全面解析网络监听技术

Question

关于网络监听技术常常会有一些有意思的问题，如："我现在有连在网上的计算机了，我也有了窃听的软件了，那么我能不能窃听到微软（或者美国国防部，新浪网等等）的密码？

又如：我是公司的局域网管理员，我知道hub很不安全，使用hub这种网络结构将公司的计算计互连起来，会使网络监听技术变得非常容易，那么我们就换掉hub，使用交换机，不就能解决口令失窃这种安全问题了么？

这是两个很有意思的问题，我们在这里先不做回答，相信读者看完全文后会有自己正确的答案。

基本概念：认清mac地址和ip地址

首先，我们知道，一台接在以太网内的计算机为了和其他主机进行通讯，在硬件上是需要网卡，在软件上是需要网卡驱动程序的。而每块网卡在出厂时都有一个唯一的不与世界上任何一块网卡重复的硬件地址，称为mac地址。同时，当网络中两台主机在实现tcp/ip通讯时，网卡还必须绑定一个唯一的ip地址。下面用一个常见的unix命令ifconfig来看一看作者本人的一台正常工作的机器的网卡：

[yiming@server/root]# ifconfig -a

hme0: flags=863 mtu 1500

inet 192.168.1.35 netmask ffffffe0

ether 8:0:20:c8:fe:15

从这个命令的输出中我们可以看到上面讲到的这些概念，如第二行的192.168.1.35是ip 地址，第三行的8:0:20:c8:fe:15是mac地址。请注意第一行的BROADCAST，MULTICAST，这是什么意思？一般而言，网卡有几种接收数据帧的状态，如unicast，broadcast，multicast，promiscuous等，unicast是指网卡在工作时接收目的地址是本机硬件地址的数据帧。Broadcast是指接收所有类型为广播报文的数据帧。Multicast是指接收特定的组播报文。Promiscuous则是通常说的混杂模式，是指对报文中的目的硬件地址不加任何检查，全部接收的工作模式。对照这几个概念，看看上面的命令输出，我们可以看到，正常的网卡应该只是接收发往自身的数据报文，广播和组播报文，请大家记住这个概念。

对网络使用者来说，浏览网页，收发邮件等都是很平常，很简便的工作，其实在后台这些工作是依靠tcp/ip协议族实现的，大家知道有两个主要的网络体系：OSI参考模型和TCP/IP参考模型，OSI模型即为通常说的7层协议，它由下向上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，而tcp/ip模型中去掉了会话层和表示层后，由剩下的5层构成了互联网的基础，在网络的后台默默的工作着。

下面我们不妨从tcp/ip模型的角度来看数据包在局域网内发送的过程：当数据由应用层自上而下的传递时，在网络层形成ip数据报，再向下到达数据链路层，由数据链路层将ip数据报分割为数据帧，增加以太网包头，再向下一层发送。需要注意的是，以太网的包头中包含着本机和目标设备的mac地址，也即，链路层的数据帧发送时，是依靠48bits的以太网地址而非ip地址来确认的，以太网的网卡设备驱动程序不会关心ip数据报中的目的ip地址，它所需要的仅仅是mac地址。

目标ip的mac地址又是如何获得的呢？发端主机会向以太网上的每个主机发送一份包含目的地的ip地址的以太网数据帧（称为arp数据包），并期望目的主机回复，从而得到目的主机对应的mac地址，并将这个mac地址存入自己的一个arp缓存内。

当局域网内的主机都通过HUB等方式连接时，一般都称为共享式的连接，这种共享式的连接有一个很明显的特点：就是HUB会将接收到的所有数据向HUB上的每个端口转发，也就是说当主机根据mac地址进行数据包发送时，尽管发送端主机告知了目标主机的地址，但这并不意味着在一个网络内的其他主机听不到发送端和接收端之间的通讯，只是在正常状况下其他主机会忽略这些通讯报文而已！如果这些主机不愿意忽略这些报文，网卡被设置为promiscuous状态的话，那么，对于这台主机的网络接口而言，任何在这个局域网内传输的信息都是可以被听到的。

Answer 1

隐患：混杂模式下接收所有信息

我们不妨举一个例子来看看：我们现在有A,B两台主机，通过hub相连在一个以太网内，现在A机上的一个用户想要访问B机提供的WWW服务，那么当A机上的用户在浏览器中键入B的ip地址，得到B机提供的web服务时，从7层结构的角度上来看都发生了什么呢？

1：首先，当A上的用户在浏览器中键入B机的地址，发出浏览请求后，A机的应用层得到请求，要求访问IP地址为B的主机。

2：应用层于是将请求发送到7层结构中的下一层传输层，由传输层实现利用tcp对ip建立连接。

3：传输层将数据报交到下一层网络层，由网络层来选路。

4：由于A，B两机在一个共享网络中，IP路由选择很简单：IP数据报直接由源主机发送到目的主机。

5：由于A，B两机在一个共享网络中，所以A机必须将32bit的IP地址转换为48bit的以太网地址，请注意这一工作是由arp来完成的。

6：链路层的arp通过工作在物理层的hub向以太网上的每个主机发送一份包含目的地的ip地址的以太网数据帧，在这份请求报文中申明：谁是B机IP地址的拥有者，请将你的硬件地址告诉我。

7：在同一个以太网中的每台机器都会"接收"（请注意这一点！）到这个报文，但正常状态下除了B机外其他主机应该会忽略这个报文，而B机网卡驱动程序识别出是在寻找自己的ip地址，于是回送一个arp应答，告知自己的ip地址和mac地址。

8：A机的网卡驱动程序接收到了B机的数据帧，知道了B机的mac地址，于是以后的数据利用这个已知的MAC地址作为目的地址进行发送。同在一个局域网内的主机虽然也能"看"到这个数据帧，但是都保持静默，不会接收这个不属于它的数据帧。

上面是一种正常的情况，如果网卡被设置为为混杂模式（promiscuous），那么第8步就会发生变化，这台主机将会默不作声的听到以太网内传输的所有信息，也就是说：窃听也就因此实现了！这会给局域网安全带来极大的安全问题，一台系统一旦被入侵并进入网络监听技术状态，那么无论是本机还是局域网内的各种传输数据都会面临被窃听的巨大可能性。

实用的网络监听技术工具介绍

上面我们看到，一切的关键就在于网卡被设置为混杂模式的状态，这种工作复杂吗？不幸的是，这种工作并不复杂，目前有太多的工具可以做到这一点。自网络监听技术这一技术诞生以来，产生了大量的可工作在各种平台上相关软硬件工具，其中有商用的，也有free的。在google上用sniffer tools作为关键字，可以找到非常多。

作者在这里列举一些作者喜欢的软件，供有兴趣的读者参考使用。

Windows平台下的：

Windump

Windump是最经典的unix平台上的tcpdump的window移植版，和tcpdump几乎完全兼容，采用命令行方式运行，对用惯tcpdump的人来讲会非常顺手。目前版本是3.5.2，可运行在Windows 95/98/ME/Windows NT/2000/XP平台上

Iris

Eeye公司的一款付费软件，有试用期，完全图形化界面，可以很方便的定制各种截获控制语句，对截获数据包进行分析，还原等。对管理员来讲很容易上手，入门级和高级管理员都可以从这个工具上得到自己想要得东西。运行在Windows 95/98/ME/Windows NT/2000/XP平台上

unix平台下的：

tcpdump

不多说，最经典的工具，被大量的*nix系统采用，无需多言。

ngrep

和tcpdump类似，但与tcpdump最大的不同之处在于，借助于这个工具，管理员可以很方便的把截获目标定制在用户名，口令等感兴趣的关键字上。

snort

目前很红火的免费的ids系统，除了用作ids以外，被用来sniffer也非常不错，可以借助工具或是依靠自身能力完全还原被截获的数据。

Dsniff

作者设计的出发点是用这个东西进行网络渗透测试，包括一套小巧好用的小工具，主要目标放在口令，用户访问资源等敏感资料上，非常有特色，工具包中的arpspoof，macof等工具可以令人满意的捕获交换机环境下的主机敏感数据。

Ettercap

和dsniff在某些方面有相似之处，也可以很方便的工作在交换机环境下

提示：国内用户访问这个站点需要使用代理服务器。

Sniffit

被广泛使用的网络监听技术软件，截获重点在用户的输出。

网络监听技术的防范方法

上面我们介绍了可以用来进行网络监听技术的软件，那么对这种不受欢迎的行为，有没有一些防范手段呢？

上面我们知道，sniffer是发生在以太网内的，那么，很明显，首先就要确保以太网的整体安全性，因为sniffer行为要想发生，一个最重要的前提条件就是以太网内部的一台有漏洞的主机被攻破，只有利用被攻破的主机，才能进行sniffer，去收集以太网内敏感的数据信息。

其次，采用加密手段也是一个很好的办法，因为如果sniffer抓取到的数据都是以密文传输的，那对入侵者即使抓取到了传输的数据信息，意义也是不大的-比如作为telnet，ftp等安全替代产品目前采用ssh2还是安全的。这是目前相对而言使用较多的手段之一，在实际应用中往往是指替换掉不安全的采用明文传输数据的服务，如在server端用ssh,openssh等替换unix系统自带的telnet,ftp,rsh，在client端使用securecrt,sshtransfer替代telnet,ftp等。

除了加密外，使用交换机目前也是一个应用比较多的方式，不同于工作在第一层的hub,交换机是工作在二层，也就是说数据链路层的，以CISCO的交换机为例，交换机在工作时维护着一张ARP的数据库，在这个库中记录着交换机每个端口绑定的MAC地址，当有数据报发送到交换机上时，交换机会将数据报的目的MAC地址与自己维护的数据库内的端口对照，然后将数据报发送到"相应的"端口上，注意，不同于HUB的报文广播方式，交换机转发的报文是一一对应的。对二层设备而言，仅有两种情况会发送广播报文，一是数据报的目的MAC地址不在交换机维护的数据库中，此时报文向所有端口转发，二是报文本身就是广播报文。由此，我们可以看到，这在很大程度上解决了网络监听技术的困扰。但是有一点要注意，随着dsniff，ettercap等软件的出现，交换机的安全性已经面临着严峻的考验！我们将在后面对这种技术进行介绍。

此外，对安全性要求比较高的公司可以考虑kerberos，kerberos是一种为网络通信提供可信第三方服务的面向开放系统的认证机制，它提供了一种强加密机制使client端和server即使在非安全的网络连接环境中也能确认彼此的身份，而且在双方通过身份认证后，后续的所有通讯也是被加密的。在实现中也即建立可信的第三方服务器保留与之通讯的系统的密钥数据库，仅kerberos和与之通讯的系统本身拥有私钥（private key），然后通过private key以及认证时创建的session key来实现可信的网络通讯连接。