家庭宽带IPv6地址使用揭秘

本文将探讨家宽IPv6地址的公网可用性，分析智能网关设备安全机制的原理，结合白名单提出一种终端和服务器间端到端安全通信的方法。

(相关资料图)

Part 01

IPv6地址可用性

设备获取IPv6的全球单播地址后，理论上能够实现设备和业务服务器的双向端到端通信，我们使用笔记本电脑接入家宽网络，分配IPv6地址后并验证时，发现其公网连通性是不可达状态，这是什么原因呢？

bogon:~ root$ telnet 2409:8a28:ec3:51f0:2a12:93ff:fe68:fee5Trying 2409:8a28:ec3:51f0:2a12:93ff:fe68:fee5...telnet: connect to address2409:8a28:ec3:51f0:2a12:93ff:fe68:fee5: Network is unreachable

原来是考虑到IPv6地址暴露后存在安全风险，运营商在智能网关标准中，提出了端口权限最小化和防攻击功能的要求，在网关出厂时，厂商会在网关中预置特定的防火墙策略。由于网络策略的存在，家宽网络中IPv6地址实际可用性是很差的，直接下行的转发流量基本都被网关拦截或丢弃。为了安全有效地使用IPv6地址，结合白名单机制的网络策略或许是一个不错的选择。

图1 《中国移动智能家庭网关技术规范》-端口权限最小化

图2 《中国移动智能家庭网关技术规范》-防攻击功能

Part 02

IPv6 session防火墙

IPv6端到端的通信，由于网络策略的原因，导致服务器到终端设备的下行流量被拦截。

经过对智能网关的分析，发现上述拦截能力可称为IPv6 session防火墙，该防火墙功能基于iptables实现，在网关的iptables转发链中，存在一个FORWARD_FIREWALL子链，用于存储控制转发的session防火墙策略。

防火墙策略FORWARD：

Chain FORWARD (policy ACCEPT 107 packets, 14852 bytes)num   pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         1     138K   34M SKIPLOG    all      *      *       ::/0                 ::/0                 mark match ! 0x4000000/0x40000002     3547  290K TCPMSS     tcp      *      ppp0    ::/0                 ::/0                 tcp flags:0x06/0x02 tcpmss match 1300:65535 TCPMSS set 13803     3176  235K TCPMSS     tcp      ppp0   *       ::/0                 ::/0                 tcp flags:0x06/0x02 tcpmss match 1300:65535 TCPMSS set 13804    73122   11M FORWARD_ALG  all      *      !br+    ::/0                 ::/0                5     146K   36M JNI_FILTER  all      *      *       ::/0                 ::/0                6    72710   25M IP_FILTER_IN  all      !br+   *       ::/0                 ::/0                7    73122   11M IP_FILTER_OUT  all      br+    *       ::/0                 ::/0                8    73122   11M PARCTL_MAC  all      br+    *       ::/0                 ::/0                9    73122   11M URL_FILTER  all      br+    *       ::/0                 ::/0                10   73122   11M MAC_FILTER  all      br+    *       ::/0                 ::/0                11    146K   36M FORWARD_FIREWALL  all      *      *       ::/0                 ::/0

（1）当关闭时，防火墙策略为空，

Chain FORWARD_FIREWALL (1 references)pkts bytes target prot opt in out source destination

（2）开启ipv6 session防火墙后，Forward链策略中新增了两条策略：

Chain FORWARD_FIREWALL (1 references)pkts bytes target prot opt in out source destination 252 26905 ACCEPT all br+ * ::/0 ::/0 234 72274 ACCEPT all * br+ ::/0 ::/0 ctstate RELATED,ESTABLISHED

这两条策略即为实现IPv6 Session防火墙的核心，基于iptables状态跟踪实现，其实现的转发控制能力如下：

（1）接收从任意br开头的网卡到其它网卡的流量（上行）；

（2）接收从网卡到任意br开头的网卡的流量，该流量的状态必须是已经建立双向连接或该连接的衍生连接（下行）。

简单来说，就是终端设备往外访问的一律放行，外部服务器来访问终端设备，如果之前没建立过连接，直接拦截，反之则放行。具体的状态信息可参考如下概念：

– 概念分析

（1）iptables状态跟踪

从Linux2.6.15的内核版本后，iptables开始支持状态跟踪(conntrack)，该功能依赖于netfilter的内核模块nf_conntrack。此后，iptables可以根据包的状态进行二次的过滤拦截和状态跟踪。它也是state/ctstate和nat的主要依赖模块。

conntrack将数据流的状态信息以Hash表的形式储存在内存中，包括五元组信息以及超时时间等。这里说的状态跟踪并非是指状态协议（如TCP）中连接状态的跟踪，而是conntrack特有的与网络传输协议无关的状态的跟踪。

（2）conntrack五种状态

conntrack共可以为连接标记五种状态，分别如下：

➟ NEW：新建连接请求的数据包，且该数据包没有和任何已有连接相关联。判断的依据是conntrack当前“只看到一个方向数据包(UNREPLIED)”，没有回包。

➟ ESTABLISHED：该连接是某NEW状态连接的回包，也就是完成了连接的双向关联。

➟ RELATED：匹配那些属于helper模块定义的特殊协议的网络连接，该连接属于已经存在的一个ESTABLISHED连接的衍生连接。简而言之，A连接已经是ESTABLISHED，而B连接如果与A连接相关，那么B连接就是RELATED。这部分不理解没有关系，也很难一句话说清，后面章节会用大量笔墨来阐明它。

➟ INVALID：匹配那些无法识别或没有任何状态的数据包。这可能是由于系统内存不足或收到不属于任何已知连接的ICMP错误消息，也就是垃圾包，一般情况下我们都会DROP此类状态的包。

➟ UNTRACKED ：这是一种特殊状态，或者说并不是状态。它是管理员在raw表中，为连接设置NOTRACK规则后的状态。这样做，便于提高包过滤效率以及降低负载。

conntrack是一种状态跟踪和记录的机制，本身并不能过滤数据包，只是提供包过滤的依据。有状态是一种过滤依据，无状态实际也是一种过滤依据。

Part 03

IPv6白名单机制

IPv6 Session防火墙通过两条策略实现了转发防护的能力，那么是否可以在此基础上实现白名单机制，答案是肯定的，使用白名单机制将限定通道两端的发送者和接受者，同时又保持原有的网络策略开启，符合智能网关的标准。

iptables可以通过策略添加实现白名单机制，在智能网关的转发策略中加入允许发起下行请求的IPv6地址，并按照该地址筛选下行的源IP地址的数据包并放行。经测验，开启ipv6 session防火墙，并添加特定白名单后，终端设备即可支持ipv6地址的下行访问。以6.ipw.cn为例，我们新增策略如下：

ip6tables -t filter -I FORWARD -s 6.ipw.cn -j ACCEPT ip6tables -t filter -I FORWARD -d 6.ipw.cn -j ACCEPT

新增后的iptables策略清单。

Chain FORWARD (policy DROP 3 packets, 246 bytes)pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination 7  1833 ACCEPT     all      *      *       ::/0                 2409:8928:e20:84fe:a11b:b839:66ae:84a7 101  7226 ACCEPT     all      *      *       2409:8928:e20:84fe:a11b:b839:66ae:84a7  ::/0

外网获取ipv6地址结果 ，即设备IPv6地址能够被6.ipw.cn访问。

curl 6.ipw.cn2409:8a28:efb:b8a6:d1b6:9c3b:2f2e:c3ee

上述结果即说明该IPv6地址可被公网访问，说明白名单机制在理论上可行。

Part 04

总结

本文从实际家庭网络环境出发，分析家庭宽带网络中设备的IPv6实际可用性和安全分析，并尝试了一种基于白名单的IPv6地址使用方式，能够保证地址在防火墙开启的前提下使用公网的访问能力，但从家庭网络全局角度来看，目前缺少整体的安全发现和分析的能力，特别是在IPv6开放的情况下，原有的安全分析设备的支持性和分析能力，需要适配提升。下一篇文章我们来谈一谈，如何提供一种针对家庭网络的安全监测能力。

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