iptables原理剖析-优快云博客

iptables部分概念

本篇内容非原创，由本人整理，仅供学习之用。部分原博参见脚注。

1. 防火墙简介

防火墙是一种应用于网络上的过滤机制，从保护对象上可分为：主机防火墙、网络防火墙，从物理上可分为：硬件防火墙、软件防火墙

对象分类
- 主机防火墙：针对于单个主机进行防护
- 网络防火墙：往往部署于网络边界，对流入以及流出的流量进行过滤
物理分类
- 硬件防火墙：拥有经过特别设计的硬件及芯片，性能高、成本高
- 软件防火墙：应用软件处理逻辑运行于通用硬件平台之上的防火墙，性能低、成本低

2. firewalld和iptables的异同

同：firewalld 与 iptables 都是 Linux 中防火墙的管理程序，但其实其角色主要为对于防火墙策略的管理，真正的防火墙执行者是位于内核中的 Netfilter，因此iptables防火墙应该称为netfilter/iptables防火墙。
异：
- iptables 仅能通过命令行进行配置；而 firewalld提供了图形接口，类似windows防火墙的操作方式
- iptables 每一个单独更改意味着清除所有旧的规则，并从 /etc/sysconfig/iptables 中读取所有新的规则；
  而 firewalld 在有规则变动后，可以仅仅运行规则中的不同之处，即在 firewalld 运行时间内，改变设置时可以不丢失现行链接
- iptables 的配置文件在 /etc/sysconfig/iptables 中；
  而 firewalld 的配置文件在 /usr/lib/firewalld/ 和 /etc/firewalld/ 中的各种 XML 文件中
- iptables 没有守护进程，并不能算是真正意义上的服务；而 firewalld 有守护进程

3.iptables基础

iptables 准确来讲并不是防火墙，真正的防火墙是运行于系统内核中的 netfilter，而 iptables 仅仅是 netfilter 的代言人，其所负责的主要功能便是与用户交互，获取到用户的要求，并转化成 netfilter 可以接受的信息。

防火墙的实现机制
防火墙的核心处理机制是过滤，而说到过滤，就必须具有“条件 & 动作”这两个关键要素，而在 iptables 中，这两种要素分别叫做“rule & target”，可以理解成符合 rule 的流量将会去往 target。
匹配规则的要素
防火墙的处理对象是网络流量，而对于网络流量来讲，标识流量的最重要的信息便是五元组，包括：S_IP, S_PORT, D_IP, DI_PORT, TCP/UDP iptables常用的也往往是根据五元组中的某个或某些要素进行过滤
iptables策略
一般提到的iptables是netfilter/iptables框架中运行在用户空间的应用软件。它通过控制内核控件中的netfilter模块，来管理网络数据包的流动和转送。其中最核心的是定义iptables的策略。iptables策略是由一组有序的规则建立的，告诉内核如何处理数据包。iptables的概念从小到大是：iptables - 表 - 链 - 规则。

3.1 链

3.1.1 什么是链

为实现报文的安全传输，屏蔽某些攻击；或是转换报文的源、目标地址，内核开发者在5个精心选择的位置开发了钩子函数（即netfilter功能模块），用于实现在不同位置检查、处理流经的网络报文。相当于路上的卡点。
就是从报文进入到报文离开这整个期间，计算机处理报文的关键环节。
就好比污水处理厂，污水进入前得处理一下，进入后得沉淀一下，送回时又得进行一些处理，那么这3个节点就是关键环节。

3.1.2 为什么叫链

因为防火墙是对报文进行规则匹配，然后执行相应动作。但在关键环节上，往往不止一条规则，而是有大量的规则，而且这些规则都是按顺序排列的，待匹配的报文需要按顺序一个一个规则的进行匹配，直到匹配到一条规则为止，所以在每个关键环节上的匹配过程，就像是一条有顺序的链。
好比污水处理厂，必须在个别关键环节部署处理措施，比如在进入废水厂时，先进行一批处理。处理可能包括粗滤、细滤等各种方式，而且各种方式不能随意排列，必定是按照一定的顺序依次进行，比如先粗滤，再细滤。

3.1.3 链的种类及位置

iptables就是在以下链上定义规则的工具。
在netfilter/iptables框架中，在内核控件定义的5个位置以及对应规则链：

链	位置
PREROUTING	数据包刚刚进入网络层的位置
INPUT	经路由判断，数据包从内核流入本机用户空间的位置
OUTPUT	数据包从本机用户空间进程发出的位置，后接路由判断出口的网络接口
FORWARD	经路由判断，数据包不进入本机用户空间，只是进行转发的位置
POSTROUTING	数据包将通过网络接口出去的位置

记住，链其实就是报文处理的重要环节，所以很容易就得出有以下两个重要环节：

INPUT：进入主机
OUTPUT：离开主机

但还有一种复杂的情况，就是报文的目标并不是本主机，而只是借道本主机，希望通过本主机去往下一台主机。
就好比我们的这个污水处理厂只处理生活污水，并不具备能力可以完全处理工业污水，但是政府又要求我们要对工业污水进行一下简单的处理，之后再传送给工业污水处理厂。那么就容易得出以下三个重要环节（链）：

PREROUTING：路由前
FORWARD：转发
POSTROUTING：路由后

3.1.4 链生效的时机

链	生效时机
PREROUTING	报文到达主机网卡的一刹那，就会被主机的PREROUTING链上的规则检查
INPUT	经过PREROUTING的报文，之后进行路由选择。如果是要发给主机某进程的报文，则经过INPUT链上定义的规则检查
OUTPUT	主机要发送给其他主机的报文（不论是响应对方还是向对方主动发），首先经过OUTPUT链
FORWARD	经过PREROUTING的报文，进行路由选择。如果是要发给其他主机的报文，则经过FORWARD链上定义的规则检查
POSTROUTING	在本机报文发送出主机前一刹那，经过POSTROUTING链上的规则检查

下面的图中，红色箭头表示报文流入流程，绿色箭头表示报文转发流程，蓝色箭头表示报文流出流程。
为了便于理解，使用双网卡，但事实上PREROUTING、POSTROUTING与具体的网卡无关，就算只有一张网卡，流入的报文还是会第一时间被PREROUTING检查。
这里写图片描述

3.1.5 自定义链

上述5个链成为内置链。
还可根据需要自定义链，自定义链上的规则无法直接生效，要被某个内置链引用才可以。
创建自定义链：iptables -N CHAIN_NAME
调用格式：iptables …… -j CHAIN_NAME
这样做的目的，就是可以把某一类规则定义于一个自定义链中，从而可以一并引用或一并删除，而不用逐条规则处理。

3.2 表

3.2.1 什么是表

在每个链上都有一堆规则，但是部分规则是相似的，那我们把一些实现相同功能的规则放在一起，就能轻松的完成复用了。
好比污水处理厂，粗滤、细滤基本上是好多关键环节都要用到的，那何不将粗滤网与细滤网直接封装到一根管子里，要用的时候，直接整根管子接上去就能一次实现两个功能，岂不方便？

3.2.2 有哪些表

表名	内核模块	介绍
filter	iptables_filter	用于按规则过滤报文
nat	iptable_nat	用于地址转换
mangle	iptable_mangle	用于修改报文中的部分信息，拆解报文，进行修改，重新封装
raw	iptable_raw	关闭 nat 表上启用的连接追踪机制

|security | - | 暂不介绍 |

3.3 链与表

3.3.1 iptables各表定义规则的链

表	可定义规则链
filter	INPUT、FORWARD、OUTPUT
nat	PREROUTING、INPUT、OUTPUT、POSTROUTING
mangle	PREROUTING、INPUT、FORWARD、OUTPUT、POSTROUTING
raw	PEROUTING、OUTPUT

3.3.2 优先级

有的链上可定义多个表的规则。
如果多个表的规则出现在同一链上，生效次序：

raw > mangle > nat > filter

在同一链上可定义多条同一表的规则（比如filter表），这些规则是自上而下依次匹配，如果找到匹配到的规则，则按此规则处理，后续规则不再匹配。

3.4 规则

规则主要包含两部分：条件、动作

3.4.1 匹配条件

iptables 主要是通过网络流量的五元组（某个或某些）来进行匹配，包括：

要素	名称
S_IP	源IP
S_PORT	源端口
D_IP	目的IP
D_PORT	目的端口
TCP/UDP	四层协议

3.4.2 处理动作

iptables 中称为 target，用于在数据包匹配一条规则时触发的一个动作。

动作	含义
ACCEPT	允许数据包通过
DROP	直接丢弃数据包。不回应任何信息，客户端只有当该链接超时后才会有反应
REJECT	拒绝数据包。会给客户端发送一个响应的信息
REDIRECT	在本机做端口映射
LOG	在 /etc/log/messages 中留下记录，但并不对数据包进行任何操作
RETURN	在调用链中继续处理数据包
SNAT	源 NAT，解决私网用户用同一个公网 IP 上网的问题
MASQUERADE	地址伪装。作用也是源地址转换，用于在转换成的地址不确定时使用。是 SNAT 的一种特殊形式，适用于动态的、临时会变的 IP 上
DNAT	目的 NAT，解决私网服务端，接收公网请求的问题

3.4.3 通用处理动作

处理动作	意义	子选项
LOG	把匹配到的报文信息记录日志（/var/log/messages）	–log-level，定义日志级别，就和httpd的类似
-	-	–log-prefix，在每条日志前添加一些字符用于提示，最多不超过29字母
RETURN	返回调用链

默认情况下自定义链的最后一条规则就是执行RETURN动作，使得没有规则匹配到时，能返回调用它的链。