64、网络安全与容器技术：Linux的双重保障

网络安全与容器技术：Linux的双重保障

1. 网络中Linux安全防护基础

在网络环境里，保障Linux服务器的安全至关重要，因为大多数恶意攻击都源于网络，特别是互联网。以下是一些网络安全防护的基础要点：

1.1 网络服务排查与管理

• 借助 nmap 工具，识别并移除不必要的网络服务，同时对Linux服务器的网络服务进行审计，以此明确防火墙所需的调整。

1.2 防火墙配置

• netfilter/iptables ：这是基于主机的网络层软件防火墙，由 iptables 和 ip6tables 工具管理。可依据规则对通过服务器的网络数据包进行过滤。示例规则如下：

0     0 DROP   tcp  --  *  *   10.140.67.22 0.0.0.0/0  tcp dpt:22
0     0 DROP   tcp  --  *  *   0.0.0.0/0    0.0.0.0/0  tcp dpt:33
0     0 DROP   icmp --  *  *   0.0.0.0/0    0.0.0.0/0

• UFW ：Ubuntu较新版本中，将其作为 iptables 防火墙的前端服务，使用更为便捷。

1.3 防火墙规则持久化

为确保每次计算机启动时防火墙设置都能生效，可安装并运行 iptables-persistent 软件包，它会将IPv4规则保存到 /etc/iptables/rules.v4 文件中，并在启动时读取。

1.4 防火墙规则审计

定期保存 netfilter/iptables 防火墙规则，生成审计报告，这应成为组织系统生命周期审计/审查阶段的一部分。

1.5 操作练习

以下是一些基于Ubuntu系统的操作练习：
1. 安装Network Mapper工具 ：在本地Linux系统上安装该工具。
2. TCP Connect扫描 ：对本地回环地址进行TCP Connect扫描，查看哪些端口有服务在运行。
3. UDP端口扫描 ：从远程系统对Linux系统进行UDP端口扫描。
4. 检查UFW服务 ：查看系统是否正在运行UFW服务。
5. 开放端口 ：使用防火墙配置窗口，为Web服务开放安全（TCP端口443）和不安全（TCP端口80）端口。
6. 查看防火墙策略和规则 ：确定Linux系统当前的 netfilter/iptables 防火墙策略和规则。
7. 保存、刷新和恢复规则 ：保存当前防火墙规则，刷新规则，然后恢复它们。
8. 设置过滤表策略 ：将防火墙过滤表的输入链策略设置为DROP。
9. 修改策略并添加规则 ：将输入链的过滤表策略改回接受，然后添加规则，丢弃来自IP地址10.140.67.23的所有网络数据包。
10. 移除规则 ：在不刷新或恢复防火墙规则的情况下，移除刚刚添加的规则。

2. 理解云与容器技术

2.1 云与容器技术概述

在大型数据中心中，为实现高效运行，计算机需更加通用化，运行组件需更自动化。虚拟机（VMs）和容器是两种将软件及其依赖打包成可运行包的方式。

2.2 虚拟机与容器的区别

对比项	虚拟机（VMs）	容器
内核	拥有独立的内核	共享主机内核
资源隔离	隔离性强，有独立的文件系统、网络接口等	主要通过命名空间实现隔离
启动速度	较慢，需启动完整的操作系统	较快，共享内核无需启动操作系统
资源占用	较高，需分配独立的CPU、内存等资源	较低，共享主机资源

2.3 容器技术的关键概念

2.3.1 命名空间（Namespaces）

Linux的命名空间机制使容器能够实现隔离，不同的命名空间为容器提供了独立的资源环境：
- 进程表 ：容器有自己的进程ID集合，默认只能看到容器内运行的进程。
- 网络接口 ：默认情况下，容器有一个单独的网络接口（eth0），运行时会分配一个IP地址。容器内的服务默认不对外暴露，需进行端口映射。
- 挂载表 ：容器自带文件系统，默认看不到主机的根文件系统或挂载表中的其他文件系统，可选择性地将主机的文件或目录挂载到容器内。
- 用户ID ：容器内的进程在主机命名空间中有一个UID，同时容器内还有一套嵌套的UID，确保进程在容器内以root权限运行时，对主机系统无特殊权限。
- 控制组（cgroup） ：在部分Linux系统（如Ubuntu）中，容器化进程在选定的控制组内运行，无法看到主机上的其他控制组。

2.3.2 容器注册表（Container Registries）

容器镜像的永久存储通常使用容器注册表。创建好的容器镜像可推送到公共仓库（如Docker Hub）或私有注册表，供他人拉取使用。

2.3.3 基础镜像与层（Base images and layers）

多数情况下，容器是基于知名的基础镜像构建的，基础镜像通常与安装软件的操作系统相匹配。例如，官方LXD镜像可通过 us.images.linuxcontainers.org 获取，官方Docker基础镜像也适用于多种Linux发行版。
使用 docker build 等命令可向基础镜像添加软件，每次添加软件会创建一个新的层。复用相同的基础镜像构建容器有诸多优势，如运行基于同一基础镜像的多个容器时，主机只需拉取和存储一份基础镜像。

3. 使用LXD部署容器

3.1 安装与初始化LXD

在本地Linux系统上安装并初始化LXD：

# 安装LXD
apt install lxd
# 初始化LXD
lxd init

初始化过程中会有一系列配置选项，可接受默认值，也可根据需求自定义，例如设置自定义的网络CIDR（如10.0.5.1/24）。

3.2 启动容器

使用 lxc launch 命令下载并启动容器：

# 启动Ubuntu 20.04容器
lxc launch ubuntu:20.04 testserver
# 启动Alpine 3.8容器
lxc launch images:alpine/3.8 alpine1

首次启动特定镜像时，下载可能需要一些时间，后续基于该镜像启动容器则会很快。

3.3 查看容器状态

使用 lxc list 命令查看容器的运行状态和IP地址：

+---------+---------+-------------------+-----------+-----------+
|  NAME   |  STATE  |       IPV4        |   TYPE    | SNAPSHOTS |
+---------+---------+-------------------+-----------+-----------+
| alpine1 | RUNNING | 10.0.5.190 (eth0) | CONTAINER | 0         |
+---------+---------+-------------------+-----------+-----------+

3.4 进入容器

使用 lxc exec 命令进入容器的shell会话：

lxc exec alpine1 /bin/sh

在容器内执行 ls / 命令，可查看Linux根目录的内容。

3.5 容器管理

使用以下命令对容器进行管理：

# 停止容器
lxc stop alpine1
# 启动容器
lxc start alpine1
# 删除容器
lxc delete alpine1

通过以上操作，你可以快速搭建干净、可靠且可丢弃的环境，安全地进行新软件实验、测试等操作，而无需担心损坏物理机器。

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始]):::startend --> B(安装LXD):::process
    B --> C(初始化LXD):::process
    C --> D{选择镜像}:::decision
    D -->|Ubuntu 20.04| E(启动Ubuntu容器):::process
    D -->|Alpine 3.8| F(启动Alpine容器):::process
    E --> G(查看容器状态):::process
    F --> G
    G --> H(进入容器):::process
    H --> I{操作选择}:::decision
    I -->|停止| J(停止容器):::process
    I -->|启动| K(启动容器):::process
    I -->|删除| L(删除容器):::process
    J --> M([结束]):::startend
    K --> M
    L --> M

4. 容器技术的其他工具与应用场景

4.1 容器技术工具概述

除了LXD，Docker也是广泛使用的容器技术工具。Docker项目曾极大地推广了容器技术，其 docker 命令和守护进程提供了在Linux系统上构建和运行容器的简便方法。如今，标准化的容器格式（如开放容器倡议）和其他容器工具与Kubernetes生态系统的结合更加紧密。

4.2 Docker的基本操作

4.2.1 安装Docker

在Ubuntu系统上安装Docker可以使用以下命令：

# 更新软件包列表
sudo apt update
# 安装必要的依赖
sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common
# 添加Docker官方GPG密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg
# 添加Docker软件源
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
# 更新软件包列表
sudo apt update
# 安装Docker引擎
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

4.2.2 拉取和运行容器镜像

使用 docker pull 命令拉取容器镜像，使用 docker run 命令运行容器：

# 拉取Ubuntu 20.04镜像
docker pull ubuntu:20.04
# 运行Ubuntu 20.04容器
docker run -it ubuntu:20.04 /bin/bash

4.2.3 管理容器

使用以下命令对容器进行管理：

# 查看正在运行的容器
docker ps
# 查看所有容器
docker ps -a
# 停止容器
docker stop <容器ID或名称>
# 启动容器
docker start <容器ID或名称>
# 删除容器
docker rm <容器ID或名称>

4.3 容器技术的应用场景

容器技术在多个领域有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：
| 应用场景 | 描述 |
| — | — |
| 开发与测试 | 开发人员可以使用容器快速搭建开发和测试环境，确保环境的一致性。 |
| 微服务架构 | 容器适合用于构建和部署微服务，每个微服务可以独立打包和运行。 |
| 持续集成与持续部署（CI/CD） | 在CI/CD流程中，容器可以方便地进行自动化构建、测试和部署。 |
| 资源隔离与优化 | 容器可以实现资源的隔离和优化，提高服务器的利用率。 |

5. 云与容器技术的结合

5.1 云平台上的容器部署

云平台为容器的部署提供了强大的支持，常见的云平台如OpenStack和Amazon Web Services（AWS）都可以用于部署虚拟机和容器。以下是在云平台上部署容器的一般步骤：
1. 选择云平台 ：根据需求选择合适的云平台，如OpenStack、AWS等。
2. 创建云主机 ：在云平台上创建云主机，作为容器的运行环境。
3. 安装容器工具 ：在云主机上安装Docker或其他容器工具。
4. 拉取和运行容器 ：使用容器工具拉取所需的容器镜像，并运行容器。

5.2 Kubernetes与容器编排

Kubernetes是一个用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序的开源平台。它可以帮助用户在大规模集群中高效地管理容器。以下是使用Kubernetes的基本步骤：
1. 安装Kubernetes ：在集群节点上安装Kubernetes组件，如kubelet、kubeadm等。
2. 初始化集群 ：使用 kubeadm init 命令初始化Kubernetes集群。
3. 加入节点 ：将其他节点加入到Kubernetes集群中。
4. 创建和管理Pod ：使用Kubernetes的API或命令行工具创建和管理Pod，Pod是Kubernetes中最小的可部署单元。
5. 使用服务和部署 ：使用Kubernetes的服务和部署功能，实现容器的负载均衡和自动扩展。

5.3 云与容器技术结合的优势

云与容器技术的结合具有以下优势：
- 弹性伸缩 ：云平台可以根据负载情况自动调整容器的数量，实现弹性伸缩。
- 高可用性 ：通过在多个节点上部署容器，可以提高应用的可用性。
- 资源优化 ：云平台可以优化资源的分配，提高资源利用率。
- 自动化管理 ：Kubernetes等工具可以实现容器的自动化管理，减少人工干预。

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始]):::startend --> B(选择云平台):::process
    B --> C(创建云主机):::process
    C --> D(安装容器工具):::process
    D --> E(拉取容器镜像):::process
    E --> F(运行容器):::process
    F --> G{是否使用Kubernetes}:::decision
    G -->|是| H(安装Kubernetes):::process
    G -->|否| I(容器管理):::process
    H --> J(初始化集群):::process
    J --> K(加入节点):::process
    K --> L(创建和管理Pod):::process
    L --> M(使用服务和部署):::process
    M --> I
    I --> N([结束]):::startend

通过掌握网络安全防护和容器技术，用户可以在网络环境中更好地保障Linux系统的安全，同时利用云与容器技术实现高效的应用部署和管理。无论是小型项目还是大型数据中心，这些技术都能发挥重要的作用。