정보보안 - 네트워크 IP 프로토콜

January 29, 2021

IP 프로토콜 (Internet Protocol)
- 헤더구조, IP 프로토콜 동작방식, IP 단편화
- 비연결형/비신뢰적 프로토콜 (연결상태를 유지하지 않음)
- 패킷 전송 순서를 보장하지 않음
  - 라우터간 경로가 만들어 졌을 때 중간의 라우터에 의해 경로가 바뀔 수 있음
  - 전송 순서가 변경되거나 중간의 손실 등이 있을 수 있음
IP Header

이미지 출처
- IPv4 : 기본 헤더 20 Byte, 옵션 헤더 40 Byte
- Version (4bit) : 버전정보, 4.0
- IHL (4bit) : 헤더의 길이, HLEN
- Type of service (8bit) : QoS(서비스 품질), 현재 사용 X
- Total length (16bit) : 전체 IP 패킷 길이
- Identification (16bit) : 단편화 되기 전 식별 값
  - 단편화 (Fragmentation) / 재조합 (Reassembly) 관련 필드
- Flag 필드 : 단편화, 재조합과 관련된 필드
  - 첫번째 Bit : 사용 X (예약)
  - 두번째 Bit : DF (Don’t Fragment Bit)
    - 1 설정 시 단편화 X
  - 세번쨰 Bit : MF (More Fragments Bit)
    - 1 설정 시 재조합할 조각이 더 있음
    - 0 설정 시 더 이상 단편화된 조각이 없음
- Fragment offset : 단편화, 재조합과 관련된 필드
  - IP는 전송의 순서를 보장하지 않음
  - 각각의 단편에 대한 상대위치값 (offset) 표기
  - Bit 표기 = 8 Byte 단위로 표기
- Time to live (8bit) : IP 패킷 생존시간
  - 네트워크에 패킷이 계속 떠돌면 안됨.
  - L3 스위치, 라우터 를 건너 뛸 때 (hop) 통과 가능 횟수
  - 리눅스 : 64
  - 윈도우 : 128
  - 유닉스 : 255
  - TTL 값을 이용해 시스템 정보를 얻는 취약점이 있음 (OS Fingerprint)
- Protocol (8bit) : 상위 프로토콜과의 다중화, 역다중화를 위한 식별자
  - 상위 프로토콜을 식별하기 위한 번호
  - HTTP, telnet 등 응용계층 프로토콜 -> TCP
    - TCP 하나로 여러 가지 프로토콜을 사용하는 것 : 다중화
  - TCP -> HTTP, telnet 등으로 분기
    - 역다중화
- Header checksum : 헤더 부분의 오류 검사 (Data 부 제외)
- Source address
- Destination address
- Options : 경로설정, 타이밍 관리 등 패킷의 부가정보
  - 잘 사용하지 않음 (악용, 공격에 활용 가능)
  - Loose Source Route : 느슨한 소스 라우팅
    - 출발지에서 지정하는 옵션
  - Strict Source Route : 엄격한 소스 라우팅
    - 출발지에서 지정한 경로로 무조건 라우팅하는 옵션

단편화 (Fragmentation)

하나의 파일을 이루는 데이터가 분산되어 있는 것
최대 전달 단위 : MTU (Maximum Transmission Unit)
- 프레임의 최대 크기
- 단편화 되는 데이터그램의 크기는 MTU 보다 작아야 함
- (클 시 전송 불가능)
Ethernet 프로토콜 일 경우 1500 Byte
X.25 : 576 Byte
FDDI : 4352 Byte
예:
- MTU 가 1500 byte 일 경우
- 2800 byte 전송 시 쪼개야 함
  - 2 개의 프레임 생성
  - IP Header + IP payload (쪼갠 데이터) : 1500 byte 이하여야 함
과정
- 출발부터 단편화가 이루어짐 (예: Ethernet 1500byte MTU)
- 중계구간의 L3 / Router 등을 거침
- 중계구간의 MTU 는 값이 다를 수도 있음
  - 더 작은 MTU일 경우 분할이 이루어져야 함 (예: 576byte MTU : 3분할)
  - 분할이 이루어진 후 MTU가 커질 경우 다시 합쳐지거나 하지는 않음.
- 중간 과정에 손실이 발생할 경우
  - 최종 목적지에서는 일정시간 대기
  - 최종 목적지에서 재조합 실패 시 모든 단편을 폐기
  - ICMP 프로토콜로 에러메시지를 출발지로 보냄
    - Type 11:Time Exceeded > 시간초과
      - Code 1 : Fragment reassembly time exceeded

동작방식

가정
- Original IP Datagram
  - IP Header 20Byte
    - 기본 Header 20Byte, 옵션 Header 40Byte (거의 사용안함)
    - ID : 32000
  - Payload 3100Byte
- Ethernet 환경
  - MTU 1500Byte

단편화 과정

frag #1

기본 IP Header 20Byte

IPv4

HLEN=20

-(QoS)

Total Length=1500

ID=32000 FLAG=001 (X_DF_MF) offset = 0 (0~1479)

Payload 1480Byte
합계 1500Byte

frag #2

IP Header 20Byte

IPv4

HLEN=20

-(QoS)

Total Length=1500

ID=32000 FLAG=001 (X_DF_MF) offset = 1480 (1480~2959)

Payload 1480Byte
합계 1500Byte

frag #3

IP Header 20Byte

IPv4

HLEN=20

-(QoS)

Total Length=1500

ID=32000 FLAG=000 (X_DF_MF) offset = 2960 (2960~3099)

Payload 140Byte
합계 160Byte

확인방법
- tcpdump 를 이용해서 단편화 동작방식을 분석
  - (frag 단편ID : 단편사이즈 (헤더제외, Payload size) @오프셋 [+|-])
    - + : More fragments bit : 1 (추가단편이 있음)
    - - : More fragments bit : 0 (추가단편이 없음)
- 예시
  - frag # 1 : (frag 32000 : 1480 @0 +)
  - frag # 2 : (frag 32000 : 1480 @1480 +)
  - frag # 3 : (frag 32000 : 140 @2960)

IP 라우팅 규칙

IP 데이터그램이 네트워크 목적지를 찾는 두 가지 방법
- 직접 또는 로컬 라우팅
  - 송신자와 같은 물리 네트워크에 있는 목적지에는 데이터그램이 직접 전달됨
- 간접 라우팅
  - 목적지가 송신자와 다른 물리네트워크에 있을 경우
  - IP는 그 데이터그램을 다른 장치에게 보내야만 함
- IP는 송신자 IP 주소와 목적지 IP 주소를 이용하여 목적지가 로컬 네트워크에 있는지를 판단
Router 혹은 Gateway 경우지
- Router 와 Gateway 의 겅계가 모호해짐
- 라우팅 테이블을 참조 : 목적지로 가기 위한 여러가지 경로가 저장되어 있는 자료구조
- netstat -rn : 해당 호스트에서 라우팅 테이블이 어떻게 구성되어있는지 확인
- netmask / genmask
검색 방법
- IP 패킷의 목적지 IP와 라우팅 테이블의 netmask/genmask 를 bit& 연산한다.
  - & 연산 : 두 bit 가 모두 1일 때만 1
  - 같은 네트워크에 있는지 판단
- 목적지 IP(호스트) 와 일치하는 값이 있을 경우 일치하는 경로 : 255.255.255.255
- 테이블에 목적지 IP(호스트) 와 일치하는 경로가 없으면 일치하는 네트워크 주소를 검색
- 검색결과 경로가 없을 경우 Default Gateway 이용 : 0.0.0.0 의 값

명령어

netstat -rn 해석
- Destination
  - 목적지 호스트 or 목적지 네트워크 주소
- Gateway
  - 목적지로 전송하기 위한 게이트웨이 주소
- Genmask
  - 범용 목적의 마스크 (목적지 호스트 or 목적지 네트워크 주소 or 디폴트 게이트웨이 식별용)
- Flags
  - U : Route is Up (라우트 활성화)
  - G : Use Gateway (게이트웨이 사용중)
  - H : Target is a Host (목적지가 Host를 의미)
- Interface
  - Eth0
Class 개념 (목적지 호스트, 네트워크 주소)
- Class A : 0~126 (127.0.0.1 : Loopback)
  - 0+7bit(네트워크주소)+3Byte(호스트주소)
  - 사설 IP : 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
- Class B : 128~191
  - 10 + 14bit (네트워크주소) + 2Byte(호스트주소)
  - 사설 IP : 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
- Class C : 192~223
  - 110 + 21bit (네트워크주소) + 1Byte(호스트주소)
  - 사설 IP : 192.168.1.1 ~ 192.168.255.255
- Class D
- Class E

netstat -rn 결과 예시

No	Destination	Gateway	Genmask	Flags	Interface
1	10.0.96.100	10.0.120.1	255.255.255.255	UGH	eth0
2	10.0.64.0	10.0.120.2	255.255.224.0	UG	eth0
3	10.0.64.0	10.0.120.3	255.255.192.0	UG	eth0
4	0.0.0.0	10.0.120.5	0.0.0.0	UG	eth0

IP Routing 계산
- 목적지 주소 10.0.96.100
  - 일치 항목 있음
  - Genmask 와 &연산
    - 00001010 00000000 01100000 01100100
    - 11111111 11111111 11111111 11111111
    - -----------------------------------
    - 00001010 00000000 01100000 01100100
    - 10. 0. 120. 1 로 패킷 전송
- 목적지 주소 10.0.122.100
  - 일치 항목 없음
  - IP 가 10으로 시작 : class A
  - Genmask 와 &연산
    - 00001010 00000000 01111010 01100100
    - 11111111 11111111 11111110 00000000
    - -----------------------------------
    - 00001010 00000000 01111010 00000000
    - 불일치
    - 00001010 00000000 01111010 01100100
    - 11111111 11111111 11111110 00000000
    - -----------------------------------
    - 00001010 00000000 01111010 00000000
    - 불일치
    - 00001010 00000000 01111010 01100100
    - 11111111 11111111 11000000 00000000
    - -----------------------------------
    - 00001010 00000000 01000000 00000000
    - 10.0.120.3 로 패킷 전송

IP Spoofing

개요
- IP를 속여서 공격하는 기법
- 시스템 간의 신뢰(trust) 관계를 이용 : ID/PW 인증 없이 접속
- 신뢰관계에 있는 클라이언트를 연결 불가능 상태(DoS) 로 만든다
- 공격자가 클라이언트 IP 주소로 위조하여 서버에 접속
리눅스의 신뢰관계 설정
- /etc/host.equiv : 시스템 전체에 영향
  - [+|-] [host_name(IP/호스트명)] [user_name(호스트별 사용자명)]
  - 호스트에 접속하는 사용자의 접근을 허용
  - + : 모든 호스트에 대한 접근 허용 (ID, PW 인증필요)
    - + user_name : 해당하는 유저에게 모든 호스트 접근 허용
    - + @group : 모든 호스트에 대해 해당 group 사용자로 접근 허용
    - + + : 모든 호스트에 대해서 모든 계정을 신뢰 (매우 취약)
  - - : 차단
    - - host_name : 해당하는 사용자의 접근을 차단
  - host_name : 특정 호스트에 대한 접근 허용
    - host_name -user_name : 해당 호스트에서 특정 사용자만 접근 차단
    - host_name user_name : 해당 호스트에서 특정 사용자의 접근 허용
- 홈 디렉토리 내 .rhost : 각 사용자별로 영향
- 취약점 대응책
  - 되도록 $HOME.rhost, /etc/host.equiv 사용 X
  - 파일 소유자 root, 권한 600 변경
  - + 설정 제거, 반드시 필요한 host와 계정만 등록
r 계열 서비스 (신뢰관계 서비스 - 인증없이 원격접속) : rlogin, rexec, rsh
- cat /etc/xinetd.d/rlogin
- service xinetd restart
- netstat -antp grep 513
- 취약점 대응책
  - Trust 관계 설정 없애기
  - Trust 관계 유지해야 한다면 MAC 주소 정적(Static) 구성
  - r 계열 서비스 사용 X

IPv6 주소

개요
- IPv4 한계점 해결을 위해 등장
  - 주소 공간의 고갈
  - 최소 지연과 자원의 예약 불가
  - 암호화와 인증기능 미제공
- IPv6 장점
  - 주소 공간 확대
  - 헤더 단순화
  - 주소 설정 간편
  - 보안성 강화
  - 모바일 IP 지원 개선
- IPv6 전환기술
  - Dual Stack : IPv4 와 IPv6 를 동시 사용
  - 터널링 : IPSec 기능 기본 제공
    - IPv6 를 IPv4 로 캡슐화 후 IPv4 네트워크 통과
  - 주소변환/헤더변환
    - IPv4, IPv6 간 전환기능
- IPv4 : 32bit, IPv6 : 128bit
- 네트워크 주소 : 64bit
- 인터페이스 주소 : 64 bit

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IP Spoofing

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참고

Prediction and Control with Function Approximation - 02. Week 2. Constructing Features for Prediction

Prediction and Control with Function Approximation - 01. Week 1. On-policy Prediction with Approximation

Sample-based Learning Methods - 04. Week 4. Planning, Learning & Acting

Sample-based Learning Methods - 03. Week 3. Temporal Difference Learning Methods for Control