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详解iptables规则

欢马劈雪

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iptables规则

下图为数据包到达linux主机网卡后，内核如何处理数据包的大致流程

什么是规则

规则是管理员对数据包制定的一种触发机制，即当数据包达到某种条件，就执行指定的动作。
条件：可以是数据包源地址、目的地址、协议等
动作：可以是拒绝、接受、丢弃等；详细介绍见下表

动作说明
ACCEPT将封包放行，进行完此处理动作后，将不再比对其它规则，直接跳往下一个规则链（nat:postrouting）
REJECT拦阻该封包，并传送封包通知对方，可以传送的封包有几个选择：ICMP port-unreachable、ICMP echo-reply 或是 tcp-reset（这个封包会要求对方关闭联机），进行完此处理动作后，将不再比对其它规则，直接 中断过滤程序。
DROP丢弃封包不予处理，进行完此处理动作后，将不再比对其它规则，直接中断过滤程序。
MASQUERADE改写封包来源 IP 为防火墙 NIC IP，可以指定 port 对应的范围，进行完此处理动作后，直接跳往下一个规则炼（mangle:postrouting）。这个功能与 SNAT 略有不同，当进行 IP 伪装时，不需指定要伪装成哪个 IP，IP 会从网卡直接读取，当使用拨接连线时，IP 通常是由 ISP 公司的 DHCP 服务器指派的，这个时候 MASQUERADE 特别有用。
SNAT改写封包来源 IP 为某特定 IP 或 IP 范围，可以指定 port 对应的范围，进行完此处理动作后，将直接跳往下一个规则炼（mangle:postrouting）。
DNAT改写封包目的地 IP 为某特定 IP 或 IP 范围，可以指定 port 对应的范围，进行完此处理动作后，将会直接跳往下一个规则炼（filter:input 或 filter:forward）。
MARK将封包标上某个代号，以便提供作为后续过滤的条件判断依据，进行完此处理动作后，将会继续比对其它规则。
RETURN结束在目前规则炼中的过滤程序，返回主规则炼继续过滤，如果把自订规则炼看成是一个子程序，那么这个动作，就相当于提早结束子程序并返回到主程序中。

使用iptables命令写入规则示例：

iptables -t filter -A INPUT -i eth0 -p tcp -s 192.168.1.0/24 -m multiport --dports 443,80 -j ACCEPT
#-t：操作那个表
#-A：在表末追加规则；-I为表首插入规则、-D为删除规则
#INPUT：链名称；该规则在那条链上生效
#-j：数据包处理动作；比如接受、拒绝等

整条命令解释：允许经过本机网卡eth0，访问协议是TCP，源地址是192.168.1.0/24 段的数据包访问本地端口是80和443的服务

什么是表

表主要用来存放具体的防火墙规则，而规则具有功能性，比如修改数据包源/目的ip、拒绝来自某个网段的数据包访问本机等；所以我们可以对规则进行分类，不同的功能存入不同的表

  • raw表：主要用于决定数据包是否被状态跟踪机制处理
  • mangle表：主要用于拆解报文修改数据包的 IP 头信息
  • nat表：主要用于修改数据包的源地址和目的地址、端口号等信息(实现网络地址转换，如SNAT、DNAT、MASQUERADE、REDIRECT)。
  • filter表：主要用于对过滤流入和流出的数据包，根据具体的规则决定是否放行该数据包
  • security 表：最不常用的表，用在 SELinux 上；用于强制访问控制（MAC）网络规则，由Linux安全模块（如SELinux）实现
    其中nat表和filter表最常用

什么是链

上文提到表主要存放具体的规则，但是规则什么时候生效呢？比如客户端访问VIP，数据包到达本机后必须先用DNAT(网络地址转换)将vip转换成实际的后端实例ip，然后才能路由判断，因为后端实例可能有多个且分布在不同主机，直接用vip进行路由判断肯定是不行的。所以规则有生效时机，根据生效时机可以分为：

  • PREROUTING：在数据包到达防火墙时，进行路由判断之前执行的规则
  • INPUT：路由判断之后确定数据包流入本机，应用其规则
  • FORWARD：路由判断之后确定数据包要转发给其他主机，应用其规则；linux主机需要开启ip_forward功能才支持转发，在/etc/sysctl.conf文件中配置参数net.ipv4.ip_forward=1
  • OUTPUT：本机应用向外发出数据包时，应用其规则
  • POSTROUTING：在数据包离开防火墙时进行路由判断之后执行的规则
    在每条链中，规则按照从上到下的顺序进行匹配，当一个数据包与某个规则匹配成功后，就会按照该规则的动作进行处理，并且后续的规则将不再被考虑。

表、链、规则三者的关系是什么

表是区分相同链的上下顺序，规则在每条链中的上下顺序确定规则执行顺序：

  • 如果规则来自不同表，通过表的优先级确定链的优先级： 比如完整的PREROUTING链中有来自raw表、mangle表、nat标的PREROUTING链规则，通过表优先级 （raw>mangle>nat>filter>security） 区分优先级。所以一个报文发送到某台虚拟机后，被虚拟机网卡接收，会进入的虚拟机网络协议栈处理，先经过PREROUTING链处理，具体来说先走raw表的PREROUTING规则、再走mangle表、最后在走nat表PREROUTING规则。
  • 如果规则来自同一个表，则按规则插入表的顺序自上而下。

数据报文进/出节点经过哪些规则

  • 对于客户端来说，发送报文过程
    先进入OUTPUT链处理（raw、mangle、nat、filter、security表对应的PREROUTING规则依次匹配），如果没有被拦截则根据路由选择出网口，再进入POSTROUTING链处理(mangle、nat表对应的POSTROUTING规则依次匹配)，最后从网卡出去
  • 对于服务端来说，发送报文过程
    先进入PREROUTING链处理(raw、mangle、nat表对应的PREROUTING规则依次匹配)，根据路由判断数据报文发给本机，报文进入INPUT链处理(mangle、nat、filter、security表对应的INPUT规则依次匹配),如果没有被拦截则报文被应用程序处理
  • 对于转发场景，发送报文过程
    先进入PREROUTING链处理(raw、mangle、nat表对应的PREROUTING规则依次匹配)，根据路由判断数据报文不是发给本机，报文进入FORWARD链处理(mangle、filter、security表对应的FORWARD规则依次匹配)，如果没有被拦截则进入POSTROUTING链处理(mangle、nat表对应的POSTROUTING规则依次匹配)，最后从网卡出去
    *补充：转发场景需要Linux开启转发功能，否则数据报文进入FORWARD链直接丢弃；临时开启执行命令sysctl net.ipv4.ip_forward=1或者echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward；永久生效需要修改/etc/sysctl.conf，增加内容net.ipv4.ip_forward = 1保存，再执行命令：sysctl -p

NAT(网络地址转换)介绍

NAT应用最广的场景就是解决局域网内设备访问互联网的问题。
SNAT（源地址转换） 主要用于修改数据包的源IP和源端口，一般在nat表的PREROUTING链中增加规则：局域网内所有设备要上外网，如果每个设备都分配一个公网ip成本太大，可以在路由器出口分配一个公网ip，局域网内的设备访问外网时统一走路由器出口，路由器此时需要做两件事：

  1. 数据包从出口出去之前，将数据包的源地址和源端口改成公网ip和随机端口
  2. 同时将转换关系记录保存，响应数据包返回时根据记录转发给局域网内的设备

SNAT示例：

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