High Performance Firewall (Español)

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Firewall/nat de alto rendimiento usando iptables, VLANs e ipoute2

Introducción

Holas, este es mi segundo Wiki, el primero es el mismo version Ingles, espero les sirva.

Imagina esto, tienes mas de 2 redes separadas por protocolo de VLAN trunk (IEEE 802.1q), las cuales llegan a ti via un punto de red Tagging (troncal) a través de un Switch administrable, en una linea 10/100/1000 (lo mejor es 100 FD naturalmente)

Tienes que compartir internet a un número realmente grande de equipos y mantener un buen rendimiento. La primera opción es separar las redes en un número igual de puertas "access" (no TAG) y tal ves un numero igual o mayor de equipos firewalls. Esto no es realmente barato, pero funciona.

La segunda opción es la que hice. La historua de como comenxo todo esto esta relacionada con una emergencia donde se frieron un grupo de Cisco PIXs. No voy a profundizar en el tema.

Los Echos

Tengo alrededor de 4 redes con mascara 21, esto es 8 clases C cada una!!!. Esto genera una cantidad enorme de Direcciones MACs y ahun más peligroso un número ENORME de BRADCAST, Esto es una locura, pero asi es como trabaja mi empresa.
Me diero 30 IPs públicas en 3 grupos
Y un PC, uno pequeño, no era la gran cosa.... Solo para probar. Después (8 meses) lo cambiamos por un PC real. Un monstruo!!!
Más tarde le añadimos una nueva clase C con un número creciente de subredes ruteadas .... EXTRA

El Trabajo

Soporte de VLAN

La primera cosa que tenemos que hacer es darle al kernel la capacidad de trabajar con JumboFrames (paquetes con TAG). Esto se hace añadiendo el modulo 8021q al kernel

# modprobe 8021q

Y/o ponerlo en la sección modules en /etc/rc.conf

Lo siguiente es crear las tarjetas virtuales con el comando vconfig. Supongamos que tenemos las VLANes 20, 30, 40 y 50 en nuestra red troncal

# vconfig add ethX 20
# vconfig add ethX 30
...
# vconfig add ethX 50

Donde ethX es la nuestra tarjeta troncal. Para ver las tarjetas creadas colocamos el comando 'ifconfig -a' y asi obtenemos una lista

Entonces.... ahora solo le ponemos las direcciones privadas a nuestras tarjetas (usando eth1 como troncal)

# ifconfig eth1.20 192.168.0.1 netmask 255.255.248.0
# ifconfig eth1.30 192.168.8.1 netmask 255.255.248.0
...
 etc.

No voy a explica el orden da las IPs ni sus mascaras... eso es parte de tu propio estudio de networking

Hice una especie de daemon para esto. un archivo vlan.conf en /etc y uno vland en /etc/rc.d lo puedo compartir si quieren!!


El Firewall

Es realmente facil hacer un firewall/nat con iptables hay un monton de informacion y howtos y wikis al respecto

Solo manten en tu mente que vas a trabajar con un monton de tráfico, esto kiere decir, un monton de uso de CPU, asi es que manten tus reglas chiquitas, solo lo necesario, acepta todo por defecto, solo queremos hacer NAT, nada más...

Es buena idea acelerar ciertos puertos (80,442,25,110,21,20,53,etc), recuerda que cada paquete que pasa a través de nuestro firewall pasará a través de todas las reglas hasta que encuentre una que le calce o caiga en las politicas por defecto.

El NAT round robin

Si no sabes lo que es round robin googlea, pero la idea es esta. Pasa por la primera, después la siguiente y la siguiente y cuando se acaba vas de vuelta a la primera. Se aplica a muchas cosas.

Supongamos que tenemos una IP 200.AAA.BBB.6 y nuestro gateway es 200.AAA.BBB.1. Sin ningun problemas podemos poner estas parámetros por defecto en nuestra configuracion normal (/etc/rc.conf). No va a participar para nada en nuestro FIREWALL

Dije anteriormente que tenia 3 grupos de 10 IPs publicas cada uno...... Con esto, vamos a definir lo siguiente en el comienzo de nuestro script de firewall

Gr1='200.AAA.CCC.10-200.AAA.CCC.20'
Gr2='200.AAA.DDD.10-200.AAA.DDD.20'
Gr3='200.AAA.EEE.10-200.AAA.EEE.20'

Y las siguientes IMPORTANTES lineas:

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.0.0/21  -j SNAT --to $Gr1 #ACCESS VLAN 10
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.8.0/21  -j SNAT --to $Gr2 #ACCESS VLAN 20
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.15.0/21  -j SNAT --to $Gr1 #ACCESS VLAN 30
.... etc

Ahora, podemos jugar con esto, nótese que repetí el grupo 1 ($Gr1) para la vlan 30, podriamos tambien subdividir las redes ETC, iptables hace en forma automática Round Robin sobre cada grupo de IPs, no se necesita modificar nada!!!!

NO ES NECESARIO crear tarjetas virtuales (alias) para cada IP en cada grupo

Es importante que cada router real (router BGP) conozca a cada grupo de IP (dirigidos a nuestra primera IP pública, la que está por defecto) y lo publique via BGP (o similar) a los router "vecinos".

tips

Para acelerar algunos puertos podemos poner esto en la cabeza de nuestra cadena FORWARD

iptables -A FORWARD -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -p icmp -o eth0 -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -p tcp -m multiport --dports 80,443,110,53 -j ACCEPT  # FAST FAST FAST 
iptables -A FORWARD -p udp  --dport 53 -j ACCEPT

Esto significa:

  • Los paquetes de tráfico solo pasaran 1 regla si estos son de una coneccion establecida.
  • Los paquetes de tráfico solo pasaran 2 reglas si son un PING o similar
  • Los paquetes solo pasaran 3 reglas si son http, correo osimilar
  • Y por ultimo los paquetes de DNS van a pasar3 o 4 reglas máximo antes de salir.

Los virus de los clientes van a matar el trafico de ti firewall, y no necesitamos conversaciones windows, asi que las bloqueamos

 #VIRUS
iptables -A FORWARD -p tcp --dport 135:139 -j DROP
iptables -A FORWARD -p tcp --dport 445 -j DROP
iptables -A FORWARD -p udp --dport 135:139 -j DROP
iptables -A FORWARD -p udp --dport 445 -j DROP

Si se puede, antes que lleguen a nuestra máquina

Alto Rendimiento

Llegamos a la parte que reamente importa de este Doc.

En nuestra carrera por obtener un gran número de hosts pasando a través de nuestra máquinas, olvidamos algunas cosas

  1. Olvidamos que es solo una targeta para, potencialmente, mas de 8000 direcciones físicas (MACs). La memoria compartida de la tarjeta no está preparada para esto!!!!!!
  2. Por defecto iptables tampoco está preparado para trabajar con este gran número de conecciones simultáneas

Asi que....

Para el primer problema.... Obtuve en su oportunidad me llegaron algunos mensajes de error relativos a esto..... Realmente lo siento, pero perdi estos logs y no recuerdo que decían.... Pero bueno, para solucionar esto tenemos que aumentar el umbral de la memoria a los "vecinos". Teclee esto y mire...

# cat /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_thresh1 
128
# cat /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_thresh2 
512
# cat /proc/sys/net/ipv4/neigh/default/gc_thresh3 
1024

Lo siguiente es poner esto en /etc/sysctrl.conf

net.ipv4.neigh.default.gc_thresh1 = 512
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh2 = 1024
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh3 = 2048

Y ejecutar syscrtl -p para aumentar la memoria al doble!!!! (no se necesita reiniciar). Con esto eliminé los errores relativos a la tarjeta!!

Lo siguiente necesitara algun conocimiento sobre buckets, conntracks y hashsize (la manera de como iptables maneja las conecciones NAT). Existe un muy buen documento acerca de esto AQUÍ. LEALO!!!! Algunas cosas han cambiado desde que IPtables se conoce ahora como Netfirter.

Para resumir!!! escriba esto en su seccion de modulos en /etc/rc.conf

MODULES=(8021q 'nf_conntrack hashsize=1048576' nf_conntrack_ftp 
                               ...and other nf_stuff .......)

Lo último fué para eliminar ciertos problemas relativos a conecciones FTP que tuvimos en su oportunidad (creo que ya no es necesario, pero lo mantenemos por si acaso)

La seccion 'nf_conntrack hashsize=1048576' incrementa el numero hashsize (incrementa la memoria del kernel destinada a las conecciones de NAT) (necesita reiniciar o recargar el módulo :) escriba dmesg | grep conntrack antes y despues para ver los cambios)

Lo siguiente es poner algo similar en el archivo /etc/sysctrl.conf And the next is put some similar to the /etc/sysctrl.conf file

...
net.netfilter.nf_conntrack_max = 1048576
...

Y nuevamente el comando 'syscrtl -p

En mi caso es el mismo número, esto significa que tengo una coneccion por bucket (lea el documento). No necesito más. Por defecto iptables maneja una relacion de 1:8 es decir, 8 conecciones por bucket, con un bucket mucho mas reducido (no recuerdo bien si es esa la razon, por eso LEA EL DOC)

En nuestro caso hemos llegado a tener mas de 600.000 conecciones simultáneas con 2 targetas de 1GB. Se puede obtener este numero con el siguiente comando:

# cat /proc/sys/net/netfilter/nf_conntrack_count

Y lo pueden poner en un agente snmp para poder graficarlo en algun Server MRTG/CACTI.............. tarea para la casa

Un ejemplo aqui. (Noactualizado, no siempre ahí, pero trataré :))

Finally

The iproute2

We have 3 big access to Internet!!! this is because we manage 3 class C groups of IPs (some restrictions of BGP) in this firewall. So, we have 3 incoming traffics that we can manage, but only one outgoing!!! our default gateway. This can easily full our outgoing quote, so we have to spare it

First we have to put some new tables to /etc/iproute2/rt_tables file

# echo 200 PRO_1 >> /etc/iproute2/rt_tables
# echo 205 PRO_2 >> /etc/iproute2/rt_tables
# echo 210 PRO_3 >> /etc/iproute2/rt_tables

Can be more, can be less, depends on traffic

Second we have to give a default gateway to this tables

# ip route add default via 200.aaa.bbb.2 table PRO_1
# ip route add default via 200.aaa.bbb.3 table PRO_2
# ip route add default via 200.aaa.bbb.4 table PRO_3

It's recommended but not necesary put the local interfaces to each table

# ip route add 192.168.0.0/21 via 192.168.0.1 table PRO_1
# ip route add 192.168.8.0/21 via 192.168.8.1 table PRO_1
# ip route add 192.168.15.0/21 via 192.168.15.1 table PRO_1
.....
same PRO_2, same PRO_3

The last thing is give the order to the incoming packages

# ip rule add from 192.168.0.0/21 table PRO_1
....
....

Again, you can play with the PRO_X and even you can play with the mask and submask For example we want to give only a one class C to outgoing to PRO_3

# ip rule add from 192.168.1.0/24 table PRO_3

Put this before the <NET>/21

and then TEST IT!!!!

pick a WinPC in one of the private networks and make a tracert to somewhere!!!

Before this, you can browse to a some MYIPsite like www.whatismyip.com and get your "RightNow" address, test it later and get some other address ETC...

Conclusions

Actually we are using a PC with 1G ram , Intel Pentium 4 2.8GHz Dual and 2 NICs 1Gb (one integrated one PCI-E), the top CPU usage don't get the 80% pic...

Out traffics is about 180 MB IN/OUT.

We get some lost in the cards, about 1 packets per second, it's really low compared with the traffic, so we just don't care..

Nevertheless we get a big problem, the MAIL/SPAM outgoing, provoked by VIRUS/MAD_GUYs, can block all the publics IP in a really short time. (in the public Black Lists).

The answer to this may be not really ethic, but we have to do it.

We put a similar machine before this one with a bridge configuration blocking every port 25 traffic and sending to another anti SPAM/VIRUS/MAIL machine.

To do this is necessary give to the bridge the capacity of VLANs and one virtual card (in bridge mode i.e.'br0.30') in every net to answer to the sender...

It works and the costumer don't note the difference .... Just if you do a telnet anywhere.net 25 you get a Hi I'm a scanner hello answer!!!.. It's really good!!! and works, the mail outgoing is sender from another IP, so we get our 3 groups safe!!!.

Thats all folks, I hope this can help anyone, and it's the only thing I can do to give you something back..


Be strong, be free, 4 ever

CarLost 11:51, 12 October 2007 (EDT) from Chile


PS: English is not my natural language, I ask you forgive me if there is some uncomprehensive stuff, and feel free to improve this if you want!!!!