netfilter框架

netfilter框架

Linux内核包含了一个强大的网络子系统，名为netfilter，它可以为iptables内核防火墙模块提供有状态或无状态的包过滤服务，如NAT、IP伪装等，也可以因高级路由或连接状态管理的需要而修改IP头信息。netfilter位于Linux网络层和防火墙内核模块之间，如图9-1所示。

 

（点击查看大图）图9-1  netfilter在内核中的位置

虽然防火墙模块构建在Linux内核，并且要对流经IP层的数据包进行处理，但它并没有改变IP协议栈的代码，而是通过netfilter模块将防火墙的功能引入IP层，从而实现防火墙代码和IP协议栈代码的完全分离。netfilter模块的结构如图9-2所示。

 

（点击查看大图）图9-2  netfilter结构框架图

对IPv4协议来说，netfilter在IP数据包处理流程的5个关键位置定义了5个钩子（hook）函数。当数据包流经这些关键位置时，相应的钩子函数就被调用。从图9-2中可以看到，数据包从左边进入IP协议栈，进行IP校验以后，数据包被第一个钩子函数PRE_ROUTING处理，然后就进入路由模块，由其决定该数据包是转发出去还是送给本机。

若该数据包是送给本机的，则要经过钩子函数LOCAL_IN处理后传递给本机的上层协议；若该数据包应该被转发，则它将被钩子函数FORWARD处理，然后还要经钩子函数POST_ROUTING处理后才能传输到网络。本机进程产生的数据包要先经过钩子函数LOCAL_OUT处理后，再进行路由选择处理，然后经过钩子函数POST_ROUTING处理后再发送到网络。

说明：内核模块可以将自己的函数注册到钩子函数中，每当有数据包经过该钩子点时，钩子函数就会按照优先级依次调用这些注册的函数，从而可以使其他内核模块参与对数据包的处理。这些处理可以是包过滤、NAT以及用户自定义的一些功能.

iptables防火墙内核模块

netfilter框架为内核模块参与IP层数据包处理提供了很大的方便，内核的防火墙模块正是通过把自己的函数注册到netfilter的钩子函数这种方式介入了对数据包的处理。这些函数的功能非常强大，按照功能来分的话主要有4种，包括连接跟踪、数据包过滤、网络地址转换（NAT）和对数据包进行修改。其中，NAT还分为SNAT和DNAT，分别表示源网络地址转换和目的网络地址转换，内核防火墙模块函数的具体分布情况如图9-3所示。

由图9-3可以看出，防火墙模块在netfilter的LOCAL_IN、FORWARD和LOCAL_OUT 3个位置分别注册了数据包过滤函数，数据包经过这些位置时，防火墙模块要对数据包进行过滤。这三个位置也称为三条链，名称分别为INPUT、FORWARD和OUTPUT，它们共同组成了一张过滤表，每条链可以包含各种规则，每一条规则都包含0个或多个匹配以及一个动作。当数据包满足所有的匹配时，则过滤函数将执行设定的动作，以便对数据包进行过滤的。

 

（点击查看大图）图9-3  iptables防火墙内核模块结构框架图

注意：这些规则的次序是很重要的，过滤函数对数据包执行了某一规则动作后，对数据包的处理即告结束，即使这个数据包还满足后面其他规则的所有匹配，也不会执行那些规则所设定的动作。

从图9-3中可以看出，除了过滤表以外，在PRE_ROUTING、LOCAL_OUT和POST_ ROUTING 3个位置各有一条有关NAT的链，名称分别为PREROUTING、OUTPUT和POSTROUTING，它们组成了NAT表。NAT链里面也可以包含各种规则，它指出了如何对数据包的地址进行转换。

此外，5个钩子函数位置的mangle链还组成了一张mangle表，这个表的主要功能是根据规则修改数据包的一些标志位，例如TTL、TOS等，也可以在内核空间为数据包设置一些标志。防火墙内的其他规则或程序（如tc等）可以利用这种标志对数据包进行过滤或高级路由。

以上介绍的是iptables防火墙的内部结构，Linux系统还提供了iptables防火墙的用户接口，它可以在上述各张表所包含的链中添加规则，或者修改、删除规则，从而可以根据需要构建自己的防火墙。具体来说，用户是通过输入iptables命令来实现上述功能的。

Netfilter返回值
    返回值                含义
NF_DROP                丢弃该数据包
NF_ACCEPT            保留该数据包
NF_STOLEN            忘掉该数据包
NF_QUEUE            将该数据包插入到用户空间
NF_REPEAT            再次调用该hook函数

iptables命令格式（1）

在RHEL 5中，iptables命令由iptables-1.3.5-1.2.1软件包提供，默认时，系统已经安装了该软件包，因此，用户可以直接输入iptables命令对防火墙中的规则进行管理。iptables命令相当复杂，具体格式如下所示。

iptables [-t 表名] <命令> [链名] [规则号] [规则] [-j 目标]

-t选项用于指定所使用的表，iptables防火墙默认有filter、nat和mangle 3张表，也可以是用户自定义的表。表中包含了分布在各个位置的链，iptables命令所管理的规则就是存在于各种链中的。该选项不是必需的，如果未指定一个具体的表，则默认使用的是filter表。

命令选项是必须要有的，它告诉iptables要做什么事情，是添加规则、修改规则还是删除规则。有些命令选项后面要指定具体的链名称，而有些可以省略，此时，是对所有的链进行操作。还有一些命令要指定规则号。具体的命令选项名称及其与后续选项的搭配形式如下所示。

示例1：

-A  <链名>  <规则>

功能：在指定链的末尾添加一条或多条规则。

示例2：

-D  <链名>  <规则>
-D  <链名>  <规则号>

功能：从指定的链中删除一条或多条规则。可以按照规则的序号进行删除，也可以删除满足匹配条件的规则。

示例3：

-R  <链名>  <规则号>  <规则>

功能：在指定的链中用新的规则置换掉某一规则号的旧规则。

示例4：

-I  <链名>  [规则号]  <规则>

功能：在给出的规则序号前插入一条或多条规则，如果没有指定规则号，则默认是1。

示例5：

-L  [链名]

功能：列出指定链中的所有规则，如果没有指定链，则所有链中的规则都将被列出。

示例6：

-F  [链名]

功能：删除指定链中的所有规则，如果没有指定链，则所有链中的规则都将被删除。

示例7：

-N  <链名>

功能：建立一个新的用户自定义链。

示例8：

-X  [链名]

功能：删除指定的用户自定义链，这个链必须没有被引用，而且里面也不包含任何规则。如果没有给出链名，这条命令将试着删除每个非内建的链。

示例9：

-P <链名> <目标>

功能：为指定的链设置规则的默认目标，当一个数据包与所有的规则都不匹配时，将采用这个默认的目标动作。

示例10：

-E  <旧链名>  <新链名> 

 iptables命令格式（2）
功能：重新命名链名，对链的功能没有影响。
以上是有关iptables命令格式中有关命令选项部分的解释。iptables命令格式中的规则部分由很多选项构成，主要指定一些IP数据包的特征。例如，上一层的协议名称、源IP地址、目的IP地址、进出的网络接口名称等，下面列出构成规则的常见选项。
-p<协议类型>：指定上一层协议，可以是icmp、tcp、udp和all。
-s：指定源IP地址或子网。
-d：指定目的IP地址或子网。
-i<网络接口>：指定数据包进入的网络接口名称。
-o<网络接口>：指定数据包出去的网络接口名称。
注意：上述选项可以进行组合，每一种选项后面的参数前可以加"!"，表示取反。
对于-p选项来说，确定了协议名称后，还可以有进一步的子选项，以指定更细的数据包特征。常见的子选项如下所示。
-p tcp --sport ：指定TCP数据包的源端口。
-p tcp --dport ：指定TCP数据包的目的端口。
-p tcp --syn：具有SYN标志的TCP数据包，该数据包要发起一个新的TCP连接。
-p udp --sport ：指定UDP数据包的源端口。
-p udp --dport ：指定UDP数据包的目的端口。
-p icmp --icmp-type ：指定icmp数据包的类型，可以是echo-reply、echo-request等。
上述选项中，port可以是单个端口号，也可以是以port1:port2表示的端口范围。每一选项后的参数可以加"!"，表示取反。
上面介绍的这些规则选项都是iptables内置的，iptables软件包还提供了一套扩展的规则选项。使用时需要通过-m选项指定模块的名称，再使用该模块提供的选项。下面列出几个模块名称和其中的选项，大部分的选项也可以通过"!"取反。
-m multiport --sports <port, port, …>
功能：指定数据包的多个源端口，也可以以port1:port2的形式指定一个端口范围。
-m multiport --dports <port, port, …>
功能：指定数据包的多个目的端口，也可以以port1:port2的形式指定一个端口范围。
-m multiport --ports <port, port, …>
功能：指定数据包的多个端口，包括源端口和目的端口，也可以以port1:port2的形式指定一个端口范围。
-m state --state <state>
功能：指定满足某一种状态的数据包，state可以是INVALID、ESTABLISHED、NEW和RELATED等，也可以是它们的组合，用","分隔。
-m connlimit  --connlimit-above <n>
功能：用于限制客户端到一台主机的TCP并发连接总数，n是一个数值。
-m  mac  --mac-source  <address>
功能：指定数据包的源MAC地址，address是xx:xx:xx:xx:xx:xx形式的48位数。
-m选项可以提供的模块名和子选项内容非常多，为iptables提供了非常强大、细致的功能，所有的模块名和子选项可以通过"man iptables"命令查看iptables命令的手册页获得。
最后，iptables命令中的-j选项可以对满足规则的数据包执行指定的操作，其后的"目标"可以是以下内容。
-j ACCEPT：将与规则匹配的数据包放行，并且该数据包将不再与其他规则匹配，而是跳向下一条链继续处理。
-j REJECT：拒绝所匹配的数据包，并向该数据包的发送者回复一个ICMP错误通知。该处理动作完成后，数据包将不再与其他规则匹配，而且也不跳向下一条链。
-j DROP：丢弃所匹配的数据包，不回复错误通知。该处理动作完成后，数据包将不再与其他规则匹配，而且也不跳向下一条链。
-j REDIRECT：将匹配的数据包重定向到另一个位置，该动作完成后，会继续与其他规则进行匹配。
-j LOG：将与规则匹配的数据包的相关信息记录在日志（/var/log/message）中，并继续与其他规则匹配。
-j <规则链名称>：数据包将会传递到另一规则链，并与该链中的规则进行匹配。
除了上述目标动作外，还有一些与NAT有关的目标，将在9.4节中讲述。所有的目标也可以通过查看iptables命令的手册页获得.