用iptables实现NAT

摘要
　　本文是“用iptales实现包过虑型防火墙”的姊妹篇，主要介绍如何使用iptbales实现linux2.4下的强大的NAT功能。关于iptables的详细语法请参考“用iptales实现包过虑型防火墙”一文。需要申明的是，本文绝对不是NAT-HOWTO的简单重复或是中文版，在整个的叙述过程中，作者都在试图用自己的语言来表达自己的理解，自己的思想。(2002-06-24 14:30:19)

By 书生

1.概述

1.1 什么是NAT

　　在传统的标准的TCP/IP通信过程中，所有的路由器仅仅是充当一个中间人的角色，也就是通常所说的存储转发，路由器并不会对转发的数据包进行修改，更为确切的说，除了将源MAC地址换成自己的MAC地址以外，路由器不会对转发的数据包做任何修改。NAT(Network Address Translation网络地址翻译)恰恰是出于某种特殊需要而对数据包的源ip地址、目的ip地址、源端口、目的端口进行改写的操作。

1.2 为什么要进行NAT

　　我们来看看再什么情况下我们需要做NAT。

　　假设有一家ISP提供园区Internet接入服务，为了方便管理，该ISP分配给园区用户的IP地址都是伪IP，但是部分用户要求建立自己的WWW服务器对外发布信息，这时候我们就可以通过NAT来提供这种服务了。我们可以再防火墙的外部网卡上绑定多个合法IP地址，然后通过NAT技术使发给其中某一个IP地址的包转发至内部某一用户的WWW服务器上，然后再将该内部WWW服务器响应包伪装成该合法IP发出的包。

　　再比如使用拨号上网的网吧，因为只有一个合法的IP地址，必须采用某种手段让其他机器也可以上网，通常是采用代理服务器的方式，但是代理服务器，尤其是应用层代理服务器，只能支持有限的协议，如果过了一段时间后又有新的服务出来，则只能等待代理服务器支持该新应用的升级版本。如果采用NAT来解决这个问题，

　　因为只在应用层以下进行处理，不但可以获得很高的访问速度，而且可以无缝的支持任何新的服务或应用。

　　还有一个方面的应用就是重定向，也就是当接收到一个包后，不是转发这个包，而是将其重定向到系统上的某一个应用程序。最常见的应用就是和squid配合使用成为透明代理，在对http流量进行缓存的同时，可以提供对Internet的无缝访问。

1.3 NAT的类型

　　在linux2.4的NAT-HOWTO中，作者从原理的角度将NAT分成了两种类型，即源NAT(SNAT)和目的NAT(DNAT)，顾名思义，所谓SNAT就是改变转发数据包的源地址，所谓DNAT就是改变转发数据包的目的地址。

2.原理

　　下图是linux2.4的原理图：
nat原理图

　　在“用iptales实现包过虑型防火墙”一文中我们说过，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。并且系统缺省的表是"filter"。但是在使用NAT的时候，我们所使用的表不再是"filter"，而是"nat"表，所以我们必须使用"-t nat"选项来显式地指明这一点。因为系统缺省的表是"filter"，所以在使用filter功能时，我们没有必要显式的指明"-t filter"。

　　同filter表一样，nat表也有三条缺省的"链"(chains)，这三条链也是规则的容器，它们分别是：

* PREROUTING：可以在这里定义进行目的NAT的规则，因为路由器进行路由时只检查数据包的目的ip地址，所以为了使数据包得以正确路由，我们必须在路由之前就进行目的NAT;
* POSTROUTING：可以在这里定义进行源NAT的规则，系统在决定了数据包的路由以后在执行该链中的规则。
* OUTPUT：定义对本地产生的数据包的目的NAT规则。

3.操作语法

　　如前所述，在使用iptables的NAT功能时，我们必须在每一条规则中使用"-t nat"显示的指明使用nat表。然后使用以下的选项:

3.1 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)。

3.2 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：

1. 使用完整的域名，如“www.linuxaid.com.cn”；
2. 使用ip地址，如“192.168.1.1”；
3. 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”;
4. 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。

3.3 指定网络接口

　　可以使用--in-interface/-i或--out-interface/-o来指定网络接口。从NAT的原理可以看出，对于PREROUTING链，我们只能用-i指定进来的网络接口；而对于POSTROUTING和OUTPUT我们只能用-o指定出去的网络接口。

3.4 指定协议及端口

　　可以通过--protocol/-p选项来指定协议，如果是udp和tcp协议，还可--source-port/--sport和 --destination-port/--dport来指明端口。

4.准备工作

4.1 编译内核，编译时选中以下选项，具体可参看“用iptales实现包过虑型防火墙”一文：
<M>Full NAT
<M>　MASQUERADE target support
<M>　REDIRECT target support
4.2 要使用NAT表时，必须首先载入相关模块：
modprobe ip_tables
modprobe ip_nat_ftp

iptable_nat 模块会在运行时自动载入。

5.使用实例

5.1 源NAT(SNAT)
　　比如，更改所有来自192.168.1.0/24的数据包的源ip地址为1.2.3.4：
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24 -o eth0 -j SNAT --to 1.2.3.4

　　这里需要注意的是，系统在路由及过虑等处理直到数据包要被送出时才进行SNAT。
　　有一种SNAT的特殊情况是ip欺骗，也就是所谓的Masquerading，通常建议在使用拨号上网的时候使用，或者说在合法ip地址不固定的情况下使用。比如
# iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE

　　可以看出，这时候我们没有必要显式的指定源ip地址等信息。

5.2 目的SNAT(DNAT)
　　比如，更改所有来自192.168.1.0/24的数据包的目的ip地址为1.2.3.4：
iptables -t nat -A PREROUTING -s 192.168.1.0/24 -i eth1 -j DNAT --to 1.2.3.4

　　这里需要注意的是，系统是先进行DNAT，然后才进行路由及过虑等操作。
　　有一种DNAT的特殊情况是重定向，也就是所谓的Redirection，这时候就相当于将符合条件的数据包的目的ip地址改为数据包进入系统时的网络接口的ip地址。通常是在与squid配置形成透明代理时使用，假设squid的监听端口是3128，我们可以通过以下语句来将来自192.168.1.0/24，目的端口为80的数据包重定向到squid监听端口：
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth1 -p tcp -s 192.168.1.0/24 --dport 80 -j REDIRECT --to-port 3128

6.综合例子

6.1 使用拨号带动局域网上网

　　小型企业、网吧等多使用拨号网络上网，通常可能使用代理，但是考虑到成本、对协议的支持等因素，建议使用ip欺骗方式带动区域网上网。

　　成功升级内核后安装iptables，然后执行以下脚本：
#载入相关模块
modprobe ip_tables
modprobe ip_nat_ftp
#进行ip伪装
iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE

6.2 ip映射

　　假设有一家ISP提供园区Internet接入服务，为了方便管理，该ISP分配给园区用户的IP地址都是伪IP，但是部分用户要求建立自己的WWW服务器对外发布信息。我们可以再防火墙的外部网卡上绑定多个合法IP地址，然后通过ip映射使发给其中某一个IP地址的包转发至内部某一用户的WWW服务器上，然后再将该内部WWW服务器响应包伪装成该合法IP发出的包。

　　我们假设以下情景：

该ISP分配给A单位www服务器的ip为：

伪ip：192.168.1.100

真实ip：202.110.123.100

该ISP分配给B单位www服务器的ip为：

伪ip：192.168.1.200

真实ip：202.110.123.200

linux防火墙的ip地址分别为：

内网接口eth1：192.168.1.1

外网接口eth0：202.110.123.1

　　然后我们将分配给A、B单位的真实ip绑定到防火墙的外网接口，以root权限执行以下命令：
ifconfig eth0 add 202.110.123.100 netmask 255.255.255.0
ifconfig eth0 add 202.110.123.200 netmask 255.255.255.0

　　成功升级内核后安装iptables，然后执行以下脚本：
#载入相关模块
modprobe ip_tables
modprobe ip_nat_ftp

　　首先，对防火墙接收到的目的ip为202.110.123.100和202.110.123.200的所有数据包进行目的NAT(DNAT):
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 202.110.123.100 -j DNAT --to 192.168.1.100
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 202.110.123.200 -j DNAT --to 192.168.1.200

　　其次，对防火墙接收到的源ip地址为192.168.1.100和192.168.1.200的数据包进行源NAT(SNAT):
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.1.100 -j SNAT --to 202.110.123.100
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.1.200 -j SNAT --to 202.110.123.200

　　这样，所有目的ip为202.110.123.100和202.110.123.200的数据包都将分别被转发给192.168.1.100和192.168.1.200；而所有来自192.168.1.100和192.168.1.200的数据包都将分别被伪装成由202.110.123.100和202.110.123.200，从而也就实现了ip映射。