(转贴) 用iptales实现包过虑型防火墙(一)

用iptales实现包过虑型防火墙(一)
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摘要：本文介绍linux2.4.x内核中的防火墙工具--iptables的原理与配置，同时还给出了实际运用的例子，在文章的最后归纳了iptables与ipchains的区别。

一、 概述

从1.1内核开始，linux就已经具有包过虑功能了，在2.0的内核中我们采用ipfwadm来操作内核包过虑规则。之后在2.2内核中，采用了大家并不陌生的ipchains来控制内核包过虑规则。现在最新linux内核版本是2.4.1，在2.4内核中我们不再使用ipchains，而是采用一个全新的内核包过虑管理工具--iptables。 这个全新的内核包过虑工具将使用户更易于理解其工作原理，更容易被使用，当然也将具有更为强大的功能。

我们说过iptables只是一个管理内核包过虑的工具，iptables 可以加入、插入或删除核心包过滤表格(链)中的规则。实际上真正来执行这些过虑规则的是netfilter(Linux 核心中一个通用架构)及其相关模块(如iptables模块和nat模块),下面我们一起来看看netfilter的工作原理。

二、 原理
netfilter是Linux 核心中一个通用架构，它提供了一系列的"表"(tables)，每个表由若干"链"(chains)组成，而每条链中可以有一条或数条规则(rule)组成。我们可以这样来理解，netfilter是表的容器，表是链的容器，而链又是规则的容器(如图一所示)。


系统缺省的表为"filter"，该表中包含了INPUT、FORWARD和OUTPUT 3个链。每一条链中可以有一条或数条规则，每一条规则都是这样定义的“如果数据包头符合这样的条件，就这样处理这个数据包”。当一个数据包到达一个链时，系统就会从第一条规则开始检查，看是否符合该规则所定义的条件: 如果满足,系统将根据该条规则所定义的方法处理该数据包；如果不满足则继续检查下一条规则。最后，如果该数据包不符合该链中任一条规则的话，系统就会根据该链预先定义的策略(policy)来处理该数据包。



数据包在filter表中的流程如图二所示。有数据包进入系统时，系统首先根据路由表决定将数据包发给哪一条链，则可能有三种情况：

1. 如果数据包的目的地址是本机，则系统将数据包送往INPUT链，如果通过规则检查，则该包被发给相应的本地进程处理；如果没通过规则检查，系统就会将这个包丢掉；
2. 如果数据包的目的地址不是本机，也就是说，这个包将被转发，则系统将数据包送往FORWARD链，如果通过规则检查，则该包被发给相应的本地进程处理；如果没通过规则检查，系统就会将这个包丢掉；
3. 如果数据包是由本地系统进程产生的，则系统将其送往OUTPUT链，如果通过规则检查，则该包被发给相应的本地进程处理；如果没通过规则检查，系统就会将这个包丢掉。

从以上我们可以看出，netfilter比起以前的ipfwadm和ipchains思路上清晰了好多，也好理解了好多，这对于原先对ipfwadm和ipchains总是感到一头雾水的用户来说无疑是一个福音。


三、 准备工作

1. 系统需求
netfilter要求内核版本不低于2.3.5，在编译新内核时，要求选择和netfilter相关的项目。这些项目通常都是位于“Networking options”子项下。以2.4.0内核为例，我们应该选中的项目有：
[*] Kernel/User netlink socket
[ ] Routing messages
<*> Netlink device emulation [*] Network packet filtering (replaces ipchains)
.......

然后，在“IP: Netfilter Configuration ---->”选中：

<m></m>Connection tracking (required for masq/NAT)
<m></m>FTP protocol support
<m></m>IP tables support (required for filtering/masq/NAT)
<m></m>limit match support
<m></m>MAC address match support
<m></m>Netfilter MARK match support
<m></m>Multiple port match support
<m></m>TOS match support
<m></m>Connection state match support
<m></m>Packet filtering
<m></m>REJECT target support
<m></m>Full NAT
<m></m>MASQUERADE target support
<m></m>REDIRECT target support
<m></m>Packet mangling
<m></m>TOS target support
<m></m>MARK target support
<m></m>LOG target support
<m></m>ipchains (2.2-style) support
<m></m>ipfwadm (2.0-style) support

其中最后两个项目可以不选，但是如果你比较怀念ipchains或者ipfwadm，你也可以将其选中，以便在2.4内核中使用ipchians或ipfwadm。但是需要注意的是，iptables是和ipchians/ipfwadm相对立的，在使用iptables的同时就不能同时使用ipchains/ipfwadm。编译成功后，这些模块文件都位于以下目录中
/lib/modules/2.4.0/kernel/net/ipv4/netfilter

编译2.4.0的新内核时还应该注意要在“Processor type and features”中选择和你的CPU相对应的正确的CPU选项，否则新内核可能无法正常工作。

2. 载入模块

要使用iptables，还必须载入相关模块。可以使用以下命令载入相关模块：
#modprobe iptable_tables
modprobe命令会自动载入指定模块及其相关模块。iptables_filter模块会在运行时自动载入。

三、 语法

1. 对链的操作
建立一个新链 (-N)。
删除一个空链 (-X)。
改变一个内建链的原则 (-P)。
列出一个链中的规则 (-L)。
清除一个链中的所有规则 (-F)。
归零(zero) 一个链中所有规则的封包字节(byte) 记数器 (-Z)。

2. 对规则的操作
加入(append) 一个新规则到一个链 (-A)的最后。
在链内某个位置插入(insert) 一个新规则(-I)，通常是插在最前面。
在链内某个位置替换(replace) 一条规则 (-R)。
在链内某个位置删除(delete) 一条规则 (-D)。
删除(delete) 链内第一条规则 (-D)。

3. 指定源地址和目的地址

通过--source/--src/-s来指定源地址(这里的/表示或者的意思，下同)，通过--destination/--dst/-s来指定目的地址。可以使用以下四中方法来指定ip地址：
a. 使用完整的域名，如“www.linuxaid.com.cn”；
b. 使用ip地址，如“192.168.1.1”；
c. 用x.x.x.x/x.x.x.x指定一个网络地址，如“192.168.1.0/255.255.255.0”;
d. 用x.x.x.x/x指定一个网络地址，如“192.168.1.0/24”这里的24表明了子网掩码的有效位数，这是 UNIX环境中通常使用的表示方法。
缺省的子网掩码数是32，也就是说指定192.168.1.1等效于192.168.1.1/32。

4. 指定协议

可以通过--protocol/-p选项来指定协议，比如-p tcp。

5. 指定网络接口将

可以使用--in-interface/-i或--out-interface/-o来指定网络接口。需要注意的是，对于INPUT链来说，只可能有-i，也即只会有进入的包；通理，对于OUTPUT链来说，只可能有-o，也即只会有出去的包。只有FORWARD链既可以有-i的网络接口，也可以有-o的网络接口。我们也可以指定一个当前并不存在的网络接口，比如ppp0，这时只有拨号成功后该规则才有效。

6. 指定ip碎片

在TCP/IP通讯过程中，每一个网络接口都有一个最大传输单元(MTU)，这个参数定义了可以通过的数据包的最大尺寸。如果一个数据包大于这个参数值时，系统会将其划分成更小的数个数据包(称之为ip碎片)来传输，而接收方则对这些ip碎片再进行重组以还原整个包。
但是再进行包过滤的时候，ip碎片会导致这样一个问题：当系统将大数据包划分成ip碎片传送时，第一个碎片含有完整的包头信息，但是后续的碎片只有包头的部分信息，比如源地址，目的地址。因此假如我们有这样一条规则：
iptables -A FORWARD -p tcp -s 192.168.1.0/24 -d 192.168.2.100 --dport 80 -j ACCEPT
并且这时的FORWARD的策略(policy)为DROP时，系统只会让第一个ip碎片通过，而丢掉其余的ip碎片，因为第一个碎片含有完整的包头信息，可以满足该规则的条件，而余下的碎片因为包头信息不完整而无法满足规则定义的条件，因而无法通过。
我们可以通过--fragment/-f选项来指定第二个及其以后的ip碎片，比如以上面的例子为例，我们可以再加上这样一条规则来解决这个问题：
iptables -A FORWARD -f -s 192.168.1.0/24 -d 192.168.2.100 -j ACCEPT
但是需要注意的是，现在已经有好多进行ip碎片攻击的实例(比如向Win98 NT4/SP5,6 Win2K发送大量的ip碎片进行DoS攻击)，因此允许ip碎片通过是有安全隐患的，对于这一点我们可以采用iptables的匹配扩展来进行限制，但是这又会影响服务质量，我们将在下面讨论这个问题。
　　
7. 指定非

可以在某些选项前加上!来表示非指定值，比如“-s -! 192.168.1.1/32”表示除了192.168.1.1以外的ip地址，“-p -! tcp”表示除了tcp以外的协议。

8. TCP匹配扩展

通过使用--tcp-flags选项可以根据tcp包的标志位进行过滤，该选项后接两个参数：第一个参数为要检查的标志位，可以是SYN，ACK，FIN，RST，URG，PSH的组合，可以用ALL指定所有标志位；第二个参数是标志位值为1的标志。比如你要过滤掉所有SYN标志位为1的tcp包，可以使用以下规则：
iptables -A FORWARD -p tcp --tcp-flags ALL SYN -j DROP
选项--syn是以上的一种特殊情况，相当于“--tcp-flags SYN,RST,ACK SYN”的简写。

9. mac匹配扩展
可以使用-m选项来扩展匹配内容。使用--match mac/-m mac匹配扩展可以用来检查ip数据包的源mac地址。只要在--mac-source后面跟上mac地址就可以了。比如：
iptables -A FORWARD -m mac --mac-source 00:00:BA:A5:7D:12 -j DROP
需要注意的是一个ip包在经过路由器转发后，其源mac地址已经变成了路由器的mac地址。

10. limit匹配扩展

limit扩展是一个非常有用的匹配扩展。使用-m nat 来指定，其后可以有两个选项：

--limit avg: 指定单位时间内允许通过的数据包的个数。单位时间可以是/second、/minute、/hour、/day或使用第一个字母，比如5/second和5/s是一样的，都是表示每秒可以通过5个数据包，缺省值是3/hour。

　　--limit-burst number：指定触发事件的阀值,缺省值是5。

看起来好像有点复杂，就让我们来看一个例子：
假设又如下的规则：
iptables -A INPUT -p icmp -m limit --limit 6/m --limit-burst 5 -j ACCEPT
iptables -P INPUT DROP
然后从另一部主机上ping这部主机，就会发生如下的现象：
首先我们可以看到前四个包的回应都很正常，然后从第五个包开始，我们每10秒可以收到一个正常的回应。这是因为我们设定了单位时间(在这里是每分钟)内允许通过的数据包的个数是每分钟6个，也即每10秒钟一个；其次我们又设定了事件触发阀值为5，所以我们的前四个包都是正常的，只是从第五个包开始，限制规则开始生效，故只能每10秒收到一个正常回应。
假设我们停止ping，30秒后又开始ping，这时的现象是：
前两个包是正常的，从第三个包开始丢包，这是因为在这里我的允许一个包通过的周期是10秒，如果在一个周期内系统没有收到符合条件的包，系统的触发值就会恢复1，所以假如我们30秒内没有符合条件的包通过，系统的触发值就会恢复到3，假如5个周期内都没有符合条件的包通过，系统都触发值就会完全恢复。不知道你明白了没有，欢迎你来信讨论。

11. LOG目标扩展

netfilter缺省的目标(也就是一旦满足规则所定义以后系统对数据包的处理方法)有：
ACEEPT：接收并转发数据包
DORP：丢掉数据包
目标扩展模块提供了扩展的目标。LOG目标提供了记录数据包的功能。该目标扩展有以下几个参数：
--log-level：指定记录信息的级别，级别有debug、info、notice、warning、err、crit、alert、emerg分别对应7到0的数字。其含义请参看syslog.conf的man手册。
--log-prefix：后接一个最长为30个字符的字符串，该字符串将出现在每一条日志的前面。

12. REJECT目标扩展

该目标扩展完全和DORP标准目标一样，除了向发送方返回一个“port unreachable”的icmp信息外。

还有其他一些扩展是常用的，如果你想了解可以参考Packet-Filtering-HOWTO。当然，最直接获得帮助的办法是查看iptables的在线帮助，比如想得到关于mac匹配扩展的帮助可以执行“iptables -m mac -help”命令，想得到LOG目标扩展的帮助可以执行“iptables -j LOG -help”命令。