/proc/sys/net/ip_conntrack

conntrack记录

我们先来看看怎样阅读/proc/net/ip_conntrack里的conntrack记录。这些记录表示的是当前被跟踪的连接。如果安装了ip_conntrack模块，cat /proc/net/ip_conntrack 的显示类似：

tcp 6 117 SYN_SENT src=192.168.1.6 dst=192.168.1.9 sport=32775 dport=22 [UNREPLIED] src=192.168.1.9 dst=192.168.1.6 sport=22 dport=32775 use=2

conntrack 模块维护的所有信息都包含在这个例子中了，通过它们就可以知道某个特定的连接处于什么状态。首先显示的是协议，这里是tcp，接 着是十进制的6（译者注：tcp的协议类型代码是6）。之后的117是这条conntrack记录的生存时间，它会有规律地被消耗，直到收到这个连接的更 多的包。那时，这个值就会被设为当时那个状态的缺省值。接下来的是这个连接在当前时间点的状态。上面的例子说明这个包处在状态 SYN_SENT，这个值是iptables显示的，以便我们好理解，而内部用的值稍有不同。SYN_SENT说明我们正在观察的这个连接只在一个方向发 送了一TCP SYN包。再下面是源地址、目的地址、源端口和目的端口。其中有个特殊的词UNREPLIED，说明这个连接还没有收到任何回应。最后，是希望接收的应答 包的信息，他们的地址和端口和前面是相反的。

连接跟踪记录的信息依据IP所包含的协议不同而不同，所有相应的值都是在头文件linux/include/netfilter-ipv4/ip_conntrack*.h中定义的。IP、TCP、UDP、ICMP协议的缺省值是在linux/include/netfilter-ipv4/ip_conntrack.h里定义的。具体的值可以查看相应的协议，但我们这里用不到它们，因为它们大都只在conntrack内部使用。随着状态的改变，生存时间也会改变。

 

最近patch-o-matic里有一个新的补丁，可以把上面提到的超时时间也作为系统变量，这样我们就能够在系统空闲时改变它们的值。以后，我们就不必为了改变这些值而重编译内核了。 这些可通过/proc/sys/net/ipv4/netfilter下的一些特殊的系统调用来改变。仔细看看/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_*里的变量吧。

 

当 一个连接在两个方向上都有传输时，conntrack记录就删除[UNREPLIED]标志，然后重置。在末尾有 [ASSURED]的记录说明两个方向已没有流量。这样的记录是确定的，在连接跟踪表满时，是不会被删除的，没有[ASSURED]的记录就要被删除。连 接跟踪表能容纳多少记录是被一个变量控制的，它可由内核中的ip- sysctl函数设置。默认值取决于你的内存大小，128MB可以包含8192条目录，256MB是16376条。你也可以在/proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max里查看、设置。

4.3. 数据包在用户空间的状态

就象前面说的，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。

4.4. TCP 连接

本节和下面的几节，我们来详细讨论这些状态，以及在TCP、UDP和ICMP这三种基本的协议里怎样操作它们。当然，也会讨论其他协议的情况。我们还是从TCP入手，因为它本身就是一个带状态的协议，并且具有很多关于iptables状态机制的详细信息。

一个TCP连接是经过三次握手协商连接信息才建立起来的。整个会话由一个SYN包开始，然后是一个 SYN/ACK包，最后是一个ACK包，此时，会话才建立成功，能够发送数据。最大的问题在于连接跟踪怎样控制这个过程。其实非常简单。

默 认情况下，连接跟踪基本上对所有的连接类型做同样的操作。看看下面的图片，我们就能明白在连接的不同阶段，流是处于什么状态的。就如你看到的，连 接跟踪的代码不是从用户的观点来看待TCP连接建立的流程的。连接跟踪一看到SYN包，就认为这个连接是NEW状态，一看到返回的SYN/ACK包，就认 为连接是 ESTABLISHED状态。如果你仔细想想第二步，应该能理解为什么。有了这个特殊处理，NEW和ESTABLISHED包就可以发送出本地网络，且只 有ESTABLISHED的连接才能有回应信息。如果把整个建立连接的过程中传输的数据包都看作NEW，那么三次握手所用的包都是NEW状态的，这样我们 就不能阻塞从外部到本地网络的连接了。因为即使连接是从外向内的，但它使用的包也是NEW状态的，而且为了其他连接能正常传输，我们不得不允许NEW状态 的包返回并进入防火墙。更复杂的是，针对TCP连接内核使用了很多内部状态，它们的定义在 的21-23页。但好在我们在用户空间用不到。后面我们会详细地介绍这些内容。

 

 

正如你看到的，以用户的观点来看，这是很简单的。但是，从内核的角度看这一块还有点困难的。我们来看一个例子。认真考虑一下在/proc/net/ip_conntrack里，连接的状态是如何改变的。

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。

下面介绍TCP连接在关闭过程中的状态。

 

 

如上图，在发出最后一个ACK包之前，连接（指两个方向）是不会关闭的。注意，这只是针对一般的情况。连接也可以通过发送关闭，这用在拒绝一个连接的时候。在RST包发送之后，要经过预先设定的一段时间，连接才能断掉。

连接关闭后，进入TIME_WAIT状态，缺省时间是2分钟。之所以留这个时间，是为了让数据包能完全通过各种规则的检查，也是为了数据包能通过拥挤的路由器，从而到达目的地。

如果连接是被RST包重置的，就直接变为CLOSE了。这意味着在关闭之前只有10秒的默认时间。RST包是不需要确认的，它会直接关闭连接。针对TCP连接，还有其他一些状态我们没有谈到。下面给出一个完整的状态列表和超时值。

Table 4-2. 内部状态

State	Timeout value
NONE	30 minutes
ESTABLISHED	5 days
SYN_SENT	2 minutes
SYN_RECV	60 seconds
FIN_WAIT	2 minutes
TIME_WAIT	2 minutes
CLOSE	10 seconds
CLOSE_WAIT	12 hours
LAST_ACK	30 seconds
LISTEN>	2 minutes

这些值不是绝对的，可以随着内核的修订而变化，也可以通过/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_tcp_*的变量更改。这些默认值都是经过实践检验的。它们的单位是jiffies（百分之一秒），所以3000就代表30秒。

 

注 意状态机制在用户空间里的部分不会查看TCP包的标志位（也就是说TCP标志对它而言是透明的）。如果我们想让NEW状态的包通过防火墙，就要指 定NEW状态，我们理解的NEW状态的意思就是指SYN包，可是iptables又不查看这些标志位。这就是问题所在。有些没有设置SYN或ACK的包， 也会被看作NEW状态的。这样的包可能会被冗余防火墙用到，但对只有一个防火墙的网络是很不利的（可能会被攻击哦）。那我们怎样才能不受这样的包的影响 呢？你可以使用 里的命令。还有一个办法，就是安装patch-o-matic里的tcp-window-tracking扩展功能，它可以使防火墙能根据TCP的一些标志位来进行状态跟踪。

 

4.5. UDP连接

UDP连接是无状态的，因为它没有任何的连接建立和关闭过程，而且大部分是无序列号的。以某个顺序收到的两个数据包是无法确定它们的发出顺序的。但内核仍然可以对UDP连接设置状态。我们来看看是如何跟踪UDP连接的，以及conntrack的相关记录。

 

 

从上图可以看出，以用户的角度考虑，UDP连接的建立几乎与TCP的一样。虽然conntrack信息看起来有点儿不同，但本质上是一样的。下面我们先来看看第一个UDP包发出后的conntrack记录。

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。

4.6. ICMP 连接

ICMP 也是一种无状态协议，它只是用来控制而不是建立连接。ICMP包有很多类型，但只有四种类型有应答包，它们是回显请求和应答（Echo request and reply），时间戳请求和应答（Timestamp request and reply），信息请求和应答（Information request and reply），还有地址掩码请求和应答（Address mask request and reply），这些包有两种状态，NEW和ESTABLISHED 。时间戳请求和信息请求已经废除不用了，回显请求还是常用的，比如ping命令就用的到，地址掩码请求不太常用，但是可能有时很有用并且值得使用。看看下面的图，就可以大致了解ICMP连接的NEW和ESTABLISHED状态了。

 

 

如图所示，主机向目标发送一个回显请求，防火墙就认为这个包处于NEW状态。目标回应一个回显应答，防火墙就认为包处于ESTABLISHED了。当回显请求被发送时，ip_conntrack里就有这样的记录了：

icmp 1 25 src=192.168.1.6 dst=192.168.1.10 type=8 code=0 id=33029 [UNREPLIED] src=192.168.1.10 dst=192.168.1.6 type=0 code=0 id=33029 use=1

可以看到，ICMP的记录和TCP、UDP的有点区别，协议名称、超时时间和源、目地址都一样，不同之处在于没有了端口，而新增了三个新的字段：type，code和id。字段type说明ICMP的类型。code说明ICMP的代码，这些代码在附录里有说明。id是ICMP包的ID。每个ICMP包被发送时都被分配一个ID，接受方把同样的ID 分配给应答包，这样发送方能认出是哪个请求的应答。

[UNREPLIED]的含义和前面一样，说明数的传输只发生在一个方向上，也就是说未收到应答。再往后，是应答包的源、目地址，还有相应的三个新字段，要注意的是type和code是随着应答包的不同而变化的，id和请求包的一样。

和前面一样，应答包被认为是ESTABLISHED的。然而，在应答包之后，这个ICMP 连接就不再有数据传输了。所以，一旦应答包穿过防火墙，ICMP的连接跟踪记录就被销毁了。

以上各种情况，请求被认为NEW，应答是ESTABLISHED。换句话说，就是当防火墙看到一个请求包时，就认为连接处于NEW状态，当有应答时，就是ESTABLISHED状态。

 

注意，应答包必须符合一定的标准，连接才能被认作established的，每个传输类型都是这样。

 

ICMP的缺省超时是30秒，可以在/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_icmp_timeout中修改。这个值是比较合适的，适合于大多数情况。

ICMP的另一个非常重要的作用是，告诉UDP、TCP连接或正在努力建立的连接发生了什么，这时ICMP应答被认为是RELATED的。主机不可达和网络不可达就是这样的例子。当试图连接某台机子不成功时（可能那台机子被关上了），数据包所到达的最后一台路由器就会返回以上的ICMP信息，它们就是RELATED的，如下图：

 

 

我们发送了一个SYN包到某一地址，防火墙认为它的状态是NEW。但是，目标网络有问题不可达，路由器就会返回网络不可达的信息，这是RELATED的。连接跟踪会认出这个错误信息是哪个连接的，连接会中断，同时相应的记录删除会被删除。

当UDP连接遇到问题时，同样会有相应的ICMP信息返回，当然它们的状态也是RELATED ，如下图：

 

 

我们发送一个UDP包，当然它是NEW的。但是，目标网络被一些防火墙或路由器所禁止。我们的防火墙就会收到网络被禁止的信息。防火墙知道它是和哪个已打开的UDP连接相关的，并且把这个信息（状态是RELATED）发给它，同时，把相应的记录删除。客户机收到网络被禁止的信息，连接将被中断。

4.7. 缺省的连接操作

有时，conntrack机制并不知道如何处理某个特殊的协议，尤其是在它不了解这个协议或不知道协议如何工作时，比如，NETBLT，MUX还有EGP。这种情况下，conntrack使用缺省的操作。这种操作很象对UDP连接的操作，就是第一个包被认作NEW，其后的应答包等等数据都是 ESTABLISHED。

使用缺省操作的包的超时值都是一样的，600秒，也就是10分钟。当然，这个值可以通过/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_generic_timeout更改，以便适应你的通信量，尤其是在耗时较多、流量巨大的情况下，比如使用卫星等。

连接记录跟踪表ip_conntrack

我们先来看看怎样阅读/proc/net/ip_conntrack里的conntrack记录。这些记 录表示的是当前被 跟踪的连接。如果安装了ip_conntrack模块，cat /proc/net/ip_conntrack 的显示类似：

tcp   6 117 SYN_SENT src=192.168.1.6 dst=192.168.1.9 sport=32775   dport=22 [UNREPLIED] src=192.168.1.9 dst=192.168.1.6 sport=22  dport=32775 use=2

conntrack 模块维护的所有信息都包含在这个例子中了，通过它们就可以知道某个特定的连接处于 什么状态。首先显示的是协议，这里是tcp，接着是十进制的6（tcp的协议类型代码是 6）。之后的117是这条conntrack记录的生存时间，它会有规律地被消耗，直到收到这个连接的 更多的包。那时，这个值就会 被设为当时那个状态的缺省值。接下来的是这个连接在当前时间点的状态。上面的例子说明这个包处在状态 SYN_SENT，这个值是iptables显示的，以便我们好理解，而内部用的值稍有不同。SYN_SENT说明我们正在观察的这个连接只在一个方向发 送了一TCP SYN包。再下面是源地址、目的地址、源端口和目的端口。其中有个特殊的词UNREPLIED，说明这个连接还没有收到任何回应。最后，是希望接收的应答 包的信息，他们的地址和端口和前面是相反的。

连接跟踪记录的信息依据IP所包含的协议不同而不同，所有相应的值都是在头文件 linux/include /netfilter-ipv4/ip_conntrack*.h中定义的。IP、TCP、UDP、ICMP协 议的缺省值是在linux/include/netfilter-ipv4/ip_conntrack.h里定义的。具体的值可以查看相应的协议，但我们 这里用不到它们，因为它们大都只在conntrack内部使用。随着状态的改变，生存时间也会改变。

最近patch-o-matic里有一个新的补丁，可以把上面提到的超时时间也作为系统变量，这样我们就能够在系统空闲时改变它们的值。以后，我们就不必为了改变这些值而重编译内核了。

这些可通过/proc/sys/net/ipv4/netfilter下的一些特殊的系统调用来改变。仔细看看/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_*里的变量吧。

当 一个连接在两个方向上都有传输时，conntrack记录就删除[UNREPLIED]标志，然后重置。在末尾有[ASSURED]的记录说明两个方向已 没有流量。这样的记录是确定的，在连接跟踪表满时，是不会被删除的，没有[ASSURED]的记录就要被删除。连接跟踪表能容纳多少记录是被一个变量控制 的，它可由内核中的ip- sysctl函数设置。默认值取决于你的内存大小，128MB可以包含8192条目录，256MB是16376条。你也可以在/proc/sys/net /ipv4/ip_conntrack_max里查看、设置。

*指定要匹配包的的状态，当前有4种状态可用：INVALID，ESTABLISHED，NEW和RELATED。
INVALID意味着这个包没有已知的流或连接与之关联，也可能是它包含的数据或包头有问题。
ESTABLISHED意思是包是完全有效的，而且属于一个已建立的连接，这个连接的两端都已经有数据发送。
NEW表示包将要或已经开始建立一个新的连接，或者是这个包和一个还没有在两端都有数据发送的连接有关。
RELATED说明包正在建立一个新的连接，这个连接是和一个已建立的连接相关的。比如，FTP data transfer，ICMP error 和一个TCP或UDP连接相关。
注意NEW状态并不在试图建立新连接的TCP包里寻找SYN标记，因此它不应该不加修改地用在只有一个防火墙或在不同的防火墙之间没有启用负载平衡的地方。
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------