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1 Outline Introduction IP Address & MAC Address TCP/UDP/ICMP IP Gateway, Network Mask, TTL Routing Protocol Network Address Translation (NAT) Domain Name System (DNS) Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) / Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) HyperText Transfer Protocol (HTTP) Virtual Private Network (VPN) Firewall Wireless Networks 1

2 Linux 防火牆防火牆 : 防止未經允許的連線進入由防火牆所保護的網路, 提供了穿越 (Transparency) 的功能, 並提供了限制穿越的功能目前還有許多的防火牆是架設在伺服器本機上, 利用本機的網路介面和作業系統的網路核心架設防火牆, 過濾不當的封包進入本機或是阻擋攻擊等等 Network A Network B Firewall Server Network Linux Kernel / Firewall 2

3 Netfilter 架構 (1) Netfilter/Iptables 是 Linux 2.4.x / 2.5.x 的防火牆網路子系統的一部份, 它提供了 Stateful/Stateless 的封包過濾 NAT 功能以及封包打亂雜湊 (Mangling) Netfilter 架構 : Netfilter 就是在封包行進的路上設下一系列的掛入點 (Hook), 並依照封包所屬的表格 (Table) 來決定如何處理封包 3

4 Netfilter 架構 (2) 掛入點 (Hook) :Netfilter 定義了五個掛入點 (Hook), 有 Pre-Routing Local-IN Forward Local-Out 及 Post-Routing 當封包進入 Linux 主機的網路介面之後, 會先經過 Pre-Routing 這個掛入點, 而後由 Routing 機制決定是要進入 Linux 主機 ( 進入 Local-IN 這個掛入點 ) 或是往另外一個網路介面過去 ( 經由 Forward 和 Post- Routing 這兩個掛入點出去 ) 而 Linux 若有封包需要要送出的話, 則會先經過 Local-Out 這個掛入點, 再經過 Routing 和 Post- Routing 掛入點往外送 4

5 Netfilter 架構 (2) Pre-Routing Routing Forward Post- Routing Routing Local-IN Local-OUT Linux Network Protocol Stack 5

6 Netfilter 架構 (3) 表格 (Table) : 定義了三個不同的表格,NAT Mangle 和 Filter 提供使用者能夠藉由在不同的表格中設定動作來達到所需得功能封包會依照順序通過各個表格, 如在 OUTPUT 的地方, 封包會依序經過 Mangle NAT Filter 這三個表格 Mangle NAT Routing Filter NAT Pre-Routing Forward Routing Post-Routing Filter INPUT Filter NAT Mangle OUTPUT Linux Network Protocol Stack 6

7 Netfilter 架構 (4) Filter 表格主要是用來過濾 (filter) 封包用的, 包含了三個掛入點 :Forward Local-In 及 Local-Out 我們可以在這個表格的地方設定過濾封包, 對封包作 DROP LOG ACCEPT 及 REJECT 這些動作 Routing Pre-Routing Forward Routing Post-Routing INPUT OUTPUT Linux Network Protocol Stack 7

8 Netfilter 架構 (5) Nat 表格是提供給 NAT (Network Address Translation) 所使用的包含了三個掛入點, PRE-Routing 是用來修改進入防火牆的封包, Output 則是用來在封包進入 Routing 點之前修改本機所產生的封包,Post-Routing 則是會在封包離開防火牆之前修改封包 NAT Routing NAT Pre-Routing Forward Routing Post-Routing INPUT NAT OUTPUT Linux Network Protocol Stack 8

9 Netfilter 架構 (6) Mangle 表格是用來打亂 (Mangle) 封包使用的, 包括了 Pre-Routing 和 Local-Out 這兩個掛入點我們可以在 Mangle 表格裡對封包作改變 TTL TOS 或者是作 Mark 的動作 9

10 Netfilter 架構 (7) 以一個範例來解釋這個概念 : 假設我們利用 Iptables 在 Filter 表格中設定當封包的通訊協定為 ICMP 時作記錄 (Log) 檢查點 A Routing Filter 檢查點 B Pre-Routing Filter Forward Routing Post-Routing 檢查點 C INPUT Filter OUTPUT Linux Network Protocol Stack 10

11 Netfilter 架構 (8) 封包在 Linux 的網路核心裡會有三種動作 : 1. 經由一個網路介面到另一個介面, 如箭頭 1: 封包會經由 Pre-Routing 進入, 經過 Forward 之後到 Post-Routing 由另一個介面出去, 因此封包在經過 Forward 掛入點 ( 檢查點 A) 的時候會作檢查是否為 ICMP 封包, 如果是的話就作紀錄的動作 2. 經由網路介面進到 Linux 的應用程式, 如箭頭 2: 封包會經由 Pre-Routing 進入, 經過 Input 之後到適當的應用程式, 因此封包在經過 Input 掛入點 ( 檢查點 B) 的時候會作檢查是否為 ICMP 封包, 如果是的話就作紀錄的動作 3. 由 Linux 的應用程式往外送, 如箭頭 3: 封包在由應用程式產生後, 它會經進入 Output, 經過 Output 之後到適當的應用程式, 因此封包在經過 Output 掛入點 ( 檢查點 C) 的時候會作檢查是否為 ICMP 封包, 如果是的話就作紀錄的動作 11

12 Netfilter 架構 (9) State Machine/Connection Tracking Machine : Netfilter 設計了 Connection Tracking 就是讓 Netfilter 能夠分辨並管控連線狀態的機制在 Iptables 裡面, 連線可以分成四個 State:NEW ESTABLISHED RELATED 和 INVALID 除了本機產生的封包是在 Output Chain 以外, 所有的 Connection Tracking 都是在 Pre-Routing Chain 裡運作當防火牆實作能夠管控連線狀態的機制時, 稱為 State-Full 防火牆, 它能夠提供比一般防火牆更嚴謹的防火牆規則以及限制設定以下分別以 TCP UDP 和 ICMP 封包來介紹 Connection Tracking 的機制, 以及這四個狀態所代表的意義 12

13 Netfilter 架構 (10) A TCP 建立連線 : 在 Connection Tracking 中, 如圖所示的第 1 點是由 Client 開始送 SYN 封包給 Server, 這時候會通過防火牆, 這個狀態稱為 NEW 如圖示第 2 點而在 Server 收到 SYN 之後, 回送 SYN/ACK 封包給 Client, 通過防火牆的時候則稱為 ESTABLISHED 狀態, 接下來的所有連線直到中斷連線之前的狀態就都會是 ESTABLISHED 1 NEW SYN Client SYN ACK ESTABLISHED 13 Firewall 2 Server

14 Netfilter 架構 (11) TCP 關閉連線如圖示第 1 步的地方, 一開始 Client 送出 SYN/ACK 封包給 Server, 這時候連線的狀態還會是 ESTABLISHED 然後 Server 會回送 ACK 給 Client, 此時連線狀態還是 ESTABLISHED ( 第 2 步 ) 14

15 接下進行到第 3 步,Server 送 FIN/ACK 封包給 Client, 此時連線狀態仍是 ESTABLISHED 最後的第 4 步, 主動要求要關閉連線的 Client 會發出 ACK 封包, 也就是最後關閉連線的狀態, 此時連線狀態就會是 CLOSED 15

16 Netfilter 架構 (12) UDP 連線 :UDP 是 Stateless 的連線, 也就是說其實 UDP 通過防火牆的時候很多都是只有上圖所示的 NEW 狀態連線而已, 在有些狀況 UDP 回應的時候才會產生 ESTABLISHED 的狀態 NEW ESTABLISHED Client Firewall Server 16

17 Netfilter 架構 (13) ICMP 連線 :ICMP 也是 Stateless 的連線, 也就是說和 UDP 相同, 大部分的 ICMP 連線都只會有 NEW 這個狀態有種 ICMP 是有回應的, 在 Client 收到 Request 封包的時候, 它會回應一個 Reply 封包如圖, 因此在 ICMP 的 Request 封包時的狀態是 NEW, 而回應則是 ESTABLISHED 狀態 NEW ICMP Echo Request Client ICMP Echo Reply ESTABLISHED 17 Firewall Server

18 Netfilter 架構 (14) 兩個特殊狀態 RELATED 和 INVALID: RELATED : 是當連線建立之後 (ESTABLISHED 狀態 ) 所衍生出來的狀態, 有時候當連線建立之後, 主要的連線會衍生 (spawn) 出新的連線, 這個連線可以說是原來連線的附屬最著名會產生 RELATED 連線的是 ftp, 在 ftp 進行檔案傳輸的時候,ftp-data 會另外進行連線, 這個連線的狀態就會被標示為 RELATED INVALID : 是無法歸類的封包以及連線狀態, 都稱為 INVALID 有時候如果部分的 ICMP 錯誤訊息回應在無法確定是哪一個連線的回應時, 就會被認定為是 INVALID 狀態 INVALID 狀態的封包最好能全部 DROP 掉以避免系統無法判定封包類型而造成不必要的錯誤, 甚至是安全上的疏失 18

19 IPTables 指令 (1) Iptables 是 userspace 的 Netfilter 核心控制程式,Iptables 提供了表格 (Table),Chain, 以及規則 (Rule) 這三種機制讓使用者設定 Iptables v L 能將所有指定表格 ( 不加表格則是 Filter 表格 ) 的規則及其詳細資料列出 19

20 IPTables 指令 (1) 20

21 IPTables 指令 (2) 範例中的 Filter 表格有三個內定的 Chain:INPUT FORWARD OUTPUT, 還有一個自訂的 Chain: test 有三個規則, 根據它們所在的 Chain 可以產生以下效果 : 1. 所有由企圖送到主機的封包都會被 DROP 掉 2. 無法對連線, 因為所有會往的封包也都會被 DROP 掉 3. 所有送到本機的 ICMP 封包都會被拒絕, 並回送 icmp-port-unreachable 的封包 Iptables 指令的格式如下 : iptables[-t table] command [match] [target/jump] Iptables 會照 command 所指定的動作指定特定的規則到 table 表格 21

22 IPTables 指令 (3) 參數介紹 : 1. table: 指定 Filter NAT 及 Mangle 其中一個表格來設定規則或是動作, 不指定特定表格都是預設為 Filter 表格 2. command:command 指的是針對 iptables 的表格作指定的動作, 主要是新增規則到某個 Chain 中或是對於 Chain 的處理 22

23 IPTables 指令 (3) IPTablescommand 列表 23

24 IPTables 指令 (4) Iptables 額外 command 列表 24

25 IPTables 指令 (5) 3. match: 當遇到封包符合特定的狀況或是有特定的連線狀況發時的時候,iptables 的規則會產生作用 IP Tables generic match 列表 25

26 IPTables 指令 (6) IP Tables implicit match 列表 26

27 IPTables 指令 (7) IP Tables explicit match 列表 27

28 IPTables 指令 (8) 4. target/jump: 指定對封包或是連線所做的動作 IP Tables target/jump 列表 28

29 本機防火牆 (1) 本機防火牆 : 在不需要額外網路設備的狀況下, 使用 Netfilter 架構直接在 Linux 的伺服器上實作防火牆架設一台有兩個網路裝置的 Linux 主機, 一個網路埠提供網際網路的 www 和 mail( POP3,SMTP) 服務, 另外一個網路埠則是提供 telnet 服務供區域網路位址為 /24 的連線管理機制區網連線的埠是 eth0, 而網際網路的網路埠是 eth1 eth0 要開放 telnet ( port 23 ) 使用, 而 eth1 要開放 www ( port 80 ) mail( port 25 ) 及 POP3 ( 110 ) 29

30 本機防火牆 (2) 防火牆的設置 : 1. 拒絕所有的封包 : 禁止除了我們許可的連線之外任何通訊連線的的連線, 因此我們先預設拒絕掉所有的封包, 爾後再依照需求新增規則來開放通行指令 : iptables-p INPUT DROP iptables-p OUTPUT DROP iptables-p FORWARD DROP 30

31 本機防火牆 (2) 防火牆的設置 : 2. 開啟新的 Chain : 開啟兩個不同的 Chain, 命名為 mylan 和 mywan, 供區域網路以及網際網路兩個不同的介面使用並且設定一個提供允許連線的 Chain:allowed 指令 : iptables-n mylan iptables-n mywan iptables-n mylanback iptables-n mywanback iptables-n allowed 31

32 本機防火牆 (3) 3. 設定動作 : 先設定可以通過防火牆進入主機的連線類型第一行允許 SYN 封包, 也就是一開始建立連線的封包, 第二行允許的是 ESTABLISHED 和 RELATED 狀態的封包, 第三行則是將所有的 TCP 封包 DROP 掉, 也就是說, 當前兩行規則都不符合的時候, 就將封包 DROP 掉指令 : iptables-a allowed -p TCP --syn-j ACCEPT iptables-a allowed -p TCP -m state stateestablished,related -j ACCEPT iptables-a allowed -p TCP -j DROP 32

33 本機防火牆 (4) 4. 增加通行規則 : 接下來分別對網際網路和區域網路設定規則, 讓伺服器能提供服務第一行是區網 /24 的能連上 port 23 下面三行則是分別對網際網路開放 port 及 110 指令 : iptables-a mylan-p TCP -s /24 --dport23 -j allowed iptables-a mywan-p TCP -s 0/0 --dport25 -j allowed iptables-a mywan-p TCP -s 0/0 --dport80 -j allowed iptables-a mywan-p TCP -s 0/0 --dport110 -j allowed iptables-a mylanback-p TCP -d /24 --sport 23 -j allowed iptables-a mywanback-p TCP -d 0/0 --sport 25 -j allowed iptables-a mywanback-p TCP -d 0/0 --sport 80 -j allowed iptables-a mywanback-p TCP -d 0/0 --sport 110 -j allowed 33

34 本機防火牆 (5) 5. 加入 filter 表格中 : 在分別設定好兩個 Chain 之後, 我們開始將它加入 filter 表格中在下一頁的範例中, 防火牆的目的是為了過濾進出本機的封包, 因此, 我們只需要將它加入 filter 表格的 INPUT 和 OUTPUT Chain 中即可由於 www smtp POP3 及 telnet 等服務都是 TCP 連線, 因此對於 UDP 及 ICMP 封包為了避免意外狀況發生, 因此全都 DROP 掉 34

35 本機防火牆 (5) 指令 : iptables-a INPUT -p TCP -i eth0 -j mylan iptables-a INPUT -p TCP -i eth1 -j mywan iptables-a OUTPUT -p TCP -j mylanback iptables-a OUTPUT -p TCP -j mywanback iptables-a INPUT -p UDP -j DROP iptables-a INPUT -p ICMP -j DROP iptables-a OUTPUT -p UDP -j DROP iptables-a OUTPUT -p ICMP -j DROP 35

36 獨立的防火牆 (1) 獨立的防火牆 : 可以分為兩種, 一種是網際網路和區域網路的防火牆, 除了防火牆功能以外還有 NAT 的功能, 另外一種則是單純就當防火牆使用, 不做任何的位址轉換工作網路 A 為某公司的一般網路接在 eth1 上, 而網路 B 則是放置重要資料的資料庫主機群, 接在 eth2 上網路 B 裡面提供的服務主要是 port 2000~3000, 並設定讓 IP 位址為的主機能夠以 SSH 進到網路 B 中各主機的 port 22 做管理及設定的工作 36

37 獨立的防火牆 (2) 防火牆的設置 : 1. 啟動 Bridge 模式 : 為了讓 eth1 接收到的封包能夠轉傳送到 eth2 上, 必須先啟動 Bridge 模式 a. 新增一個 Bridge 介面, 並且取消掉 STP brctladdbrbr0 brctlstpbr0 off b. 將兩個要連接在一起的網路介面都接到 br0 上面 brctladdifbr0 eth1 brctladdifbr0 eth2 37

38 獨立的防火牆 (2) 防火牆的設置 : c. 將 eth1 和 eth2 原有的網路位址 down 下來, 以避免不必要的麻煩並且設定為這兩個網路的位址 ifconfigeth1 down ifconfigeth2 down ifconfigeth up ifconfigeth up 38

39 獨立的防火牆 (3) 2. 過濾器設定 : 開啟防火牆的 port 2000~3000 的連線, 並且讓能夠連線到各防火牆內的 port 22 a. 預設拒絕所有封包 : iptables-p INPUT DROP iptables-p OUTPUT DROP iptables-p FORWARD DROP b. 開啟新 Chain 並設定可進來連線的動作的類型 iptables-n Wall iptables-n allowed iptables-a allowed -p TCP --syn-j ACCEPT iptables-a allowed -p TCP -m state state ESTABLISHED, RELATED -j ACCEPT iptables-a allowed -p TCP -j DROP 39

40 獨立的防火牆 (4) c. 增加通行規則 : 讓從一般網路可以進到資料庫區的規則, 並且讓能夠連線到各防火牆內的 port 22 iptables-a Wall -p TCP -s /0 --dport2000:3000 -j allowed iptables-a Wall -p TCP -s dport22 -j allowed d. 加入 filter 表格中 iptables-a FORWARD -p TCP i eth1 -j Wall iptables-a FORWARD -p UDP -j DROP iptables-a FORWARD -p ICMP -j DROP 如此一來, 只進不出 40

41 獨立的防火牆 (5) 在 FORWARD Chain 的地方另外再加入從網路 B 能回到網路 A 的規則才能夠讓封包能進出防火牆 allowed Chain 不變, 修改指令如下 : # 增加新 Chain iptables-n inwall iptables-n backwall # 從 A 到 B iptables-a inwall-p TCP -s /0 -- dport2000:3000 -j allowed iptables-a inwall-p TCP -s dport22 -j allowed # 從 B 回 A iptables-a backwall-p TCP -d /0 -- sport2000:3000 -j allowed iptables-a backwall-p TCP -d sport22 -j allowed 41

42 獨立的防火牆 (6) # 在 eth1 加上網路 A 的進入 Chain,eth2 加上網路 B 的回去 Chain iptables-a FORWARD -p TCP i eth1 -j inwall iptables-a FORWARD -p TCP i eth2 -j backwall # 拒絕掉 UDP 及 ICMP 封包 iptables-a FORWARD -p UDP -j DROP iptables-a FORWARD -p ICMP -j DROP 注意 : 從 A 到 B 和從 B 回 A 的不同點在於允許的埠,A 到 B 是由一般網路對資料庫的 2000~3000 埠或某主機對 22 埠連線, 而 B 回 A 則是來源埠對 A 網路連過來主機的未知埠做連線 42

43 防火牆 IETF 定義防火牆的行為和需求 (RFC 2979) A firewall is a specially programmed router that sits between a site and the rest of the networks Network A Network B Firewall Server Network Linux Kernel / Firewall 43

44 防火牆種類過濾式 (Filter-based) firewalls 利用作業系統, 在 IP 層及傳輸層運作, 藉由檢查封包的 IP 表頭, 來決定該封包的路由 ( 放行 / 轉向 / 丟棄 / 拒絕 ), 而達到保護自身網路的功能優點 : 效能好控管性高成本低廉代理式 (Proxy-based) firewalls 針對每一種應用服務程式, 做代理伺服的工作,client 端與代理主機連接, 而非外部網路的主機, 但卻可使 client 端感覺他真的在取用外部網路的主機服務一樣優點 : 可確保資料的完整性, 只有特定的服務才會被交換, 並可針對其內容做過濾防毒, 可進行高階的存取控制 44

45 Ex: 1 單一 Linux 防火牆主機防火牆除了可以作為 Linux 本機的基本防護之外, 他還可以架設在路由器上面以管控整個區域網路的封包進出因此, 在這類的防火牆上頭通常至少需要有兩個介面, 將可信任的內部與不可信任的 Internet 分開, 所以可以分別設定兩塊網路介面的防火牆規則 45

46 由於防火牆是設定在所有網路封包都會經過的路由器上, 因此防火牆可以輕易掌控區域網路內的所有封包, 你只要管理這部防火牆主機, 就可以將來自 Internet 的不良網路封包抵擋掉即只要管理一部主機就能夠造福整的 LAN 裡面的 PC 46

47 Ex: 2 單一 Linux 防火牆, 但 LAN 內另設防火牆一般來說, 防火牆對於自己的 LAN ( 信任網域 ) 的防備不會很嚴格但最常聽到的入侵方法就是利用這樣的信任網域的漏洞! 因為不能保證所有使用企業內部電腦的使用者都是公司的員工, 也無法保證員工不會搞破壞另外, 由於某些外來訪客利用移動式裝置 ( 筆記型電腦 ) 連接到公司內部的無線網路來竊取企業內部的重要資訊 47

48 如果您有特別重要的部門需要更安全的保護網路環境, 那麼將 LAN 裡面再加設一個防火牆, 將安全等級分類, 那麼將會讓您的重要資料獲得更佳的保護 48

49 Ex: 3 在防火牆後端的主機設定將提供網路服務的伺服器放在防火牆後面 Web, Mail 與 FTP 都是透過防火牆連到 Internet 上面去, 所以, 這四部主機在 Internet 上面的 Public IP 都是一樣的只是透過防火牆的封包分析後, 將 WWW 的要求封包轉送到 Web 主機, 將 Mail 送給 Mail Server 去處理而已 ( 透過 port 的不同來轉遞 ) 49

50 50

51 因為四部主機在 Internet 上面看到的 IP 都相同, 但是事實上卻是四部不同的主機, 而當有攻擊者想要入侵您的 FTP 主機好了, 他使用各種分析方法去進攻的主機, 其實是防火牆那一部, 攻擊者想要攻擊您內部的主機, 除非他能夠成功的搞定您的防火牆, 否則就很難入侵您的內部主機由於主機放置在兩部防火牆中間, 內部網路如果發生狀況時 ( 例如某些使用者不良操作導致中毒啊被社交工程攻陷導致內部主機被綁架啊等等的 ), 是不會影響到網路主機的正常運作的 51

52 防火牆的使用限制防火牆並不能很有效的抵擋病毒或木馬程式假設已開放 WWW 的服務, 那麼 WWW 主機上, 防火牆一定要將 WWW 服務的 port 開放給 Client 端登入才行此時, 只要進入您的主機的封包是要求 WWW 資料的, 就可以通過您的防火牆但萬一 WWW 伺服器軟體有漏洞, 或者本身向您要求 WWW 服務的該封包就是病毒在偵測您的系統時, 防火牆是一點辦法也沒有防火牆對於來自內部 LAN 的攻擊較無承受力一般來說, 對於 LAN 裡面的主機都沒有什麼防火牆的設定, 因為是自己的 LAN( 視為信任網域 ) 對於內部的規則設定通常比較少, 所以若有內部員工對於網路誤用或濫用, 則防火牆對於來自內部 LAN 的攻擊較無承受力 52

53 Question 1. 為什麼我架設了防火牆, 我的主機還是可能中毒? 2. 請說明為何架設了防火牆, 我的主機還是可能被入侵? 入侵的依據可能是什麼方法? 3. 如果你的區網當中有個 PC 使用者老是連上 Internet 亂搞, 你想要將他的 IP 鎖住, 但他總是有辦法修改成其他 IP 來連外, 那你該怎麼辦? 讓他無法繼續連外? 53

54 Ref. Ans.: 1. 防火牆不是百毒不侵, 可能被病毒或木馬程式所入侵! 此外, 如果主機本身就已經提供了多個網路服務, 則當該網路服務的套件有漏洞時, 防火牆仍然無法克服該服務的漏洞因此仍然需要持續的進行主機的監視工作 2. 因為防火牆僅是抵擋某些不受歡迎的封包, 如果有開放 WWW 的服務, 則要求主機 port 80 的封包將可直接進入您的主機, 萬一 WWW 套件有漏洞時, 那麼就可能被入侵! 所以套件的更新很重要! 3. 可以利用封鎖網路卡卡號 MAC 來處理! 54

55 Homework #5 1. Question 11.7 (C) pp (25%) 2. Question 11.7 (E) pp (25%) 3. 如下圖,R1 與 R2 是具 firewall 的 router (R1 是主要的 firewall router), 解釋如何設定 R1 與 R2 使得外部網路可以 telnet 至 net 2, 但不能 telnet 至 net 1, 避免干擾, 我們亦不允許從 net 2 telnet 至 net 1 (25%) Net 1 Net 2 外部網路 R1 R2 4. 為什麼 IPS (Internet service provider) 要阻擋 (block) 某些向外的流量或封包?(25%) Note: (1) 請繳交手寫紙本作業 (2) Due date: 2007/01/02 9:20 55

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Microsoft Word - DIR-615_B2_Manual_1.00_T_.doc D-Link DIR-615 Wireless N Broadband Router DIR-615...4 DIR-615...6...7 DIR-615...10 IP...10 DIR-615...15 DIR-615...24 DIR-615...29 D-Link DWA-645 DIR-615...30 Windows XP SP2...32 Windows Vista...35 (1)