iptable詳解概念

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更多iptable系列文參考(轉載於):http://www.zsythink.net/archives/tag/iptables/

防火牆相關概念

此處先描述一些相關概念。

從邏輯上講。防火牆可以大體分爲主機防火牆和網絡防火牆。

主機防火牆:針對於單個主機進行防護。

網絡防火牆:往往處於網絡入口或邊緣,針對於網絡入口進行防護,服務於防火牆背後的本地局域網。

網絡防火牆和主機防火牆並不衝突,可以理解爲,網絡防火牆主外(集體), 主機防火牆主內(個人)。

從物理上講,防火牆可以分爲硬件防火牆和軟件防火牆。

硬件防火牆:在硬件級別實現部分防火牆功能,另一部分功能基於軟件實現,性能高,成本高。

軟件防火牆:應用軟件處理邏輯運行於通用硬件平臺之上的防火牆,性能低,成本低。

那麼在此處,我們就來聊聊Linux的iptables

iptables其實不是真正的防火牆,我們可以把它理解成一個客戶端代理,用戶通過iptables這個代理,將用戶的安全設定執行到對應的"安全框架"中,這個"安全框架"纔是真正的防火牆,這個框架的名字叫netfilter

netfilter纔是防火牆真正的安全框架(framework),netfilter位於內核空間。

iptables其實是一個命令行工具,位於用戶空間,我們用這個工具操作真正的框架。

netfilter/iptables(下文中簡稱爲iptables)組成Linux平臺下的包過濾防火牆,與大多數的Linux軟件一樣,這個包過濾防火牆是免費的,它可以代替昂貴的商業防火牆解決方案,完成封包過濾、封包重定向和網絡地址轉換(NAT)等功能。

Netfilter是Linux操作系統核心層內部的一個數據包處理模塊,它具有如下功能:

  • 網絡地址轉換(Network Address Translate)

  • 數據包內容修改

  • 以及數據包過濾的防火牆功能

所以說,雖然我們使用service iptables start啓動iptables"服務",但是其實準確的來說,iptables並沒有一個守護進程,所以並不能算是真正意義上的服務,而應該算是內核提供的功能。

iptables基礎

我們知道iptables是按照規則來辦事的,我們就來說說規則(rules),規則其實就是網絡管理員預定義的條件,規則一般的定義爲"如果數據包頭符合這樣的條件,就這樣處理這個數據包"。規則存儲在內核空間的信息包過濾表中,這些規則分別指定了源地址、目的地址、傳輸協議(如TCP、UDP、ICMP)和服務類型(如HTTP、FTP和SMTP)等。當數據包與規則匹配時,iptables就根據規則所定義的方法來處理這些數據包,如放行(accept)、拒絕(reject)和丟棄(drop)等。配置防火牆的主要工作就是添加、修改和刪除這些規則。

這樣說可能並不容易理解,我們來換個容易理解的角度,從頭說起.

當客戶端訪問服務器的web服務時,客戶端發送報文到網卡,而tcp/ip協議棧是屬於內核的一部分,所以,客戶端的信息會通過內核的TCP協議傳輸到用戶空間中的web服務中,而此時,客戶端報文的目標終點爲web服務所監聽的套接字(IP:Port)上,當web服務需要響應客戶端請求時,web服務發出的響應報文的目標終點則爲客戶端,這個時候,web服務所監聽的IP與端口反而變成了原點,我們說過,netfilter纔是真正的防火牆,它是內核的一部分,所以,如果我們想要防火牆能夠達到"防火"的目的,則需要在內核中設置關卡,所有進出的報文都要通過這些關卡,經過檢查後,符合放行條件的才能放行,符合阻攔條件的則需要被阻止,於是,就出現了input關卡和output關卡,而這些關卡在iptables中不被稱爲"關卡",而被稱爲"鏈"。
在這裏插入圖片描述

其實我們上面描述的場景並不完善,因爲客戶端發來的報文訪問的目標地址可能並不是本機,而是其他服務器,當本機的內核支持IP_FORWARD時,我們可以將報文轉發給其他服務器,所以,這個時候,我們就會提到iptables中的其他"關卡",也就是其他"鏈",他們就是 “路由前”、“轉發”、“路由後”,他們的英文名是

PREROUTING、FORWARD、POSTROUTING

也就是說,當我們啓用了防火牆功能時,報文需要經過如下關卡,也就是說,根據實際情況的不同,報文經過"鏈"可能不同。如果報文需要轉發,那麼報文則不會經過input鏈發往用戶空間,而是直接在內核空間中經過forward鏈和postrouting鏈轉發出去的。
在這裏插入圖片描述
所以,根據上圖,我們能夠想象出某些常用場景中,報文的流向:

到本機某進程的報文:PREROUTING --> INPUT

由本機轉發的報文:PREROUTING --> FORWARD --> POSTROUTING

由本機的某進程發出報文(通常爲響應報文):OUTPUT --> POSTROUTING

鏈的概念

現在,我們想象一下,這些"關卡"在iptables中爲什麼被稱作"鏈"呢?我們知道,防火牆的作用就在於對經過的報文匹配"規則",然後執行對應的"動作",所以,當報文經過這些關卡的時候,則必須匹配這個關卡上的規則,但是,這個關卡上可能不止有一條規則,而是有很多條規則,當我們把這些規則串到一個鏈條上的時候,就形成了"鏈",所以,我們把每一個"關卡"想象成如下圖中的模樣 ,這樣來說,把他們稱爲"鏈"更爲合適,每個經過這個"關卡"的報文,都要將這條"鏈"上的所有規則匹配一遍,如果有符合條件的規則,則執行規則對應的動作。

在這裏插入圖片描述

表的概念

我們再想想另外一個問題,我們對每個"鏈"上都放置了一串規則,但是這些規則有些很相似,比如,A類規則都是對IP或者端口的過濾,B類規則是修改報文,那麼這個時候,我們是不是能把實現相同功能的規則放在一起呢,必須能的。

我們把具有相同功能的規則的集合叫做"表",所以說,不同功能的規則,我們可以放置在不同的表中進行管理,而iptables已經爲我們定義了4種表,每種表對應了不同的功能,而我們定義的規則也都逃脫不了這4種功能的範圍,所以,學習iptables之前,我們必須先搞明白每種表 的作用。

iptables爲我們提供瞭如下規則的分類,或者說,iptables爲我們提供瞭如下"表"

filter表:負責過濾功能,防火牆;內核模塊:iptables_filter

nat表:network address translation,網絡地址轉換功能;內核模塊:iptable_nat

mangle表:拆解報文,做出修改,並重新封裝 的功能;iptable_mangle

raw表:關閉nat表上啓用的連接追蹤機制;iptable_raw

也就是說,我們自定義的所有規則,都是這四種分類中的規則,或者說,所有規則都存在於這4張"表"中。

錶鏈關係

但是我們需要注意的是,某些"鏈"中註定不會包含"某類規則",就像某些"關卡"天生就不具備某些功能一樣,比如,A"關卡"只負責打擊陸地敵人,沒有防空能力,B"關卡"只負責打擊空中敵人,沒有防禦步兵的能力,C"關卡"可能比較NB,既能防空,也能防禦陸地敵人,D"關卡"最屌,海陸空都能防。

那讓我們來看看,每個"關卡"都有哪些能力,或者說,讓我們看看每個"鏈"上的規則都存在於哪些"表"中。

我們還是以圖爲例,先看看prerouting"鏈"上的規則都存在於哪些表中。

注意:下圖只用於說明prerouting鏈上的規則存在於哪些表中,並沒有描述表的順序。

在這裏插入圖片描述

這幅圖是什麼意思呢?它的意思是說,prerouting"鏈"只擁有nat表、raw表和mangle表所對應的功能,所以,prerouting中的規則只能存放於nat表、raw表和mangle表中。

那麼,根據上述思路,我們來總結一下,每個"關卡"都擁有什麼功能,

或者說,每個"鏈"中的規則都存在於哪些"表"中。

PREROUTING 的規則可以存在於:raw表,mangle表,nat表。

INPUT 的規則可以存在於:mangle表,filter表,(centos7中還有nat表,centos6中沒有)。

FORWARD 的規則可以存在於:mangle表,filter表。

OUTPUT 的規則可以存在於:raw表mangle表,nat表,filter表。

POSTROUTING 的規則可以存在於:mangle表,nat表。

但是,我們在實際的使用過程中,往往是通過"表"作爲操作入****口,對規則進行定義的,之所以按照上述過程介紹iptables,是因爲從"關卡"的角度更容易從入門的角度理解,但是爲了以便在實際使用的時候,更加順暢的理解它們,此處我們還要將各"表"與"鏈"的關係羅列出來,

表(功能)<–> 鏈(鉤子):

raw 表中的規則可以被哪些鏈使用:PREROUTING,OUTPUT

mangle 表中的規則可以被哪些鏈使用:PREROUTING,INPUT,FORWARD,OUTPUT,POSTROUTING

nat 表中的規則可以被哪些鏈使用:PREROUTING,OUTPUT,POSTROUTING(centos7中還有INPUT,centos6中沒有)

filter 表中的規則可以被哪些鏈使用:INPUT,FORWARD,OUTPUT

其實我們還需要注意一點,因爲數據包經過一個"鏈"的時候,會將當前鏈的所有規則都匹配一遍,但是匹配時總歸要有順序,我們應該一條一條的去匹配,而且我們說過,相同功能類型的規則會匯聚在一張"表"中,那麼,哪些"表"中的規則會放在"鏈"的最前面執行呢,這時候就需要有一個優先級的問題,我們還拿prerouting"鏈"做圖示。

在這裏插入圖片描述

prerouting鏈中的規則存放於三張表中,而這三張表中的規則執行的優先級如下:

raw --> mangle --> nat

但是我們知道,iptables爲我們定義了4張"表",當他們處於同一條"鏈"時,執行的優先級如下。

優先級次序(由高而低):

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

但是我們前面說過,某些鏈天生就不能使用某些表中的規則,所以,4張表中的規則處於同一條鏈的目前只有output鏈,它就是傳說中海陸空都能防守的關卡。

爲了更方便的管理,我們還可以在某個表裏面創建自定義鏈,將針對某個應用程序所設置的規則放置在這個自定義鏈中,但是自定義鏈接不能直接使用,只能被某個默認的鏈當做動作去調用才能起作用,我們可以這樣想象,自定義鏈就是一段比較"短"的鏈子,這條"短"鏈子上的規則都是針對某個應用程序制定的,但是這條短的鏈子並不能直接使用,而是需要"焊接"在iptables默認定義鏈子上,才能被IPtables使用,這就是爲什麼默認定義的"鏈"需要把"自定義鏈"當做"動作"去引用的原因。這是後話,後面再聊,在實際使用時我們即可更加的明白。

數據經過防火牆的流程

結合上述所有的描述,我們可以將數據包通過防火牆的流程總結爲下圖:

在這裏插入圖片描述

我們在寫Iptables規則的時候,要時刻牢記這張路由次序圖,靈活配置規則。

我們將經常用到的對應關係重新寫在此處,方便對應圖例查看。

鏈的規則存放於哪些表中(從鏈到表的對應關係):

PREROUTING 的規則可以存在於:raw表,mangle表,nat表。

INPUT 的規則可以存在於:mangle表,filter表,(centos7中還有nat表,centos6中沒有)。

FORWARD 的規則可以存在於:mangle表,filter表。

OUTPUT 的規則可以存在於:raw表mangle表,nat表,filter表。

POSTROUTING 的規則可以存在於:mangle表,nat表。

表中的規則可以被哪些鏈使用(從表到鏈的對應關係)

raw 表中的規則可以被哪些鏈使用:PREROUTING,OUTPUT

mangle 表中的規則可以被哪些鏈使用:PREROUTING,INPUT,FORWARD,OUTPUT,POSTROUTING

nat 表中的規則可以被哪些鏈使用:PREROUTING,OUTPUT,POSTROUTING(centos7中還有INPUT,centos6中沒有)

filter 表中的規則可以被哪些鏈使用:INPUT,FORWARD,OUTPUT

下圖中nat表在centos7中的情況就不再標明。

在這裏插入圖片描述

規則的概念

說了一圈又說回來了,在上述描述中我們一直在提規則,可是沒有細說,現在說說它。

先說說規則的概念,然後再通俗的解釋它。

規則:根據指定的匹配條件來嘗試匹配每個流經此處的報文,一旦匹配成功,則由規則後面指定的處理動作進行處理;

那麼我們來通俗的解釋一下什麼是iptables的規則,之前打過一個比方,每條"鏈"都是一個"關卡",每個通過這個"關卡"的報文都要匹配這個關卡上的規則,如果匹配,則對報文進行對應的處理,比如說,你我二人此刻就好像兩個"報文",你我二人此刻都要入關,可是城主有命,只有器宇軒昂的人才能入關,不符合此條件的人不能入關,於是守關將士按照城主制定的"規則",開始打量你我二人,最終,你順利入關了,而我已被拒之門外,因爲你符合"器宇軒昂"的標準,所以把你"放行"了,而我不符合標準,所以沒有被放行,其實,“器宇軒昂"就是一種"匹配條件”,“放行"就是一種"動作”,"匹配條件"與"動作"組成了規則。

瞭解了規則的概念,那我們來聊聊規則的組成部分,此處只是大概的將規則的結構列出,後面的文章中會單獨對規則進行總結。

規則由匹配條件和處理動作組成。

匹配條件

匹配條件分爲基本匹配條件與擴展匹配條件

基本匹配條件:

源地址Source IP,目標地址 Destination IP

上述內容都可以作爲基本匹配條件。

擴展匹配條件:

除了上述的條件可以用於匹配,還有很多其他的條件可以用於匹配,這些條件泛稱爲擴展條件,這些擴展條件其實也是netfilter中的一部分,只是以模塊的形式存在,如果想要使用這些條件,則需要依賴對應的擴展模塊。

源端口Source Port, 目標端口Destination Port

上述內容都可以作爲擴展匹配條件

處理動作

處理動作在iptables中被稱爲target(這樣說並不準確,我們暫且這樣稱呼),動作也可以分爲基本動作和擴展動作。

此處列出一些常用的動作,之後的文章會對它們進行詳細的示例與總結:

ACCEPT:允許數據包通過。

DROP:直接丟棄數據包,不給任何迴應信息,這時候客戶端會感覺自己的請求泥牛入海了,過了超時時間纔會有反應。

REJECT:拒絕數據包通過,必要時會給數據發送端一個響應的信息,客戶端剛請求就會收到拒絕的信息。

SNAT:源地址轉換,解決內網用戶用同一個公網地址上網的問題。

MASQUERADE:是SNAT的一種特殊形式,適用於動態的、臨時會變的ip上。

DNAT:目標地址轉換。

REDIRECT:在本機做端口映射。

LOG:在/var/log/messages文件中記錄日誌信息,然後將數據包傳遞給下一條規則,也就是說除了記錄以外不對數據包做任何其他操作,仍然讓下一條規則去匹配。

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