continue, return, jump chain oder goto chain.

ZURÜCK ZU DEN GRUNDLAGEN ICMP

ICMP (Internet Control Message Protocol) is the protocol used to transmit complementary information on communications. It allows testing network connectivity with the ping command (which sends an ICMP echo request message, which the recipient is meant to answer with an ICMP echo reply message). It signals a firewall rejecting a packet, indicates an overflow in a receive buffer, proposes a better route for the next packets in the connection, and so on. This protocol is defined by several RFC documents; the initial RFC 777 and RFC 792 were soon completed and extended.

→ http://www.faqs.org/rfcs/rfc777.html

→ http://www.faqs.org/rfcs/rfc792.html

Hinweis: ein Empfangspuffer ist ein kleiner Speicherbereich, der Daten vom Zeitpunkt ihrer Ankunft aus dem Netzwerk bis zum Zeitpunkt ihrer Verarbeitung durch den Kernel speichert. Wenn dieser Bereich voll ist, können keine weiteren Daten empfangen werden und ICMP meldet das Problem, so dass der Absender seine Übertragungsgeschwindigkeit reduzieren kann (die nach einiger Zeit möglichst ausgeglichen sein sollte).

Note that although an IPv4 network can work without ICMP, ICMPv6 is strictly required for an IPv6 network, since it combines several functions that were, in the IPv4 world, spread across ICMPv4, IGMP (Internet Group Membership Protocol) and ARP (Address Resolution Protocol). ICMPv6 is defined in RFC 4443.

→ http://www.faqs.org/rfcs/rfc4443.html

14.2.2. Der Wechsel von iptables zu nftables

The iptables-translate and ip6tables-translate commands can be used to translate old iptables commands into the new nftables syntax. Whole rule sets can also be translated, in this case we migrate the rules configured in one computer which has Docker installed:

# iptables-save > iptables-ruleset.txt
# iptables-restore-translate -f iptables-ruleset.txt

# Translated by iptables-restore-translate v1.8.9 on Wed Aug 14 00:35:02 2024
add table ip filter
add chain ip filter INPUT { type filter hook input priority 0; policy accept; }
add chain ip filter FORWARD { type filter hook forward priority 0; policy drop; }
add chain ip filter OUTPUT { type filter hook output priority 0; policy accept; }
add chain ip filter DOCKER
add chain ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
add chain ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
add chain ip filter DOCKER-USER
add rule ip filter FORWARD counter jump DOCKER-USER
add rule ip filter FORWARD counter jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
add rule ip filter FORWARD oifname "docker0" ct state related,established counter accept
add rule ip filter FORWARD oifname "docker0" counter jump DOCKER
add rule ip filter FORWARD iifname "docker0" oifname != "docker0" counter accept
add rule ip filter FORWARD iifname "docker0" oifname "docker0" counter accept
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 iifname "docker0" oifname != "docker0" counter jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 counter return
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 oifname "docker0" counter drop
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 counter return
add rule ip filter DOCKER-USER counter return
add table ip nat
add chain ip nat PREROUTING { type nat hook prerouting priority -100; policy accept; }
add chain ip nat INPUT { type nat hook input priority 100; policy accept; }
add chain ip nat OUTPUT { type nat hook output priority -100; policy accept; }
add chain ip nat POSTROUTING { type nat hook postrouting priority 100; policy accept; }
add chain ip nat DOCKER
add rule ip nat PREROUTING fib daddr type local counter jump DOCKER
add rule ip nat OUTPUT ip daddr != 127.0.0.0/8 fib daddr type local counter jump DOCKER
add rule ip nat POSTROUTING oifname != "docker0" ip saddr 172.17.0.0/16 counter masquerade
add rule ip nat DOCKER iifname "docker0" counter return
# Completed on Wed Aug 14 00:35:02 2024
# iptables-restore-translate -f iptables-ruleset.txt > ruleset.nft
# nft -f ruleset.nft
# nft list ruleset
# Warning: table ip nat is managed by iptables-nft, do not touch!
table ip nat {
	chain DOCKER {
		iifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 return
		iifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain POSTROUTING {
		type nat hook postrouting priority srcnat; policy accept;
		oifname != "docker0" ip saddr 172.17.0.0/16 counter packets 0 bytes 0 masquerade
		oifname != "docker0" ip saddr 172.17.0.0/16 counter packets 0 bytes 0 masquerade
	}

	chain PREROUTING {
		type nat hook prerouting priority dstnat; policy accept;
		fib daddr type local counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
		fib daddr type local counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
	}

	chain OUTPUT {
		type nat hook output priority -100; policy accept;
		ip daddr != 127.0.0.0/8 fib daddr type local counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
		ip daddr != 127.0.0.0/8 fib daddr type local counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
	}

	chain INPUT {
		type nat hook input priority 100; policy accept;
	}
}
# Warning: table ip filter is managed by iptables-nft, do not touch!
table ip filter {
	chain DOCKER {
	}

	chain DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 {
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
		counter packets 0 bytes 0 return
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
		counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 {
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 drop
		counter packets 0 bytes 0 return
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 drop
		counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain FORWARD {
		type filter hook forward priority filter; policy drop;
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-USER
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
		oifname "docker0" ct state related,established counter packets 0 bytes 0 accept
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
		iifname "docker0" oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-USER
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
		oifname "docker0" ct state established,related counter packets 0 bytes 0 accept
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
		iifname "docker0" oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
	}

	chain DOCKER-USER {
		counter packets 0 bytes 0 return
		counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain INPUT {
		type filter hook input priority filter; policy accept;
	}

	chain OUTPUT {
		type filter hook output priority filter; policy accept;
	}
}

Die Hilfsprogramme iptables-nft, ip6tables-nft, arptables-nft, ebtables-nft sind Versionen von iptables welche die nftables API nutzen, damit Systemverwalter die veraltete iptables-Syntax weiter nutzen können. Aber dies wird nicht empfohlen; stattdessen sollten diese Hilfsprogramme lediglich die Rückwärtskompatibilität ermöglichen.

14.2.3. Die Syntax von `nft`

Der Befehl nft erlaubt die Bearbeitung von Tabellen (tables), Ketten (chains) und Regeln (rules). Die Tabellen--Option bietet mehrere Optionen: add, create, delete, list und flush. nft add table ip6 mangle erstellt eine neue Tabelle aus der Protokloll-Familie ip6.

Um eine neue Basikette (base chain) in der filter-Tabelle zu erstellen, wird das folgende Kommando ausgeführt (Beachten Sie, dass das Semikolon bei Verwendung von Bash mit einem Backslash versehen werden muss):

# nft add chain filter input { type filter hook input priority 0 \; }

Regeln werden normalerweise mit der folgenden Syntax hinzugefügt: nft add rule [Familie] Tabelle Kette handle Handle statement .

insert ähnelt dem Befehl add, aber die angegebene Regel wird am Anfang der Kette oder vor der Regel mit dem angegebenen Handle vorangestellt, anstatt am Ende oder nach dieser Regel. Beispielsweise fügt der folgende Befehl eine Regel vor der Regel mit dem Handler Nummer 8 ein:

# nft insert rule filter output position 8 ip daddr 127.0.0.8 drop

Die ausgeführten nft-Befehle nehmen keine dauerhaften Änderungen an der Konfiguration vor, sodass sie verloren gehen, wenn sie nicht gespeichert werden. Die Firewall-Regeln befinden sich in /etc/nftables.conf. Eine einfache Möglichkeit, die aktuelle Firewall-Konfiguration dauerhaft zu speichern, besteht darin, nft list ruleset > /etc/nftables.conf als root auszuführen.

nft erlaubt viele weitere Operationen, siehe seine Handbuchseite nft(8) für weitere Informationen.

14.2.4. Die Regeln bei jedem Rechnerstart installieren

To enable a default firewall in Debian, you need to store the rules in /etc/nftables.conf and execute systemctl enable nftables as root. You can stop the firewall by executing nft flush ruleset as root.

In anderen Fällen besteht der empfohlene Weg darin, das Konfigurationsskript in einer up-Anweisung der Datei /etc/network/interfaces einzutragen. Im folgenden Beispiel ist das Skript unter /usr/local/etc/arrakis.fw gespeichert.

Beispiel 14.1. Aufruf eines Firewallskripts durch eine interfaces-Datei

auto eth0
iface eth0 inet static
    address 192.168.0.1
    network 192.168.0.0
    netmask 255.255.255.0
    broadcast 192.168.0.255
    up /usr/local/etc/arrakis.fw

Dies setzt natürlich voraus, dass Sie ifupdown verwenden, um die Netzwerk-Schnittstellen zu konfigurieren. Wenn Sie etwas anderes (wie NetworkManager oder Systemd Networkd) verwenden, dann suchen Sie in der Dokumentation Möglichkeiten ein Skript auszuführen, nachdem die Schnittstelle hochgefahren wurde.