Linux防火墙（一）

Linux防火墙

一、Linux防火墙基础

Linux的防火墙体系主要工作在网络层，针对TCP/IP数据包实施过滤和限制，属于典型的包过滤防火墙（或称为网络层防火墙）。Linux系统的防火墙体系基于内核编码实现，具有非常稳定的性能和极高的效率。

netfilter和iptables都用来值Linux防火墙，主要区别为：

• netfiltle：指的是Linux内核中实现包过滤防火墙的内部结构，不以程序或文件的形式存在，属于”内核态“（kernel space，又称为内核空间）的防火墙功能体系。

• iptables：指的是用来管理Linux防火墙的命令程序，通常位于/sbin/iptables目录下，属于”用户态“（user space，又称为用户空间）的防火墙管理体系。

1、iptables的表、链结构

iptables的作用是为包过滤机制的实现提供规则（或称策略）通过不同的规则，告诉netfilter对于来自某些源、前往某些目的地或者具有某些协议特征的数据包应该如何处理。iptables采用了”表“和”链“的分层结构如下：

1）规则表

根据规则集的不同用途，iptables管理着四个不同的规则表，其功能分别由独立的内核模块实现。这四个表的名称、包含的链以及各自用途为：

• filter表：filter表用来对数据包进行过滤、根据具体的规则要求决定如何处理一个数据包。filter表对应的内核模块为iptable_filter，表内包含INPUT、FORWARD、OUTPUT三个链。
• nat表：nat（network address translation，网络地址转换）表主要用来修改数据包的IP地址、端口等信息。nat表对应的内核模块为iptable_nat，表内包含PREROUTING、POSTROUTING、OUTPUT三个链。
• mangle表：mangle表用来修改数据包的TOS（type of service，服务类型）、TTL（time to live，生存周期）、或者为数据包设置mark标记，从而实现流量整形、策略路由等高级应用。mangle表对应的内核模块为iptable_mangle，表内包含PREROUTING、POSTROUTING、INPUT、OUTPUT、FORWARD五个表。
• raw表：raw表是自1.2.9以后版本的iptables新增的表，主要用来决定是否对数据包进行状态追踪。raw表对应的内核模块为iptables_raw，表内包含OUTROUTING、PREROUTING两个链。

2）规则链

处理各种数据包时，根据防火墙规则的不同介入时机，iptables默认划分为五种不同的规则链如下：

• INPUT链：当接收到访问防火墙本机地址的数据包（入站）时，应用此链中的规则。
• OUTPUT链：当防火墙本机向外发送数据包（出站）时，应用此链中的规则。
• FORWARD链：当接收到需要通过防火墙中转发给其他地址的数据包（转发）时，应用此链中的规则。
• PREROUTING链：在对数据包做路由选择之前，应用此链中的规则。
• POSTROUTING链：在对数据包做路由选择之后，应用此链中的规则。

2、数据包过滤的匹配流程

1）规则表之间的顺序

当数据抵达防火墙时，将依次应用raw表、mangle表、nat表和filter表中对应链内的规则（如果存在），应用顺序为raw→mangle→nat→filter。

2）规则链之间的顺序

根据规则链的划分原则，不同链的处理时机是比较固定的，因此规则链之间的应用顺序取决于数据包的流向如图：

• 入站数据流向：来自外界的数据包到达防火墙后，首先被PREROUTING链处理（是否修改数据包地址等），然后进行路由选择（判断该数据包应发往何处）；如果数据包的目标地址是防火墙本机（如internet用户访问网关的web服务端口），那么内核将其传递给INPUT链进行处理（决定是否允许通过等），通过以后再交给系统上层的应用程序（如httpd服务器）进行响应。
• 转发数据流向：来自外界的数据包到达防火墙后，首先被PREROUTING链处理，然后再进行路由选择；如果数据包的目标地址是其他外部地址（如局域网用户通过网关访问QQ服务器），则内核将其传递给FORWARD链处理（允许转发或拦截、丢弃），最后交给POSTROUTING链进行处理（是否修改数据包的地址等）。
• 出站数据流向：防火墙本机向外部地址发送的数据包（如再防火墙主机测试公网DNS服务时），首先被OUTPUT链处理，然后进行路由选择，再交给POSTROUTING链进行处理（是否修改数据包的地址等）。

3）规则链内部各条防火墙规则之间的顺序

当数据包经过每条规则链时，依次按第一条规则、第二条规则…的顺序进行匹配和处理。链内的过滤遵循”匹配即停止“的原则，一旦找到一条相匹配的规则（使用log日志操作的规则除外），则不再检查本链内的后续的其他规则。如果对比整个链后仍无法匹配到相应规则，就按照该规则链的默认策略进行处理。

二、编写防火墙规则

1、基本语法、数据包控制类型

使用iptables命令可以管理、编写防火墙规则，其基本的命令格式为：

​ iptables [-t 表名] 管理选项 [链名] [匹配条件] [-j 控制类型]

其中，表名、链名用来指定iptables命令所操作的表和链，未指定表名时默认使用filter表；管理选项表示iptables规则的操作方式，如插入（I；insert）、增加（A；append）、删除（D，delete）、查看等；匹配条件用来指定要处理的数据包的特征，不符合指定条件的数据包将不会被处理；控制类型指的是数据包的处理方式，如允许（ACCEPT）、拒绝（REJECT)、丢弃（DROP）等。

在iptables防火墙体系中，最常用的集中控制类型为：

• ACCEPT：允许数据包通过。

• DROP：直接丢弃数据包，不给出任何回应信息。

• REJECT：拒绝数据包通过，必要时会给数据发送端一个响应信息。

• LOG：在/var/log/messages文件中记录日志信息，然后将数据包传递给下一条规则。防火墙规则的“匹配即停止”对于LOG操作来说是一个特例，因为LOG只是一种辅助动作，并没有真正的处理数据包。

  例如：在filter表（-t filter）的INPUT链中插入（-I）一条规则，拒绝（-j REJECT）发送给本机的使用ICMP协议的数据包（-p icmp），其命令为“iptables -t filter -I INPUT -p icmp -j REJECT”，这会导致其他主机无法ping通本机。

2、添加、查看、删除规则等基本操作

iptables命令中擦好用的几个管理选项有如下：

• -A：在指定链的末尾添加（-append）一条新的规则。

• -D：删除（delete）指定链中的某一条规则，可指定规则序号或者具体内容。

• I：在指定链中插入（insert）一条新的规则，未指定序号时默认作为第一条规则。

• -R：修改、替换（replace）指定链中的某一条规则，可指定规则序号或具体内容。

• -L：列出（list）指定链中的所有规则，如未指定链名，则列出表中的所有链。

• -F：清空（flush）指定链中的所有规则，如未指定链名，则清空表中的所有链。

• -n：使用数字形式（nuberic）显示输出结果，如显示IP地址而不是主机名。

• -v：查看规则时列表显示详细（verbose）的信息。

• -h：查看命令帮助信息（help）。

• –line-numbers：查看规则表时，同时显示规则在链中的顺序号。

1）添加新的规则

添加新的防火墙规则时，使用管理选项”-A“、”-I“，前者用来追加规则，后者用来插入规则。例如在filter表INPUT链末尾添加一条防火墙规则，可以执行操作 ”iptables -t filter -A INPUT -p tcp -j ACCEPT"

当使用管理选项“-I”时，允许同时指定新添加规则的顺序号，未指定顺序号时默认作为第一条，例如，下面操作添加的两条规则将分别位于filter表的第一条、第二条（省略-t filter选选项，默认使用filter表）。

2）查看规则列表

查看已有的防火墙规则时，使用管理选项“-L”，结合“–line-numbers"选项还可以显示各条规则在链内的顺序号。例如查看filter表的INPUT链中所有规则，并显示所有顺序号，可以执行下面操作：

当防火墙规则较多时，以数字形式显示地址和端口信息，能够减少地址解析的环节，从而加快命令的处理速度，例如，以数字地址形式查看filter表INPUT链中的所有规则，可以执行如下操作：

3）删除、清空规则

删除一条防火墙规则时，使用管理选项“-D”，例如，若要删除filter表INPUT链中的第三条规则，可以执行如下操作：

清空指定链或表中的所有防火墙规则，使用管理选项“-F”。例如，清空filter表INPUT链中所有规则，执行如下操作：

使用管理选项“-F”时，省略链名而清空指定表所有链的规则。例如“iptables -F”清空filter表中所有链规则、“iptables -t nat -F”清空nat表中所有链规则、“iptables -t mangle -F”清空mangle表中所有链规则。

4）设置默认策略

iptables的各条链中，默认策略是规则匹配的最后一个环节–当找不到任何一条能够匹配数据包的规则时，则执行默认策略。默认策略的控制类型为ACCEPT（允许）、DROP（丢弃）两种。例如执行以下操作可以将filter表中FORWARD链的默认策略设为丢弃，OUTPUT链的默认策略设为允许：

使用管理选项“-F”清空链时，默认策略不受影响。修改默认策略必须通过管理选项“-P”重新进行设置。同时默认策略并不参与链内规则的顺序编排，因此在其他规则之前或之后设置并无区别。

3、规则的匹配条件

在编写防火墙规则时，匹配条件的设置骑着决定性的作用。对于同一条防火墙规则，可以指定多个匹配条件，表示这些条件全部满足才会生效。根据数据包的各种特征，结合iptables的模块结构，匹配条件的设置包括三大类：通用匹配、隐含匹配和显式匹配。

1）通用匹配

通用匹配也成为常规匹配，这种匹配方式可以独立使用，不依赖于其他条件或扩展模块。常见的通用匹配包括协议匹配、地址匹配、网络接口匹配。

①协议匹配

编写iptables规则时使用“-p 协议名的形式指定，用来检查数据包所使用的网络协议（–protocol），如tcp、udp、icmp和all（针对所有IP数据包）等。可用的协议类型存放于Linux系统的/etc/protocols文件中。

例如，若要丢弃通过icmp协议访问防火墙本机的数据包，允许转发经过防火墙的除icmp协议之外的数据包，可以执行下面操作：

②地址匹配

编写iptables规则时使用“-s 源地址”或“-d 目标地址”的形式指定，用来检查数据包的源地址（–source)或目标地址（–destination）。IP地址、网段地址等都是可以接受的，但不建议使用主机名、域名地址（解析过程影响效率）。例如，如要拒绝转发源地址为192.168.10.145的数据，允许转发源地址位于192.168.5.0/24网段的数据，可以执行下列操作：

当遇到小规模的网络扫描或攻击时，封锁IP地址是比较有效的方式。例如，检测到来自10.20.30.0/24网段的频繁扫描、登录穷举等不良企图，可以执行命令如下命令，添加防火墙规则进行封锁。

③网络接口匹配

编写iptables规则时使用“-i 接口名”和“-o 接口名“的形式，用于检查数据包从哪一个接口进入或发出，分别对应入站网卡（–in–interface）、出站网卡（–out-interface)。例如，若要丢弃从外网接口eth1访问防火墙本机且源地址为私有地址的数据包，可以执行下列操作：

2）隐含匹配

隐含匹配需要结合已指定的协议匹配作为前提条件，无法独立使用。常见的隐含匹配包括端口匹配、TCP标记匹配、ICMP类型匹配。

①端口匹配

编写iptables规则时使用”–sport 源端口"或“-dport 目标端口”的形式，针对的协议为TCP或UDP，用来检查数据包的源端口（–source-port)或目标端口（–destination-port)。单个端口号或者以冒号“：”分隔的端口范围都是可以接受的，但不连续的多个端口不能采用这种方式。

例如，允许网段为192.168.10.0/24转发DNS查询数据包，可以执行操作：

再例如，构建vsftpd服务器时，若要开发20、21端口，以及用于被动模式的端口范围为24500~24600，可以执行下面操作：

②ICMP匹配

编写iptables规则时使用”–icmp-type ICMP 类型“的形式，针对的协议为ICMP，用来检查ICMP数据包的类型（–icmp-type)。ICMP类型使用字符串或数字代码表示：”Echo-Request“代码为8；”Echo-Reply“代码为0；”Destination-Unreachable“代码为3，分别对应ICMP协议的请求、回显、目标不可达。例如，若要禁止从其他主机ping本机，但是允许本机ping其他主机，执行下列操作：

3）显式匹配

显式匹配要求有额外的内核模块提供支持，必须手动以”-m 模块名称“的形式调用相应的模块，然后方可设置匹配条件。添加了带显式匹配条件的规则后，可以执行”lsmod | grep xt_"命令查看到相关的内核扩展模块。

常见的显式匹配包括多端口匹配、IP范围匹配、MAC地址匹配、状态匹配。

①多端口匹配

编写iptables规则时使用”-m multiport–dports 端口列表“、”-m multiport–sports 端口列表“的形式，用来检查数据包的源端口、目标端口，多个端口之间以逗号进行分隔。

例如，若要允许本机开放25、80、110、143端口，以便提供电子邮件服务，可以执行操作：

②IP范围匹配

编写iptables规则时使用”-m iprange --src-range IP范围“、”-m iprange --dst-range IP范围“的形式，用来检查数据包的源地址、目标地址，其中IP范围采用“起始地址-结束地址”的形式表示。

例如，若要禁止转发源IP地址位于192.168.10.150与192.168.10.160之间的TCP数据包，可以执行操作：

③MAC地址匹配

编写iptables规则时使用“-m mac --mac-source MAC地址”的形式，用来检查数据包的源MAC地址。由于MAC地址本身的局限性，禁止其访问主机的任何应用，可以执行操作：

④状态匹配

编写iptables规则时使用“-m state --state 连接状态”的形式，基于iptables的状态跟踪机制用来检查数据包的连接状态（State）。常见的连接状态包括NEW（与任何连接无关的）、ESTABLISHED（响应请求或者已建立连接的）和RELATED（与已有连接有相关性的，如FTP数据连接）。

例如，若要禁止转发与正常TCP连接无关的非–syn请求数据包（如伪造的网络攻击数据包），可以执行以下操作：

三、小结

• filter是实现包过滤防火墙功能的内核机制，iptables是管理防火墙规则的用户态工具。
• iptables的规则体系默认包括四个表（filter、nat、raw、mangle）和五种链（INPUT、OUTPUT、FORWARD、PREROUTING、POSTROUTING）。
• 表的匹配顺序为raw→mangle→nat→filter；链的匹配顺序取决于具体的数据流向；链内的规则遵循“匹配即停止”的原则，但LOG操作除外。
• iptables规则的匹配条件类型包括通用匹配、隐含匹配、显式匹配，其中显式匹配必须以“-m 模块名称”加载模块。