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图文并茂理解iptables #153

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bingoohuang commented 4 years ago

图文并茂理解iptables

iptables详解（1）：iptables概念

原文 系列

防火墙相关概念

从逻辑上讲。防火墙可以大体分为主机防火墙和网络防火墙。

网络防火墙和主机防火墙并不冲突，可以理解为，网络防火墙主外（集体）， 主机防火墙主内（个人）。

从物理上讲，防火墙可以分为硬件防火墙和软件防火墙。

image

那么在此处，我们就来聊聊Linux的iptables

iptables其实不是真正的防火墙，我们可以把它理解成一个客户端代理，用户通过iptables这个代理，将用户的安全设定执行到对应的"安全框架"中，这个"安全框架"才是真正的防火墙，这个框架的名字叫netfilter。

netfilter才是防火墙真正的安全框架（framework），netfilter位于内核空间。

iptables其实是一个命令行工具，位于用户空间，我们用这个工具操作真正的框架。

netfilter/iptables（下文中简称为iptables）组成Linux平台下的包过滤防火墙，与大多数的Linux软件一样，这个包过滤防火墙是免费的，它可以代替昂贵的商业防火墙解决方案，完成封包过滤、封包重定向和网络地址转换（NAT）等功能。

Netfilter是Linux操作系统核心层内部的一个数据包处理模块，它具有如下功能：

所以说，虽然我们使用service iptables start启动iptables"服务"，但是其实准确的来说，iptables并没有一个守护进程，所以并不能算是真正意义上的服务，而应该算是内核提供的功能。

iptables基础

我们知道iptables是按照规则来办事的，我们就来说说规则（rules），规则其实就是网络管理员预定义的条件，规则一般的定义为"如果数据包头符合这样的条件，就这样处理这个数据包"。规则存储在内核空间的信息包过滤表中，这些规则分别指定了:

  1. 源地址
  2. 目的地址
  3. 传输协议（如TCP、UDP、ICMP）
  4. 服务类型（如HTTP、FTP和SMTP）等

当数据包与规则匹配时，iptables就根据规则所定义的方法来处理这些数据包，如:

  1. 放行（accept）
  2. 拒绝（reject）
  3. 丢弃（drop）等。

配置防火墙的主要工作就是添加、修改和删除这些规则。

这样说可能并不容易理解，我们来换个容易理解的角度，从头说起.

当客户端访问服务器的web服务时，客户端发送报文到网卡，而tcp/ip协议栈是属于内核的一部分，所以，客户端的信息会通过内核的TCP协议传输到用户空间中的web服务中，而此时，客户端报文的目标终点为web服务所监听的套接字（IP：Port）上，当web服务需要响应客户端请求时，web服务发出的响应报文的目标终点则为客户端，这个时候，web服务所监听的IP与端口反而变成了原点，我们说过，netfilter才是真正的防火墙，它是内核的一部分，所以，如果我们想要防火墙能够达到"防火"的目的，则需要在内核中设置关卡，所有进出的报文都要通过这些关卡，经过检查后，符合放行条件的才能放行，符合阻拦条件的则需要被阻止，于是，就出现了input关卡和output关卡，而这些关卡在iptables中不被称为"关卡",而被称为"链"。

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其实我们上面描述的场景并不完善，因为客户端发来的报文访问的目标地址可能并不是本机，而是其他服务器，当本机的内核支持IP_FORWARD时，我们可以将报文转发给其他服务器，所以，这个时候，我们就会提到iptables中的其他"关卡"，也就是其他"链"，他们就是 "路由前"、"转发"、"路由后"，他们的英文名是PREROUTING、FORWARD、POSTROUTING

也就是说，当我们启用了防火墙功能时，报文需要经过如下关卡，也就是说，根据实际情况的不同，报文经过"链"可能不同。如果报文需要转发，那么报文则不会经过input链发往用户空间，而是直接在内核空间中经过forward链和postrouting链转发出去的。

image

image 图来自Layman's iptables 101

所以，根据上图，我们能够想象出某些常用场景中，报文的流向：

  1. 到本机某进程的报文：PREROUTING --> INPUT
  2. 由本机转发的报文：PREROUTING --> FORWARD --> POSTROUTING
  3. 由本机的某进程发出报文（通常为响应报文）：OUTPUT --> POSTROUTING

链的概念

现在，我们想象一下，这些"关卡"在iptables中为什么被称作"链"呢？我们知道，防火墙的作用就在于对经过的报文匹配"规则"，然后执行对应的"动作",所以，当报文经过这些关卡的时候，则必须匹配这个关卡上的规则，但是，这个关卡上可能不止有一条规则，而是有很多条规则，当我们把这些规则串到一个链条上的时候，就形成了"链",所以，我们把每一个"关卡"想象成如下图中的模样 ，这样来说，把他们称为"链"更为合适，每个经过这个"关卡"的报文，都要将这条"链"上的所有规则匹配一遍，如果有符合条件的规则，则执行规则对应的动作。

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表的概念

我们再想想另外一个问题，我们对每个"链"上都放置了一串规则，但是这些规则有些很相似，比如，A类规则都是对IP或者端口的过滤，B类规则是修改报文，那么这个时候，我们是不是能把实现相同功能的规则放在一起呢，必须能的。

我们把具有相同功能的规则的集合叫做"表"，所以说，不同功能的规则，我们可以放置在不同的表中进行管理，而iptables已经为我们定义了4种表，每种表对应了不同的功能，而我们定义的规则也都逃脱不了这4种功能的范围，所以，学习iptables之前，我们必须先搞明白每种表 的作用。

iptables为我们提供了如下规则的分类，或者说，iptables为我们提供了如下"表"

  1. filter表：负责过滤功能，防火墙；内核模块：iptables_filter
  2. nat表：network address translation，网络地址转换功能；内核模块：iptable_nat
  3. mangle表：拆解报文，做出修改，并重新封装 的功能；iptable_mangle
  4. raw表：关闭nat表上启用的连接追踪机制；iptable_raw

也就是说，我们自定义的所有规则，都是这四种分类中的规则，或者说，所有规则都存在于这4张"表"中。

表链关系

但是我们需要注意的是，某些"链"中注定不会包含"某类规则"，就像某些"关卡"天生就不具备某些功能一样，比如，A"关卡"只负责打击陆地敌人，没有防空能力，B"关卡"只负责打击空中敌人，没有防御步兵的能力，C"关卡"可能比较NB，既能防空，也能防御陆地敌人，D"关卡"最屌，海陆空都能防。

那让我们来看看，每个"关卡"都有哪些能力，或者说，让我们看看每个"链"上的规则都存在于哪些"表"中。

我们还是以图为例，先看看prerouting"链"上的规则都存在于哪些表中。

注意：下图只用于说明prerouting链上的规则存在于哪些表中，并没有描述表的顺序。

image

这幅图是什么意思呢？它的意思是说，prerouting"链"只拥有nat表、raw表和mangle表所对应的功能，所以，prerouting中的规则只能存放于nat表、raw表和mangle表中。

那么，根据上述思路，我们来总结一下，每个"关卡"都拥有什么功能，

或者说，每个"链"中的规则都存在于哪些"表"中。

但是，我们在实际的使用过程中，往往是通过"表"作为操作入口，对规则进行定义的，之所以按照上述过程介绍iptables，是因为从"关卡"的角度更容易从入门的角度理解，但是为了以便在实际使用的时候，更加顺畅的理解它们，此处我们还要将各"表"与"链"的关系罗列出来，

表（功能）<--> 链（钩子）：

其实我们还需要注意一点，因为数据包经过一个"链"的时候，会将当前链的所有规则都匹配一遍，但是匹配时总归要有顺序，我们应该一条一条的去匹配，而且我们说过，相同功能类型的规则会汇聚在一张"表"中，那么，哪些"表"中的规则会放在"链"的最前面执行呢，这时候就需要有一个优先级的问题，我们还拿prerouting"链"做图示。

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prerouting链中的规则存放于三张表中，而这三张表中的规则执行的优先级如下：

raw --> mangle --> nat

但是我们知道，iptables为我们定义了4张"表",当他们处于同一条"链"时，执行的优先级如下。

优先级次序（由高而低）：

raw --> mangle --> nat --> filter

但是我们前面说过，某些链天生就不能使用某些表中的规则，所以，4张表中的规则处于同一条链的目前只有output链，它就是传说中海陆空都能防守的关卡。

为了更方便的管理，我们还可以在某个表里面创建自定义链，将针对某个应用程序所设置的规则放置在这个自定义链中，但是自定义链接不能直接使用，只能被某个默认的链当做动作去调用才能起作用，我们可以这样想象，自定义链就是一段比较"短"的链子，这条"短"链子上的规则都是针对某个应用程序制定的，但是这条短的链子并不能直接使用，而是需要"焊接"在iptables默认定义链子上，才能被IPtables使用，这就是为什么默认定义的"链"需要把"自定义链"当做"动作"去引用的原因。这是后话，后面再聊，在实际使用时我们即可更加的明白。

数据经过防火墙的流程

结合上述所有的描述，我们可以将数据包通过防火墙的流程总结为下图：

image

我们在写Iptables规则的时候，要时刻牢记这张路由次序图，灵活配置规则。

我们将经常用到的对应关系重新写在此处，方便对应图例查看。

链的规则存放于哪些表中（从链到表的对应关系）：

表中的规则可以被哪些链使用（从表到链的对应关系）：

下图中nat表在centos7中的情况就不再标明。

image

规则的概念

说了一圈又说回来了，在上述描述中我们一直在提规则，可是没有细说，现在说说它。

先说说规则的概念，然后再通俗的解释它。

规则：根据指定的匹配条件来尝试匹配每个流经此处的报文，一旦匹配成功，则由规则后面指定的处理动作进行处理；

那么我们来通俗的解释一下什么是iptables的规则，之前打过一个比方，每条"链"都是一个"关卡"，每个通过这个"关卡"的报文都要匹配这个关卡上的规则，如果匹配，则对报文进行对应的处理，比如说，你我二人此刻就好像两个"报文"，你我二人此刻都要入关，可是城主有命，只有器宇轩昂的人才能入关，不符合此条件的人不能入关，于是守关将士按照城主制定的"规则"，开始打量你我二人，最终，你顺利入关了，而我已被拒之门外，因为你符合"器宇轩昂"的标准，所以把你"放行"了，而我不符合标准，所以没有被放行，其实，"器宇轩昂"就是一种"匹配条件"，"放行"就是一种"动作"，"匹配条件"与"动作"组成了规则。

了解了规则的概念，那我们来聊聊规则的组成部分,此处只是大概的将规则的结构列出，后面的文章中会单独对规则进行总结。

规则由匹配条件和处理动作组成。

匹配条件

匹配条件分为基本匹配条件与扩展匹配条件

处理动作

处理动作在iptables中被称为target（这样说并不准确，我们暂且这样称呼），动作也可以分为基本动作和扩展动作。

此处列出一些常用的动作，之后的文章会对它们进行详细的示例与总结：

bingoohuang commented 4 years ago

iptables详解（2）：iptables实际操作之规则查询

原文

在进行iptables实验时，请务必在测试机上进行。

之前在iptables的概念中已经提到过，在实际操作iptables的过程中，是以"表"作为操作入口的，如果你经常操作关系型数据库，那么当你听到"表"这个词的时候，你可能会联想到另一个词----"增删改查"，当我们定义iptables规则时，所做的操作其实类似于"增删改查"，那么，我们就先从最简单的"查"操作入手，开始实际操作iptables。

在之前的文章中，我们已经总结过，iptables为我们预定义了4张表，它们分别是raw表、mangle表、nat表、filter表，不同的表拥有不同的功能。

filter负责过滤功能，比如允许哪些IP地址访问，拒绝哪些IP地址访问，允许访问哪些端口，禁止访问哪些端口，filter表会根据我们定义的规则进行过滤，filter表应该是我们最常用到的表了，所以此处，我们以filter表为例，开始学习怎样实际操作iptables。

怎样查看filter表中的规则呢？使用如下命令即可查看。

image

上例中，我们使用

  1. -t选项，指定要操作的表
  2. -L选项，查看-t选项对应的表的规则，-L选项的意思是，列出规则，

所以，上述命令的含义为列出filter表的所有规则，注意，上图中显示的规则（绿色标注的部分为规则）是Centos6启动iptables以后默认设置的规则，我们暂且不用在意它们，上图中，显示出了3条链（蓝色标注部分为链），INPUT链、FORWARD链、OUTPUT链，每条链中都有自己的规则，前文中，我们打过一个比方，把"链"比作"关卡"，不同的"关卡"拥有不同的能力，所以，从上图中可以看出，INPUT链、FORWARD链、OUTPUT链都拥有"过滤"的能力，所以，当我们要定义某条"过滤"的规则时，我们会在filter表中定义，但是具体在哪条"链"上定义规则呢？这取决于我们的工作场景。比如，我们需要禁止某个IP地址访问我们的主机，我们则需要在INPUT链上定义规则。因为，我们在理论总结中已经提到过，报文发往本机时，会经过PREROUTING链与INPUT链（如果你没有明白，请回顾前文），所以，如果我们想要禁止某些报文发往本机，我们只能在PREROUTING链和INPUT链中定义规则，但是PREROUTING链并不存在于filter表中，换句话说就是，PREROUTING关卡天生就没有过滤的能力，所以，我们只能在INPUT链中定义，当然，如果是其他工作场景，可能需要在FORWARD链或者OUTPUT链中定义过滤规则。

话说回来，我们继续聊怎样查看某张表中的规则。

刚才提到，我们可以使用iptables -t filter -L命令列出filter表中的所有规则，那么举一反三，我们也可以查看其它表中的规则，示例如下。

我们还可以只查看指定表中的指定链的规则，比如，我们只查看filter表中INPUT链的规则，示例如下（注意大小写）。

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上图中只显示了filter表中INPUT链中的规则（省略-t选项默认为filter表），当然，你也可以指定只查看其他链，其实，我们查看到的信息还不是最详细的信息，我们可以使用-v选项，查看出更多的、更详细的信息，示例如下。

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可以看到，使用-v选项后，iptables为我们展示的信息更多了，那么，这些字段都是什么意思呢？我们来总结一下，看不懂没关系，等到实际使用的时候，自然会明白，此处大概了解一下即可。

其实，这些字段就是规则对应的属性，说白了就是规则的各种信息，那么我们来总结一下这些字段的含义。

细心如你一定发现了，上图中的源地址与目标地址都为anywhere，看来，iptables默认为我们进行了名称解析，但是在规则非常多的情况下如果进行名称解析，效率会比较低，所以，在没有此需求的情况下，我们可以使用-n选项，表示不对IP地址进行名称反解，直接显示IP地址，示例如下。

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如上图所示，规则中的源地址与目标地址已经显示为IP，而非转换后的名称。

当然，我们也可以只查看某个链的规则，并且不让IP进行反解，这样更清晰一些，比如 iptables -nvL INPUT

如果你习惯了查看有序号的列表，你在查看iptables表中的规则时肯定会很不爽，没有关系，满足你，使用--line-numbers即可显示规则的编号，示例如下。

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--line-numbers选项并没有对应的短选项，不过我们缩写成--line时，centos中的iptables也可以识别。

我知道你目光如炬，你可能早就发现了，表中的每个链的后面都有一个括号，括号里面有一些信息，如下图红色标注位置，那么这些信息都代表了什么呢？我们来看看。

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上图中INPUT链后面的括号中包含policy ACCEPT ，0 packets，0bytes 三部分。

其实，我们可以把packets与bytes称作"计数器"，上图中的计数器记录了默认策略匹配到的报文数量与总大小，"计数器"只会在使用-v选项时，才会显示出来。

当被匹配到的包达到一定数量时，计数器会自动将匹配到的包的大小转换为可读性较高的单位，如下图所示。

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如果你想要查看精确的计数值，而不是经过可读性优化过的计数值，那么你可以使用-x选项，表示显示精确的计数值，示例如下。

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每张表中的每条链都有自己的计数器，链中的每个规则也都有自己的计数器，没错，就是每条规则对应的pkts字段与bytes字段的信息。

命令小节

好了，我们已经会使用命令简单的查看iptables表的规则了，为了方便以后回顾，我们将上文中的相关命令总结一下。

  1. iptables -t 表名 -L 查看对应表的所有规则，-t选项指定要操作的表，省略"-t 表名"时，默认表示操作filter表，-L表示列出规则，即查看规则。
  2. iptables -t 表名 -L 链名 查看指定表的指定链中的规则。
  3. iptables -t 表名 -v -L 查看指定表的所有规则，并且显示更详细的信息（更多字段），-v表示verbose，表示详细的，冗长的，当使用-v选项时，会显示出"计数器"的信息，由于上例中使用的选项都是短选项，所以一般简写为iptables -t 表名 -vL
  4. iptables -t 表名 -n -L 表示查看表的所有规则，并且在显示规则时，不对规则中的IP或者端口进行名称反解，-n选项表示不解析IP地址。
  5. iptables --line-numbers -t 表名 -L 表示查看表的所有规则，并且显示规则的序号，--line-numbers选项表示显示规则的序号，注意，此选项为长选项，不能与其他短选项合并，不过此选项可以简写为--line，注意，简写后仍然是两条横杠，仍然是长选项。
  6. iptables -t 表名 -v -x -L 表示查看表中的所有规则，并且显示更详细的信息(-v选项)，不过，计数器中的信息显示为精确的计数值，而不是显示为经过可读优化的计数值，-x选项表示显示计数器的精确值。
  7. iptables --line -t filter -nvxL 实际使用中，为了方便，往往会将短选项进行合并，所以，如果将上述选项都糅合在一起，此处以filter表为例。
  8. iptables --line -t filter -nvxL INPUT 只查看某张表中的某条链，此处以filter表的INPUT链为例。

好了，怎样使用iptables命令进行基本的查看操作，就先总结到这里吧，下一篇文章会总结iptables规则的"增、删、改"操作，直达链接如下：

bingoohuang commented 1 year ago

visualise your iptables chains

visualise your iptables chains

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Usage

Clone repo, make sure awk is installed, install blockdiag

iptables -v -L > iptables.txt
awk -f iptables-vis.awk < iptables.txt > iptables.dia
blockdiag iptables.dia -T svg -o iptables.svg

To display only selected chains (supports regexp):

awk -f iptables-vis.awk -v 'chain_selector=INPUT|OUTPUT|mychain' < iptables.txt > iptables.dia

To also render empty chains:

awk -f iptables-vis.awk -v 'include_empty_chains=1 < iptables.txt > iptables.dia'