Iptables 概念详解

川长思鸟来 2023-03-01 10:27 164阅读 0赞

## 防火墙相关概念 ##

此处先描述一些相关概念。

从逻辑上讲。防火墙可以大体分为主机防火墙和网络防火墙。

主机防火墙：针对于单个主机进行防护。

网络防火墙：往往处于网络入口或边缘，针对于网络入口进行防护，服务于防火墙背后的本地局域网。

网络防火墙和主机防火墙并不冲突，可以理解为，网络防火墙主外（集体）， 主机防火墙主内（个人）。

从物理上讲，防火墙可以分为硬件防火墙和软件防火墙。

硬件防火墙：在硬件级别实现部分防火墙功能，另一部分功能基于软件实现，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。

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables]

那么在此处，我们就来聊聊Linux的iptables

**iptables**其实不是真正的防火墙，我们可以把它理解成一个客户端代理，用户通过iptables这个代理，将用户的安全设定执行到对应的"安全框架"中，这个"安全框架"才是真正的防火墙，这个框架的名字叫**netfilter**

** **

netfilter才是防火墙真正的安全框架（framework），netfilter位于内核空间。

iptables其实是一个命令行工具，位于用户空间，我们用这个工具操作真正的框架。

netfilter/iptables（下文中简称为iptables）组成Linux平台下的包过滤防火墙，与大多数的Linux软件一样，这个包过滤防火墙是免费的，它可以代替昂贵的商业防火墙解决方案，完成封包过滤、封包重定向和网络地址转换（NAT）等功能。

Netfilter是Linux操作系统核心层内部的一个数据包处理模块，它具有如下功能：

网络地址转换(Network Address Translate)

数据包内容修改

以及数据包过滤的防火墙功能

所以说，虽然我们使用service iptables start启动iptables"服务"，但是其实准确的来说，iptables并没有一个守护进程，所以并不能算是真正意义上的服务，而应该算是内核提供的功能。

## iptables基础 ##

我们知道iptables是按照规则来办事的，我们就来说说规则（rules），规则其实就是网络管理员预定义的条件，规则一般的定义为"如果数据包头符合这样的条件，就这样处理这个数据包"。规则存储在内核空间的信息包过滤表中，这些规则分别指定了源地址、目的地址、传输协议（如TCP、UDP、ICMP）和服务类型（如HTTP、FTP和SMTP）等。当数据包与规则匹配时，iptables就根据规则所定义的方法来处理这些数据包，如放行（accept）、拒绝（reject）和丢弃（drop）等。配置防火墙的主要工作就是添加、修改和删除这些规则。

这样说可能并不容易理解，我们来换个容易理解的角度，从头说起.

当客户端访问服务器的web服务时，客户端发送报文到网卡，而tcp/ip协议栈是属于内核的一部分，所以，客户端的信息会通过内核的TCP协议传输到用户空间中的web服务中，而此时，客户端报文的目标终点为web服务所监听的套接字（IP：Port）上，当web服务需要响应客户端请求时，web服务发出的响应报文的目标终点则为客户端，这个时候，web服务所监听的IP与端口反而变成了原点，我们说过，netfilter才是真正的防火墙，它是内核的一部分，所以，如果我们想要防火墙能够达到"防火"的目的，则需要在内核中设置关卡，所有进出的报文都要通过这些关卡，经过检查后，符合放行条件的才能放行，符合阻拦条件的则需要被阻止，于是，就出现了input关卡和output关卡，而这些关卡在iptables中不被称为"关卡",而被称为"链"。

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables 1]

其实我们上面描述的场景并不完善，因为客户端发来的报文访问的目标地址可能并不是本机，而是其他服务器，当本机的内核支持IP\_FORWARD时，我们可以将报文转发给其他服务器，所以，这个时候，我们就会提到iptables中的其他"关卡"，也就是其他"链"，他们就是  "路由前"、"转发"、"路由后"，他们的英文名是

PREROUTING、FORWARD、POSTROUTING

也就是说，当我们启用了防火墙功能时，报文需要经过如下关卡，也就是说，根据实际情况的不同，报文经过"链"可能不同。如果报文需要转发，那么报文则不会经过input链发往用户空间，而是直接在内核空间中经过forward链和postrouting链转发出去的。

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables 2]

所以，根据上图，我们能够想象出某些常用场景中，报文的流向：

到本机某进程的报文：PREROUTING --> INPUT

由本机转发的报文：PREROUTING --> FORWARD --> POSTROUTING

由本机的某进程发出报文（通常为响应报文）：OUTPUT --> POSTROUTING

## 链的概念    ##

现在，我们想象一下，这些"关卡"在iptables中为什么被称作"链"呢？我们知道，防火墙的作用就在于对经过的报文匹配"规则"，然后执行对应的"动作",所以，当报文经过这些关卡的时候，则必须匹配这个关卡上的规则，但是，这个关卡上可能不止有一条规则，而是有很多条规则，当我们把这些规则串到一个链条上的时候，就形成了"链",所以，我们把每一个"关卡"想象成如下图中的模样  ，这样来说，把他们称为"链"更为合适，每个经过这个"关卡"的报文，都要将这条"链"上的所有规则匹配一遍，如果有符合条件的规则，则执行规则对应的动作。

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables 3]

## 表的概念 ##

我们再想想另外一个问题，我们对每个"链"上都放置了一串规则，但是这些规则有些很相似，比如，A类规则都是对IP或者端口的过滤，B类规则是修改报文，那么这个时候，我们是不是能把实现相同功能的规则放在一起呢，必须能的。

我们把具有相同功能的规则的集合叫做"表"，所以说，不同功能的规则，我们可以放置在不同的表中进行管理，而iptables已经为我们定义了4种表，每种表对应了不同的功能，而我们定义的规则也都逃脱不了这4种功能的范围，所以，学习iptables之前，我们必须先搞明白每种表 的作用。

iptables为我们提供了如下规则的分类，或者说，iptables为我们提供了如下"表"

filter表：负责过滤功能，防火墙；内核模块：iptables\_filter

nat表：network address translation，网络地址转换功能；内核模块：iptable\_nat

mangle表：拆解报文，做出修改，并重新封装 的功能；iptable\_mangle

raw表：关闭nat表上启用的连接追踪机制；iptable\_raw

也就是说，我们自定义的所有规则，都是这四种分类中的规则，或者说，所有规则都存在于这4张"表"中。

## 表链关系 ##

但是我们需要注意的是，某些"链"中注定不会包含"某类规则"，就像某些"关卡"天生就不具备某些功能一样，比如，A"关卡"只负责打击陆地敌人，没有防空能力，B"关卡"只负责打击空中敌人，没有防御步兵的能力，C"关卡"可能比较NB，既能防空，也能防御陆地敌人，D"关卡"最屌，海陆空都能防。

那让我们来看看，每个"关卡"都有哪些能力，或者说，让我们看看每个"链"上的规则都存在于哪些"表"中。

我们还是以图为例，先看看prerouting"链"上的规则都存在于哪些表中。

注意：下图只用于说明prerouting链上的规则存在于哪些表中，并没有描述表的顺序。

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables 4]

这幅图是什么意思呢？它的意思是说，prerouting"链"只拥有nat表、raw表和mangle表所对应的功能，所以，prerouting中的规则只能存放于nat表、raw表和mangle表中。

那么，根据上述思路，我们来总结一下，每个"关卡"都拥有什么功能，

或者说，每个"链"中的规则都存在于哪些"表"中。

PREROUTING      的规则可以存在于：raw表，mangle表，nat表。

INPUT          的规则可以存在于：mangle表，filter表，（centos7中还有nat表，centos6中没有）。

FORWARD         的规则可以存在于：mangle表，filter表。

OUTPUT         的规则可以存在于：raw表mangle表，nat表，filter表。

POSTROUTING      的规则可以存在于：mangle表，nat表。

但是，**我们在实际的使用过程中，往往是通过"表"作为操作入****口，对规则进行定义的**，之所以按照上述过程介绍iptables，是因为从"关卡"的角度更容易从入门的角度理解，但是为了以便在实际使用的时候，更加顺畅的理解它们，此处我们还要将各"表"与"链"的关系罗列出来，

表（功能）<-->   链（钩子）：

raw     表中的规则可以被哪些链使用：PREROUTING，OUTPUT

mangle  表中的规则可以被哪些链使用：PREROUTING，INPUT，FORWARD，OUTPUT，POSTROUTING

nat     表中的规则可以被哪些链使用：PREROUTING，OUTPUT，POSTROUTING（centos7中还有INPUT，centos6中没有）

filter  表中的规则可以被哪些链使用：INPUT，FORWARD，OUTPUT

其实我们还需要注意一点，因为数据包经过一个"链"的时候，会将当前链的所有规则都匹配一遍，但是匹配时总归要有顺序，我们应该一条一条的去匹配，而且我们说过，相同功能类型的规则会汇聚在一张"表"中，那么，哪些"表"中的规则会放在"链"的最前面执行呢，这时候就需要有一个优先级的问题，我们还拿prerouting"链"做图示。

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables 5]

prerouting链中的规则存放于三张表中，而这三张表中的规则执行的优先级如下：

raw --> mangle --> nat

但是我们知道，iptables为我们定义了4张"表",当他们处于同一条"链"时，执行的优先级如下。

优先级次序（由高而低）：

raw --> mangle --> nat --> filter

但是我们前面说过，某些链天生就不能使用某些表中的规则，所以，4张表中的规则处于同一条链的目前只有output链，它就是传说中海陆空都能防守的关卡。

为了更方便的管理，我们还可以在某个表里面创建自定义链，将针对某个应用程序所设置的规则放置在这个自定义链中，但是自定义链接不能直接使用，只能被某个默认的链当做动作去调用才能起作用，我们可以这样想象，自定义链就是一段比较"短"的链子，这条"短"链子上的规则都是针对某个应用程序制定的，但是这条短的链子并不能直接使用，而是需要"焊接"在iptables默认定义链子上，才能被IPtables使用，这就是为什么默认定义的"链"需要把"自定义链"当做"动作"去引用的原因。这是后话，后面再聊，在实际使用时我们即可更加的明白。

## 数据经过防火墙的流程 ##

结合上述所有的描述，我们可以将数据包通过防火墙的流程总结为下图：

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables 6]

我们在写Iptables规则的时候，要时刻牢记这张路由次序图，灵活配置规则。

我们将经常用到的对应关系重新写在此处，方便对应图例查看。

链的规则存放于哪些表中（从链到表的对应关系）：

PREROUTING   的规则可以存在于：raw表，mangle表，nat表。

INPUT        的规则可以存在于：mangle表，filter表，（centos7中还有nat表，centos6中没有）。

FORWARD      的规则可以存在于：mangle表，filter表。

OUTPUT       的规则可以存在于：raw表mangle表，nat表，filter表。

POSTROUTING  的规则可以存在于：mangle表，nat表。

表中的规则可以被哪些链使用（从表到链的对应关系）：

raw     表中的规则可以被哪些链使用：PREROUTING，OUTPUT

mangle  表中的规则可以被哪些链使用：PREROUTING，INPUT，FORWARD，OUTPUT，POSTROUTING

nat     表中的规则可以被哪些链使用：PREROUTING，OUTPUT，POSTROUTING（centos7中还有INPUT，centos6中没有）

filter  表中的规则可以被哪些链使用：INPUT，FORWARD，OUTPUT

下图中nat表在centos7中的情况就不再标明。

![iptables详解（1）：iptables概念][iptables_1_iptables 7]

## 规则的概念 ##

说了一圈又说回来了，在上述描述中我们一直在提规则，可是没有细说，现在说说它。

先说说规则的概念，然后再通俗的解释它。

规则：根据指定的匹配条件来尝试匹配每个流经此处的报文，一旦匹配成功，则由规则后面指定的处理动作进行处理；

那么我们来通俗的解释一下什么是iptables的规则，之前打过一个比方，每条"链"都是一个"关卡"，每个通过这个"关卡"的报文都要匹配这个关卡上的规则，如果匹配，则对报文进行对应的处理，比如说，你我二人此刻就好像两个"报文"，你我二人此刻都要入关，可是城主有命，只有器宇轩昂的人才能入关，不符合此条件的人不能入关，于是守关将士按照城主制定的"规则"，开始打量你我二人，最终，你顺利入关了，而我已被拒之门外，因为你符合"器宇轩昂"的标准，所以把你"放行"了，而我不符合标准，所以没有被放行，其实，"器宇轩昂"就是一种"匹配条件"，"放行"就是一种"动作"，"匹配条件"与"动作"组成了规则。

了解了规则的概念，那我们来聊聊规则的组成部分,此处只是大概的将规则的结构列出，后面的文章中会单独对规则进行总结。

规则由匹配条件和处理动作组成。

### 匹配条件 ###

匹配条件分为基本匹配条件与扩展匹配条件

**基本匹配条件：**

源地址Source IP，目标地址 Destination IP

上述内容都可以作为基本匹配条件。

**扩展匹配条件：**

除了上述的条件可以用于匹配，还有很多其他的条件可以用于匹配，这些条件泛称为扩展条件，这些扩展条件其实也是netfilter中的一部分，只是以模块的形式存在，如果想要使用这些条件，则需要依赖对应的扩展模块。

源端口Source Port, 目标端口Destination Port

上述内容都可以作为扩展匹配条件

### **处理动作** ###

处理动作在iptables中被称为target（这样说并不准确，我们暂且这样称呼），动作也可以分为基本动作和扩展动作。

此处列出一些常用的动作，之后的文章会对它们进行详细的示例与总结：

**ACCEPT**：允许数据包通过。

**DROP**：直接丢弃数据包，不给任何回应信息，这时候客户端会感觉自己的请求泥牛入海了，过了超时时间才会有反应。

**REJECT**：拒绝数据包通过，必要时会给数据发送端一个响应的信息，客户端刚请求就会收到拒绝的信息。

**SNAT**：源地址转换，解决内网用户用同一个公网地址上网的问题。

**MASQUERADE**：是SNAT的一种特殊形式，适用于动态的、临时会变的ip上。

**DNAT**：目标地址转换。

**REDIRECT**：在本机做端口映射。

**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，也就是说除了记录以外不对数据包做任何其他操作，仍然让下一条规则去匹配。

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