Nmap-网络扫描实战（1）--主机发现

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主机发现指的是从网络中寻找活跃主机的过程。该过程的关注点不在于如何获取目标的详细信息，而是在尽量减少资源消耗的情况下，获得目标们在逻辑上的分布。

OSI 模型

OSI 模型（即 Open Systems Interconnection model 开放式系统互联通信参考模型），由国际标准化组织（ISO）提出，是一个试图使各种网络设备在世界范围内互联通信的标准框架。该模型将计算机网络体系结构划分为7层，如下图所示：
OSI 模型
本文涉及到的主机探测方法，主要利用了定义在 Layer 2，3 和 4 上的网络协议。

1. Layer 2（ARP）
  • 优势
    • 非常快速
    • 高可信度
  • 劣势
    • 不能探测远程系统（ARP 属于不可路由协议）

ARP（Address Resolution Protocol 地址解析协议）是通过解析网路层（Layer 3）地址来找寻数据链路层（Layer 2）地址的一个重要的网络传输协议，即将 Layer 3 中逻辑性的 IP 地址翻译成 Layer 2 中物理性的 MAC 地址。
发起查询的主机先在本地网络中广播一条 ARP 请求，符合该查询的主机则直接返回一条包含其 MAC 地址的 ARP 回复，收到回复后的主机会更新保存在本地的 ARP 缓存并开启两者间的网络通信。该过程不使用任何形式的身份验证和授权。

命令示例

# nmap -sn 10.1.87.0-255
# nmap -sn 10.1.87.0/24
# nmap -iL iplist.txt -sn

-sn 选项同 -sP，即关闭默认的端口扫描，只执行 Ping 扫描，这在主机发现时可以节省很多时间。从表面上看，执行的 Ping 扫描属于 Layer 3 上的协议。这里 nmap 会根据提供的 IP 地址自动判定是否为本地子网，对本地子网发送 ARP 请求，对远程网络则执行 Ping 扫描。如下图（本地子网）：

Nmap ARP 扫描
输出内容包括活跃主机的 IP 地址、网络延迟、MAC 地址及对应的硬件厂商。
WireShark 捕获到的流量信息：
WireShark ARP

当探测的 IP 地址不属于本地子网时，则执行 Ping 扫描（输出信息无 MAC 地址），输出如下：

Nmap Ping 扫描
WireShark 捕获到的流量信息：
WireShark ICMP

2. Layer 3（ICMP）

  • 优势
    • 可探测远程系统（可路由协议）
    • 相对较快
  • 劣势
    • 比 ARP 慢
    • 可能被防火墙拦截

Layer 3 上的 ICMP 探测是最为人熟知的扫描手段（ping 命令总用过的吧）。ICMP 代表 Internet Control Message Protocol（互联网控制消息协议），它的功能之一，就是通过向目标主机发送 ICMP echo 请求，看是否收到 echo 响应，来确定其是否处于活跃状态。如 Ping 命令的输出：
Ping 命令
返回结果中包括信号往返时间和(信息)包丢失情况的统计信息。

前面已经提到过，nmap 的 Ping 扫描可以根据 IP 地址自行在 ARP 和 ICMP 协议间切换，不需要额外的选项。

3. Layer 4（TCP）

  • 优势
    • 可探测远程系统
    • 比 ICMP 更可靠
  • 劣势
    • 有时防火墙会导致异常结果
    • 全局扫描会非常耗时

TCP 扫描的原理在于，一条单独的 TCP Finish(FIN) 包或者 Acknowledge(ACK) 包通常会触发远程主机的 Reset(RST) 响应，而发送至远程主机的 Synchronize(SYN) 包通常会触发 SYN+ACK 或者 RST 响应（取决于被扫描端口的开放情况）。重点在于，来自指定主机的任何响应都可以确定该主机处于存活状态。

当目标主机所有的 TCP 服务都被防火墙隔离时，UDP 扫描有时就显得极为有效。但有些 UDP 服务回复的是 ICMP 端口不可达响应，而这类响应会被高防护的防火墙阻止。另一些 UDP 服务则只对特定的请求作出响应，使得有效的 UDP 扫描需要针对不同的服务采用针对性的技术。

命令示例
  • UDP 扫描
    # nmap 10.1.87.0-255 -PU53 -sn
  • TCP 扫描（发送 ACK 包）
    # nmap 10.1.87.0/24 -PA80 -sn

附：

1. TCP & UDP

在 OSI 模型中，IP 协议位于网路层（Layer 3），它可以提供寻址、数据报路由及其他功能，将一台设备连接至另外一台设备。TCP 协议位于传输层（Layer 4），负责管理连接以及各设备间数据的稳定传输。
TCP 是一种连接导向（connection-oriented）的协议。在 TCP 传输数据之前，客户端和服务端之间需要通过一种三步握手的机制来创建连接。过程如下：

  1. 客户端通过向服务端发送一个包含 SYN（synchronize）标志的数据包来初始化连接，在 SYN 字段中包含了一个随机的初始序列号（ISN）。
  2. 接着服务端向客户端同样回复一个 SYN 包（其中有它自己的 ISN）。同时服务端发送一个 ACK（acknowledge）包来告诉客户端自己收到了前面的信息。该 ACK 报文中包含了客户端的 ISN+1 的值。
  3. 客户端发送一个 ACK 包（包含 服务端的 ISN+1）来告知服务端，自己已收到消息。此时，两者之间才开始交换数据。

当连接关闭时：

  1. 客户端发送一个包含 FIN（finish）标志的数据包。
  2. 服务端发送 ACK 包表示自己已收到。
  3. 当服务端准备好关闭时，它会发送一个 FIN 包。
  4. 客户端发送 ACK 包表示自己已收到。
    开启连接的过程可参考下图：TCP handshake

TCP 是一种强调数据完整性的协议。通过上述机制，在传输过程中若有一个包丢失，TCP 会自动重新传输（直到接收者发出 ACK 包）。如果数据包到达时次序错误，TCP 会对它们进行重排，之后才交给应用程序。
所以传输文件或者重要数据如 HTTP 和 FTP 都是用的 TCP 协议。

UDP 属于非连接导向（connectionless）的协议。在传输数据之前，他不需要先创建一个 UDP 连接。如果发生丢包，UDP 也不会重复发送（丢失包的重发根据情况由应用程序来完成）。
所以像视频流等可以承受丢包损失的多媒体应用常通过 UDP 传输。常见的使用 UDP 的应用：DNS、DHCP、SNMP 等。

2. TCP表头格式

TCP 表头格式

参考书籍及文章：

Kali Linux Network Scanning Cookbook by Justin Hutchens
TCP 三向交握 (Three-way Handshake)