iptables 规则链表以及状态检测

一、链表

当数据包到达防火墙时，如果MAC地址符合，就会由内核里相应的驱动程序接收，然后会经过一系列操作，从而决定是发送给本地的程序，还是转发给其他机子，还是其他的什么。

先来看一个以本地为目的的数据包，它要经过以下步骤才能到达要接收它的程序：

下文中有个词mangle，我实在没想到什么合适的词来表达这个意思，只因为我的英语太差！我只能把我理解的写出来。这个词表达的意思是，会对数据 包的一些传输特性进行修改，在mangle表中允许的操作是 TOS、TTL、MARK。也就是说，今后只要我们见到这个词能理解它的作用就行了。

Table 3-1. 以本地为目标（就是我们自己的机子了）的包

Step（步骤）	Table（表）	Chain（链）	Comment（注释）
1			在线路上传输(比如，Internet)
2			进入接口 (比如， eth0)
3	mangle	PREROUTING	这个链用来mangle数据包，比如改变TOS等
4	nat	PREROUTING	这个链主要用来做DNAT。不要在这个链做过虑操作，因为某些情况下包会溜过去。
5			路由判断，比如，包是发往本地的，还是要转发的。
6	mangle	INPUT	在路由之后，被送往本地程序之前，mangle数据包。
7	filter	INPUT	所有以本地为目的的包都要经过这个链，不管它们从哪儿来，对这些包的过滤条件就设在这里。
8			到达本地程序了(比如，服务程序或客户程序)

注意，相比以前（译者注：就是指ipchain）现在数据包是由INPUT链过，而不是FORWARD链。这样更符合逻辑。刚看上去可能不太好理解，但仔细想想就会恍然大悟的。

现在我们来看看源地址是本地器的包要经过哪些步骤：

Table 3-2. 以本地为源的包

Step	Table	Chain	Comment
1			本地程序（比如，服务程序或客户程序）
2			路由判断，要使用源地址，外出接口，还有其他一些信息。
3	mangle	OUTPUT	在这儿可以mangle包。建议不要在这儿做过滤，可能有副作用哦。
4	nat	OUTPUT	这个链对从防火墙本身发出的包进行DNAT操作。
5	filter	OUTPUT	对本地发出的包过滤。
6	mangle	POSTROUTING	这条链主要在包DNAT之后(译者注： 作者把这一次DNAT称作实际的路由，虽然在前面有一次路由。对于本地的包，一旦它被生成，就必须经过路由代码的处理，但这个包具体到哪儿去，要由NAT 代码处理之后才能确定。所以把这称作实际的路由。)，离开本地之前，对包 mangle。有两种包会经过这里，防火墙所在机子本身产生的包，还有被转发的包。
7	nat	POSTROUTING	在这里做SNAT。但不要在这里做过滤，因为有副作用，而且有些包是会溜过去的，即使你用了DROP策略。
8			离开接口(比如： eth0)
9			在线路上传输(比如，Internet)

在这个例子中，我们假设一个包的目的是另一个网络中的一台机子。让我们来看看这个包的旅程：

Table 3-3. 被转发的包

Step	Table	Chain	Comment
1			在线路上传输(比如，Internet)
2			进入接口（比如， eth0）
3	mangle	PREROUTING	mangle数据包，，比如改变TOS等。
4	nat	PREROUTING	这个链主要用来做DNAT。不要在这个链做过虑操作，因为某些情况下包会溜过去。稍后会做SNAT。
5			路由判断，比如，包是发往本地的，还是要转发的。
6	mangle	FORWARD	包继续被发送至mangle表的 FORWARD链，这是非常特殊的情况才会用到的。在这里，包被mangle（还记得mangle的意思吗）。这次mangle发生在最初的路由判断之 后，在最后一次更改包的目的之前（译者注：就是下面的FORWARD链所做的，因其过滤功能，可能会改变一些包的目的地，如丢弃包）。
7	filter	FORWARD	包继续被发送至这条FORWARD链。只有需要转发的包才会走到这里，并且针对这些包的所有过滤也在这里进行。注意，所有要转发的包都要经过这里，不管是外网到内网的还是内网到外网的。在你自己书写规则时，要考虑到这一点。
8	mangle	POSTROUTING	这个链也是针对一些特殊类型的包（译者注：参考第6步，我们可以发现，在转发包时，mangle表的两个链都用在特殊的应用上）。这一步mangle是在所有更改包的目的地址的操作完成之后做的，但这时包还在本地上。
9	nat	POSTROUTING	这个链就是用来做SNAT的，当然也包括Masquerade（伪装）。但不要在这儿做过滤，因为某些包即使不满足条件也会通过。
10			离开接口(比如： eth0)
11			又在线路上传输了(比如，LAN)

就如你所见的，包要经历很多步骤，而且它们可以被阻拦在任何一条链上，或者是任何有问题的地方。我们的主要兴趣是iptables的概貌。注意，对不同的接口，是没有什么特殊的链和表的。所有要经防火墙/ 路由器转发的包都要经过FORWARD链。

三个主要表的概述：

Mangle表

主要用来mangle包，可以用mangle匹配来改变包的TOS等特性。

mangle表中仅有的几种操作：

TOS      操作用来设置或改变数据包的服务类型域。这常用来设置网络上的数据包如何被路由等策略。它在Internet上不能使用，而且很多路由器不会注意到这个域值。换句话说，不要设置发往Internet的包，除非你打算依靠TOS来路由，比如用iproute2。

TTL      操作用来改变数据包的生存时间域 ，我们可以让所有数据包只有一个特殊的TTL。它的存在有一个很好的理由，那就是我们可以欺骗一些ISP。为什么要欺骗他们呢？因为他们不愿意让我们共享一个。那些ISP会查找一台单独的计算机是否使用不同的TTL，并且以此作为判断连接是否被共享的标志。

MARK 用来给包设置特殊的标记。iproute2能识别这些标记，并根据不同的标记（或没有标记）决定不同的路由。用这些标记我们可以做带宽限制和基于请求的分类。

Nat表

此表仅用于NAT，也就是转换包的源或目标地址。

注意，就象我们前面说过的，只有流的第一个包会被这个链匹配，其后的包会自动被做相同的处理。

实际的操作分为以下几类：

DNAT   操作主要用在这样一种情况，你有一个合法的IP地址，要把对防火墙的访问重定向到其他的机子上（比如DMZ）。也就是说，我们改变的是目的地址，以使包能重路由到某台主机。

SNAT   改变包的源地址，这在极大程度上可以隐藏你的本地网络或者DMZ等。如我们知道防火墙的外部地址，但必须用这个地址替换本地网络地址。有了这个操作，防火墙就能自动地对包做SNAT和De-SNAT(就是反向的SNAT),以使LAN能连接到Internet。

MASQUERADE       的作用和MASQUERADE完全一样，只是计算机的负荷稍微多一点。因为对每个匹配的包，MASQUERADE都要查找可用的IP地址，而不象SNAT用的IP地址是配置好的。当然，这也有好处，就是我们可以使用通过PPP、 PPPOE、SLIP等拨号得到的地址，这些地址可是由ISP的DHCP随机分配的。

Filter表

filter 表用来过滤数据包，我们可以在任何时候匹配包并过滤它们。我们就是在这里根据包的内容对包做DROP或ACCEPT的。几乎所有的target都可以在这儿使用。

二、跟踪

状态机制是iptables中特殊的一部分，其实它不应该叫状态机制，因为它只是一种连接跟踪机制。但是，很多人都认可状态机制这个名字。文中我也 或多或或少地用这个名字来表示和连接跟踪相同的意思。这不应该引起什么混乱的。连接跟踪可以让Netfilter知道某个特定连接的状态。运行连接跟踪的 防火墙称作带有状态机制的防火墙，以下简称为状态防火墙。状态防火墙比非状态防火墙要安全，因为它允许我们编写更严密的规则。

在iptables里，包是和被跟踪连接的四种不同状态有关的。它们是NEW，ESTABLISHED，RELATED和INVALID。后面我们会深入地讨论每一个状态。使用--state匹配操作，我们能很容易地控制 “谁或什么能发起新的会话”。

所有在内核中由Netfilter的特定框架做的连接跟踪称作conntrack（译者注：就是connection tracking 的首字母缩写）。conntrack可以作为模块安装，也可以作为内核的一部分。大部分情况下，我们想要，也需要更详细的连接跟踪，这是相比于缺省的 conntrack而言。也因为此，conntrack中有许多用来处理TCP， UDP或ICMP协议的部件。这些模块从数据包中提取详细的、唯一的信息，因此能保持对每一个数据流的跟踪。这些信息也告知conntrack流当前的状 态。例如，UDP流一般由他们的目的地址、源地址、目的端口和源端口唯一确定。

在以前的内核里，我们可以打开或关闭重组功能。然而，自从iptables和Netfilter，尤其是连接跟踪被引入内核，这个选项就被取消了。 因为没有包的重组，连接跟踪就不能正常工作。现在重组已经整合入 conntrack，并且在conntrack启动时自动启动。不要关闭重组功能，除非你要关闭连接跟踪。

除了本地产生的包由OUTPUT链处理外，所有连接跟踪都是在PREROUTING链里进行处理的，意思就是， iptables会在PREROUTING链里从新计算所有的状态。如果我们发送一个流的初始化包，状态就会在OUTPUT链里被设置为NEW，当我们收到回应的包时，状态就会在PREROUTING链里被设置为ESTABLISHED。如果第一个包不是本地产生的，那就会在PREROUTING链里被设置为NEW状态。综上，所有状态的改变和计算都是在nat表中的PREROUTING链和OUTPUT链里完成的。

包的状态依据IP所包含的协议不同而不同，但在内核外部，也就是用户空间里，只有4种状态：NEW，ESTABLISHED，RELATED 和INVALID。它们主要是和状态匹配一起使用。下面就简要地介绍以下这几种状态：

Table 4-1. 数据包在用户空间的状态

State（状态）	Explanation（注释）
NEW	NEW说明这个包是我们看到的第一个包。意思就是，这是conntrack模块看到的某个连接第一个包，它即将被匹配了。比如，我们看到一个SYN 包，是我们所留意的连接的第一个包，就要匹配它。第一个包也可能不是SYN包，但它仍会被认为是NEW状态。这样做有时会导致一些问题，但对某些情况是有非常大的帮助的。例如，在我们想恢复某条从其他的防火墙丢失的连接时，或者某个连接已经超时，但实际上并未关闭时。
ESTABLISHED	ESTABLISHED已经注意到两个方向上的数据传输，而且会继续匹配这个连接的包。处于ESTABLISHED状态的连接是非常容易理解的。只要发送并接到应答，连接就是ESTABLISHED的了。一个连接要从NEW变为ESTABLISHED，只需要接到应答包即可，不管这个包是发往防火墙的，还是要由防火墙转发的。ICMP的错误和重定向等信息包也被看作是ESTABLISHED，只要它们是我们所发出的信息的应答。
RELATED	RELATED是 个比较麻烦的状态。当一个连接和某个已处于ESTABLISHED状态的连接有关系时，就被认为是RELATED的了。换句话说，一个连接要想是 RELATED的，首先要有一个ESTABLISHED的连接。这个ESTABLISHED连接再产生一个主连接之外的连接，这个新的连接就是 RELATED的了，当然前提是conntrack模块要能理解RELATED。ftp是个很好的例子，FTP-data 连接就是和FTP-control有RELATED的。还有其他的例子，比如，通过IRC的DCC连接。有了这个状态，ICMP应答、FTP传输、DCC 等才能穿过防火墙正常工作。注意，大部分还有一些UDP协议都依赖这个机制。这些协议是很复杂的，它们把连接信息放在数据包里，并且要求这些信息能被正确 理解。
INVALID	INVALID说明数据包不能被识别属于哪个连接或没有任何状态。有几个原因可以产生这种情况，比如，内存溢出，收到不知属于哪个连接的ICMP 错误信息。一般地，我们DROP这个状态的任何东西。

这些状态可以一起使用，以便匹配数据包。这可以使我们的防火墙非常强壮和有效。以前，我们经常打开1024以上的所有端口来放行应答的数据。现在，有了状态机制，就不需再这样了。因为我们可以只开放那些有应答数据的端口，其他的都可以关闭。这样就安全多了。

tcp 6 117 SYN_SENT src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 sport=1031 dport=23 [UNREPLIED] src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 sport=23 dport=1031 use=1

从上面的记录可以看出，SYN_SENT状态被设置了，这说明连接已经发出一个SYN包，但应答还没发送过来，这可从[UNREPLIED]标志看出。

tcp 6 57 SYN_RECV src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 sport=1031 dport=23 src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 sport=23 dport=1031 use=1

现在我们已经收到了相应的SYN/ACK包，状态也变为SYN_RECV，这说明最初发出的SYN包已正确传输，并且SYN/ACK包也到达了防火墙。 这就意味着在连接的两方都有数据传输，因此可以认为两个方向都有相应的回应。当然，这是假设的。

tcp 6 431999 ESTABLISHED src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 sport=1031 dport=23 src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 sport=23 dport=1031 use=1

现在我们发出了三步握手的最后一个包，即ACK包，连接也就进入ESTABLISHED状态了。再传输几个数据包，连接就是[ASSURED]的了。

udp 17 20 src=192.168.1.2 dst=192.168.1.5 sport=137 dport=1025 [UNREPLIED] src=192.168.1.5 dst=192.168.1.2 sport=1025 dport=137 use=1

从前两个值可知，这是一个UDP包。第一个是协议名称，第二个是协议号，第三个是此状态的生存时间，默认是30秒。接下来是包的源、目地址和端口，还有期待之中回应包的源、目地址和端口。[UNREPLIED]标记说明还未收到回应。

udp 17 170 src=192.168.1.2 dst=192.168.1.5 sport=137 dport=1025 src=192.168.1.5 dst=192.168.1.2 sport=1025 dport=137 use=1

一旦收到第一个包的回应，[UNREPLIED]标记就会被删除，连接就被认为是ESTABLISHED的，但在记录里并不显示 ESTABLISHED标记。相应地，状态的超时时间也变为180秒了。在本例中，只剩170秒了，10秒后，就会减少为160秒。有个东西是不可少的， 虽然它可能会有些变化，就是前面提过的[ASSURED]。要想变为 [ASSURED]状态，连接上必须要再有些流量。

udp 17 175 src=192.168.1.5 dst=195.22.79.2 sport=1025 dport=53 src=195.22.79.2 dst=192.168.1.5 sport=53 dport=1025 [ASSURED] use=1

可以看出来，[ASSURED]状态的记录和前面的没有多大差别，除了标记由[UNREPLIED]变成[ASSURED]。如果这个连接持续不了 180秒，那就要被中断。180秒是短了点儿，但对大部分应用足够了。只要遇到这个连接的包穿过防火墙，超时值就会被重置为默认值，所有的状态都是这样 的。