17、网络安全分析与故障排查全解析

网络安全分析与故障排查全解析

1. 网络安全分析基础

在网络安全领域，我们常常会遇到各种渗透尝试，而Wireshark是保障网络安全的有力工具。通过从安全视角分析数据包，我们能深入了解如何应对恶意用户。

常见的攻击方法基础包括端口扫描、足迹追踪和各种主动信息收集尝试，这些都可能被利用来绕过我们的安全基础设施。例如，对合法服务进行密码猜测的暴力攻击，如果结合包含数百万密码的字典，入侵成功的几率会大大增加。通过Wireshark，我们可以查看针对网络中服务的此类攻击尝试。

恶意用户还可能利用看似合法的软件进入我们的网络。如今，恶意软件最常见的传播方式是电子邮件，而钓鱼攻击与恶意软件结合时，会变得极其危险。Wireshark可以帮助我们分析恶意软件的行为，并根据分析结果为IDS/IPS防火墙创建必要的特征码。

2. 夺旗赛（CTF）相关知识

夺旗赛（CTF）活动常在安全会议上举行，为参与者提供多个教育练习，让他们体验现实世界的场景。真正的CTF是团队A尝试渗透团队B的网络，反之亦然，双方都要负责抵御恶意攻击。CTF活动有多个类别，如逆向工程、协议分析、编程、密码分析等。掌握Wireshark能让我们在处理与协议分析相关的CTF挑战时更加轻松。

从安全专业人员的角度观察周围的事物，我们会有不同的发现。在企业内部，一切可能看似正常，但从外部看，网络可能非常脆弱。安全专业人员就像IT行业的免疫系统，而使用Wireshark分析数据包是他们的武器之一。

3. 练习题

以下是一些练习题，帮助我们巩固知识：
1. 主动和被动信息收集技术有什么区别？
2. 哪种信息收集技术更隐蔽，为什么？
3. 如何理解“横幅抓取”这个术语？
4. 使用Linux中的netcat实用程序连接到正在运行的HTTP服务。
- 操作步骤：打开终端，输入 netcat <服务器IP地址> <端口号> ，例如 netcat 192.168.1.100 80 。
5. nmap扫描中 -sT和 -sS开关有什么区别？可以同时使用吗？
6. 使用nmap对机器进行操作系统指纹识别，然后将扫描输出重定向到文件以备后用。
- 操作步骤：在终端输入 nmap -O <目标IP地址> > output.txt 。
7. 不使用nmap，能否使用Wireshark进行操作系统指纹识别？
8. 针对你的操作系统指纹识别尝试如何导致严重损害？
9. 找出使用nmap绕过企业环境中部署的防火墙的技术。
10. 是否可以将两种攻击方法（ARP欺骗和DNS投毒）结合起来以获得更好的效果？
11. 在实验室环境中尝试对服务进行暴力攻击，并使用自定义字典文件分析流量模式。
- 操作步骤：
1. 创建自定义字典文件，例如 dict.txt ，每行一个密码。
2. 使用暴力攻击工具（如Hydra），输入 hydra -l <用户名> -P dict.txt <目标IP地址> <服务名> 。
3. 使用Wireshark捕获并分析流量。
12. 分析恶意FTP流量模式时，还有哪些过滤表达式可能有用？
13. 是否可以强制FTP会话进行加密，使后续TCP流不显示正常文本形式的流量？
14. 为什么隔离发出异常流量的受感染PC很重要，与它相关的哪些流量模式使其具有恶意性？
15. 访问各种在线CTF挑战网站，尝试解决一些挑战。现在理解挑战是否仍然困难，还是感觉稍微容易一些了？

4. 网络故障排查基础

网络传输过程中的数据包丢失是网络管理员日常面临的常见问题之一。幸运的是，传输协议中有各种内置的错误恢复功能可以帮助我们解决这些问题。但为了能够通过观察列表窗格中的数据包流来排查问题，我们需要了解这些错误恢复功能的工作原理。

网络故障排查，如延迟或基于应用程序的问题，需要我们理解流量流动和数据包之间的交互方式。在处理有问题的网络之前，我们需要了解一些基本的恢复功能，这有助于我们诊断和找出问题的根源。Wireshark是一款流行且功能强大的网络数据包分析开源工具，虽然它不会直接指出问题，但能大大减少排查网络相关问题所需的时间。

5. 错误恢复机制

网络通信有发送方和接收方两端。在发送方，重传超时（RTO）值（由往返时间（RTT）和标准差的平均值组成）处理恢复功能；在接收方，通过跟踪通信主机之间共享的SEQ和ACK值来处理恢复机制。

TCP重传和重复ACK是处理数据包传输失败或乱序传输的策略。网络延迟（数据包发送和收到其ACK的总时间）很常见，会显著影响网络性能。当列表窗格中频繁出现重传和重复ACK数据包时，很可能网络正面临高延迟。

设备使用TCP重传以可靠地发送数据。发送方维护RTT和RTO值以实现可靠通信。发送方在数据包离开ACK时启动重传计时器，收到ACK时停止。如果在一定时间内未收到ACK，发送方会重传数据包，若仍未收到ACK，超时值将翻倍并再次重传，直到收到ACK或达到最大重传尝试次数。

以下是一个TCP重传的示例：

graph LR
    A[客户端 192.168.1.2] -->|请求资源| B[服务器 192.168.1.1]
    B -->|发送数据| A
    A -->|发送ACK| B
    B -.->|未收到ACK| B(重传数据)
    B -->|再次发送数据| A
    A -->|发送ACK| B

重复ACK和快速重传是客户端处理的另一种恢复功能。在TCP通信中，我们通过SEQ和ACK编号跟踪通信。例如，服务器发送SEQ为100、数据有效负载大小为10的数据包，客户端收到后准备发送ACK值为110的数据包。如果服务器发送的下一个数据包SEQ为130（乱序），客户端会发送重复ACK值为120的数据包，要求服务器重新发送丢失的数据包。

6. 流量控制机制

TCP协议的流量控制机制用于避免传输过程中的数据丢失。发送方通过与接收方的缓冲区空间同步传输速率，以防止未来的数据丢失。例如，接收方有1000字节的缓冲区空间，而发送方每帧最多能发送5000字节，此时双方需要将窗口大小同步为1000字节。

这种窗口大小的调整不是固定的，整个过程称为TCP滑动窗口机制，它可以在传输过程中避免数据丢失。当接收方缓冲区空间为0字节时，TCP有零窗口通知机制。接收方发送窗口更新数据包设置为0字节，要求发送方停止传输帧，发送方会发送保持活动数据包，等待接收方的下一个窗口更新数据包。

以下是一个TCP滑动窗口机制的示例表格：
| 发送方操作 | 发送SEQ | 接收方响应 | 接收ACK |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 发送1帧 | 1 | 确认收到 | 2 |
| 发送2帧 | 2, 3 | 确认收到 | 4 |
| 发送3帧 | 4, 5, 6 | 确认收到 | 7 |
| 发送4帧 | 7, 8, 9, 10 | 确认收到3帧 | 10 |

7. 慢速互联网和网络延迟故障排查

列表窗格中观察到的延迟可分为正常/可接受延迟和不可接受延迟。我们应根据从客户端获得的测试结果，将当前情况归类为线路延迟、客户端延迟或服务器延迟，这样能以更具流程性的方法解决问题，减少复杂性和资源消耗。

在开始排查此类问题之前，建议自定义现有时间列（将时间值设置为自上一个显示数据包以来的秒数），这有助于我们找出延迟问题，显示两个相关数据包之间的总时间。

以下是一个故障排查的步骤列表：
1. 从客户端开始调查，这样可以避免处理大量无关数据包，但可能存在看不到相关数据包的风险。
2. 要求客户端尽可能重现问题，如果问题是按时间发生的，等待在客户端观察和理解情况，最终目标是捕获相关数据包，从客户端角度清晰了解问题。
3. 当拿到跟踪文件后，查看客户端连接服务器的过程。如果本地DNS缓存已包含服务器IP地址，可能看不到DNS数据包，而是直接看到发送到服务器的SYN数据包。要确保DNS查询的往返时间较低（约小于等于150毫秒）。
4. 观察列表窗格中的三次握手数据包，最好隔离通信主机，通过右键单击通信并创建过滤器来实现。
5. 观察SYN数据包发送和相应SYN/ACK数据包接收之间的总时间，并与基线进行比较，以确定连接是否缓慢。

例如，当SYN和SYN/ACK数据包之间的时间较长（约0.90 - 1.0秒），且客户端快速发送ACK数据包后，确认GET请求的ACK数据包花费超过一秒才返回，这可能表明存在严重的延迟问题。此时，问题可能不在于客户端或服务器，而在于线路。

通过以上对网络安全分析和故障排查的介绍，我们可以更好地应对网络中的各种问题，保障网络的安全和稳定运行。不断练习和实践练习题，能帮助我们提升在网络安全领域的技能和能力。

网络安全分析与故障排查全解析

8. 故障排查案例分析

为了更好地理解故障排查的实际应用，我们来看一个具体案例。假设客户端抱怨访问某网站速度缓慢，我们按照前面提到的步骤进行排查。

首先，从客户端角度捕获数据包。我们发现客户端发出了DNS查询请求，往返时间约为200毫秒，超过了正常的小于等于150毫秒的范围，这可能是导致访问缓慢的一个因素。

接下来观察三次握手过程，我们隔离了客户端和服务器的通信，发现SYN和SYN/ACK数据包之间的时间约为1.2秒，明显高于正常水平。客户端发送ACK后，确认GET请求的ACK数据包花费了1.5秒才返回，这进一步表明存在严重的延迟问题。

综合分析，我们推测问题可能出在线路上。经过检查，发现客户端到服务器之间的网络线路存在老化和信号干扰的情况，更换线路后，问题得到解决。

以下是这个案例的流程图：

graph LR
    A[客户端抱怨访问慢] --> B[捕获客户端数据包]
    B --> C{DNS往返时间是否正常}
    C -- 否 --> D[可能DNS有问题]
    C -- 是 --> E{SYN和SYN/ACK时间是否正常}
    E -- 否 --> F[连接存在延迟]
    E -- 是 --> G{确认GET请求的ACK时间是否正常}
    G -- 否 --> F
    F --> H[推测线路问题]
    H --> I[检查线路]
    I --> J[更换线路解决问题]

9. 网络安全与故障排查的结合

在实际的网络环境中，网络安全和故障排查是相互关联的。例如，恶意软件的攻击可能会导致网络出现异常流量，从而引发网络故障。而通过故障排查，我们可以发现这些异常流量，进而分析是否存在安全威胁。

当我们使用Wireshark分析数据包时，如果发现某个IP地址频繁发送异常流量，可能是该IP地址受到了攻击或者被用于发起攻击。我们可以进一步分析这些流量的特征，如数据包的大小、频率、协议类型等，来判断是否存在安全问题。

同时，网络安全措施的实施也可以减少故障的发生。例如，部署防火墙可以阻止恶意流量进入网络，从而降低网络故障的风险。而定期进行漏洞扫描和安全审计，可以及时发现和修复潜在的安全漏洞，保障网络的稳定运行。

10. 总结与建议

通过对网络安全分析和故障排查的深入学习，我们了解了Wireshark在网络安全和故障排查中的重要作用。以下是一些总结和建议：
- 掌握基础知识 ：熟悉网络安全的基本概念和常见攻击方法，以及TCP协议的错误恢复和流量控制机制，这是进行网络安全分析和故障排查的基础。
- 多做练习 ：通过完成练习题，不断巩固所学知识，提高自己的技能和能力。
- 实践操作 ：在实际的网络环境中进行实践操作，积累经验，提高解决实际问题的能力。
- 持续学习 ：网络技术不断发展，新的攻击方法和安全威胁也不断出现，因此需要持续学习，跟上技术的发展步伐。

以下是一个简单的总结表格：
| 方面 | 要点 |
| ---- | ---- |
| 网络安全分析 | 了解常见攻击方法，使用Wireshark分析数据包，创建IDS/IPS防火墙特征码 |
| 故障排查 | 掌握错误恢复和流量控制机制，按照步骤进行故障排查 |
| 结合应用 | 网络安全和故障排查相互关联，通过故障排查发现安全威胁，实施安全措施减少故障发生 |
| 学习建议 | 掌握基础知识，多做练习，实践操作，持续学习 |

总之，网络安全分析和故障排查是保障网络稳定运行的重要手段。通过不断学习和实践，我们可以更好地应对网络中的各种问题，为企业和个人的网络安全保驾护航。