用iptales實現包過濾型防火墻(一)

    摘要：本文介紹linux2.4.x內核中的防火墻工具--iptables的原理與配置，同時還給出了實際運用的例子，在文章的最后歸納了iptables與ipchains的區別。

一、 概述

    從1.1內核開始，linux就已經具有包過慮功能了，在2.0的內核中我們采用ipfwadm來操作內核包過慮規則。之后在2.2內核中，采用了大家并不陌生的ipchains來控制內核包過慮規則?，F在最新linux內核版本是2.4.1，在2.4內核中我們不再使用ipchains，而是采用一個全新的內核包過慮管理工具--iptables。 這個全新的內核包過慮工具將使用戶更易于理解其工作原理，更容易被使用，當然也將具有更為強大的功能。

我們說過iptables只是一個管理內核包過慮的工具，iptables 可以加入、插入或刪除核心包過濾表格(鏈)中的規則。實際上真正來執行這些過慮規則的是netfilter(Linux 核心中一個通用架構)及其相關模塊(如iptables模塊和nat模塊),下面我們一起來看看netfilter的工作原理。

二、 原理
    netfilter是Linux 核心中一個通用架構，它提供了一系列的"表"(tables)，每個表由若干"鏈"(chains)組成，而每條鏈中可以有一條或數條規則(rule)組成。我們可以這樣來理解，netfilter是表的容器，表是鏈的容器，而鏈又是規則的容器(如圖一所示)。

    系統缺省的表為"filter"，該表中包含了INPUT、FORWARD和OUTPUT 3個鏈。每一條鏈中可以有一條或數條規則，每一條規則都是這樣定義的“如果數據包頭符合這樣的條件，就這樣處理這個數據包”。當一個數據包到達一個鏈時，系統就會從第一條規則開始檢查，看是否符合該規則所定義的條件: 如果滿足,系統將根據該條規則所定義的方法處理該數據包；如果不滿足則繼續檢查下一條規則。最后，如果該數據包不符合該鏈中任一條規則的話，系統就會根據該鏈預先定義的策略(policy)來處理該數據包。

    數據包在filter表中的流程如圖二所示。有數據包進入系統時，系統首先根據路由表決定將數據包發給哪一條鏈，則可能有三種情況：

1. 如果數據包的目的地址是本機，則系統將數據包送往INPUT鏈，如果通過規則檢查，則該包被發給相應的本地進程處理；如果沒通過規則檢查，系統就會將這個包丟掉；
2. 如果數據包的目的地址不是本機，也就是說，這個包將被轉發，則系統將數據包送往FORWARD鏈，如果通過規則檢查，則該包被發給相應的本地進程處理；如果沒通過規則檢查，系統就會將這個包丟掉；
3. 如果數據包是由本地系統進程產生的，則系統將其送往OUTPUT鏈，如果通過規則檢查，則該包被發給相應的本地進程處理；如果沒通過規則檢查，系統就會將這個包丟掉。

從以上我們可以看出，netfilter比起以前的ipfwadm和ipchains思路上清晰了好多，也好理解了好多，這對于原先對ipfwadm和ipchains總是感到一頭霧水的用戶來說無疑是一個福音。

三、 準備工作

1. 系統需求
    netfilter要求內核版本不低于2.3.5，在編譯新內核時，要求選擇和netfilter相關的項目。這些項目通常都是位于“Networking options”子項下。以2.4.0內核為例，我們應該選中的項目有：

[*] Kernel/User netlink socket
[ ] Routing messages
<*> Netlink device emulation
[*] Network packet filtering (replaces ipchains)
.......

然后，在“IP: Netfilter Configuration ---->”選中：

Connection tracking (required for masq/NAT)
FTP protocol support
IP tables support (required for filtering/masq/NAT)
limit match support
MAC address match support
Netfilter MARK match support
Multiple port match support
TOS match support
Connection state match support
Packet filtering
REJECT target support
Full NAT
MASQUERADE target support
REDIRECT target support
Packet mangling
TOS target support
MARK target support
LOG target support
ipchains (2.2-style) support
ipfwadm (2.0-style) support

    其中最后兩個項目可以不選，但是如果你比較懷念ipchains或者ipfwadm，你也可以將其選中，以便在2.4內核中使用ipchians或ipfwadm。但是需要注意的是，iptables是和ipchians/ipfwadm相對立的，在使用iptables的同時就不能同時使用ipchains/ipfwadm。編譯成功后，這些模塊文件都位于以下目錄中
/lib/modules/2.4.0/kernel/net/ipv4/netfilter

    編譯2.4.0的新內核時還應該注意要在“Processor type and features”中選擇和你的CPU相對應的正確的CPU選項，否則新內核可能無法正常工作。

2. 載入模塊

    要使用iptables，還必須載入相關模塊?？梢允褂靡韵旅钶d入相關模塊：
#modprobe iptable_tables
modprobe命令會自動載入指定模塊及其相關模塊。iptables_filter模塊會在運行時自動載入。

三、 語法

1. 對鏈的操作
建立一個新鏈 (-N)。
刪除一個空鏈 (-X)。
改變一個內建鏈的原則 (-P)。
列出一個鏈中的規則 (-L)。
清除一個鏈中的所有規則 (-F)。
歸零(zero) 一個鏈中所有規則的封包字節(byte) 記數器 (-Z)。

2. 對規則的操作
加入(append) 一個新規則到一個鏈 (-A)的最后。
在鏈內某個位置插入(insert) 一個新規則(-I)，通常是插在最前面。
在鏈內某個位置替換(replace) 一條規則 (-R)。
在鏈內某個位置刪除(delete) 一條規則 (-D)。
刪除(delete) 鏈內第一條規則 (-D)。

3. 指定源地址和目的地址

通過--source/--src/-s來指定源地址(這里的/表示或者的意思，下同)，通過--destination/--dst/-s來指定目的地址?？梢允褂靡韵滤闹蟹椒▉碇付╥p地址：
a. 使用完整的域名，如“www.linuxaid.com.cn”；
b. 使用ip地址，如“192.168.1.1”；
c. 用x.x.x.x/x.x.x.x指定一個網絡地址，如“192.168.1.0/255.255.255.0”;
d. 用x.x.x.x/x指定一個網絡地址，如“192.168.1.0/24”這里的24表明了子網掩碼的有效位數，這是 UNIX環境中通常使用的表示方法。
缺省的子網掩碼數是32，也就是說指定192.168.1.1等效于192.168.1.1/32。

4. 指定協議

可以通過--protocol/-p選項來指定協議，比如-p tcp。

5. 指定網絡接口將

可以使用--in-interface/-i或--out-interface/-o來指定網絡接口。需要注意的是，對于INPUT鏈來說，只可能有-i，也即只會有進入的包；通理，對于OUTPUT鏈來說，只可能有-o，也即只會有出去的包。只有FORWARD鏈既可以有-i的網絡接口，也可以有-o的網絡接口。我們也可以指定一個當前并不存在的網絡接口，比如ppp0，這時只有撥號成功后該規則才有效。

6. 指定ip碎片

在TCP/IP通訊過程中，每一個網絡接口都有一個最大傳輸單元(MTU)，這個參數定義了可以通過的數據包的最大尺寸。如果一個數據包大于這個參數值時，系統會將其劃分成更小的數個數據包(稱之為ip碎片)來傳輸，而接收方則對這些ip碎片再進行重組以還原整個包。
但是再進行包過濾的時候，ip碎片會導致這樣一個問題：當系統將大數據包劃分成ip碎片傳送時，第一個碎片含有完整的包頭信息，但是后續的碎片只有包頭的部分信息，比如源地址，目的地址。因此假如我們有這樣一條規則：
iptables -A FORWARD -p tcp -s 192.168.1.0/24 -d 192.168.2.100 --dport 80 -j ACCEPT
并且這時的FORWARD的策略(policy)為DROP時，系統只會讓第一個ip碎片通過，而丟掉其余的ip碎片，因為第一個碎片含有完整的包頭信息，可以滿足該規則的條件，而余下的碎片因為包頭信息不完整而無法滿足規則定義的條件，因而無法通過。
我們可以通過--fragment/-f選項來指定第二個及其以后的ip碎片，比如以上面的例子為例，我們可以再加上這樣一條規則來解決這個問題：
iptables -A FORWARD -f -s 192.168.1.0/24 -d 192.168.2.100 -j ACCEPT
但是需要注意的是，現在已經有好多進行ip碎片攻擊的實例(比如向Win98 NT4/SP5,6 Win2K發送大量的ip碎片進行DoS攻擊)，因此允許ip碎片通過是有安全隱患的，對于這一點我們可以采用iptables的匹配擴展來進行限制，但是這又會影響服務質量，我們將在下面討論這個問題。
　　
7. 指定非

可以在某些選項前加上!來表示非指定值，比如“-s -! 192.168.1.1/32”表示除了192.168.1.1以外的ip地址，“-p -! tcp”表示除了tcp以外的協議。

8. TCP匹配擴展

通過使用--tcp-flags選項可以根據tcp包的標志位進行過濾，該選項后接兩個參數：第一個參數為要檢查的標志位，可以是SYN，ACK，FIN，RST，URG，PSH的組合，可以用ALL指定所有標志位；第二個參數是標志位值為1的標志。比如你要過濾掉所有SYN標志位為1的tcp包，可以使用以下規則：
iptables -A FORWARD -p tcp --tcp-flags ALL SYN -j DROP
選項--syn是以上的一種特殊情況，相當于“--tcp-flags SYN,RST,ACK SYN”的簡寫。

9. mac匹配擴展
可以使用-m選項來擴展匹配內容。使用--match mac/-m mac匹配擴展可以用來檢查ip數據包的源mac地址。只要在--mac-source后面跟上mac地址就可以了。比如：
iptables -A FORWARD -m mac --mac-source 00:00:BA:A5:7D:12 -j DROP
需要注意的是一個ip包在經過路由器轉發后，其源mac地址已經變成了路由器的mac地址。

10. limit匹配擴展

limit擴展是一個非常有用的匹配擴展。使用-m nat 來指定，其后可以有兩個選項：

--limit avg: 指定單位時間內允許通過的數據包的個數。單位時間可以是/second、/minute、/hour、/day或使用第一個字母，比如5/second和5/s是一樣的，都是表示每秒可以通過5個數據包，缺省值是3/hour。

　　--limit-burst number：指定觸發事件的閥值,缺省值是5。

看起來好像有點復雜，就讓我們來看一個例子：
假設又如下的規則：
iptables -A INPUT -p icmp -m limit --limit 6/m --limit-burst 5 -j ACCEPT
iptables -P INPUT DROP
然后從另一部主機上ping這部主機，就會發生如下的現象：
首先我們可以看到前四個包的回應都很正常，然后從第五個包開始，我們每10秒可以收到一個正常的回應。這是因為我們設定了單位時間(在這里是每分鐘)內允許通過的數據包的個數是每分鐘6個，也即每10秒鐘一個；其次我們又設定了事件觸發閥值為5，所以我們的前四個包都是正常的，只是從第五個包開始，限制規則開始生效，故只能每10秒收到一個正?；貞?。
假設我們停止ping，30秒后又開始ping，這時的現象是：
前兩個包是正常的，從第三個包開始丟包，這是因為在這里我的允許一個包通過的周期是10秒，如果在一個周期內系統沒有收到符合條件的包，系統的觸發值就會恢復1，所以假如我們30秒內沒有符合條件的包通過，系統的觸發值就會恢復到3，假如5個周期內都沒有符合條件的包通過，系統都觸發值就會完全恢復。不知道你明白了沒有，歡迎你來信討論。

11. LOG目標擴展

netfilter缺省的目標(也就是一旦滿足規則所定義以后系統對數據包的處理方法)有：
ACEEPT：接收并轉發數據包
DORP：丟掉數據包
目標擴展模塊提供了擴展的目標。LOG目標提供了記錄數據包的功能。該目標擴展有以下幾個參數：
--log-level：指定記錄信息的級別，級別有debug、info、notice、warning、err、crit、alert、emerg分別對應7到0的數字。其含義請參看syslog.conf的man手冊。
--log-prefix：后接一個最長為30個字符的字符串，該字符串將出現在每一條日志的前面。

12. REJECT目標擴展

該目標擴展完全和DORP標準目標一樣，除了向發送方返回一個“port unreachable”的icmp信息外。

還有其他一些擴展是常用的，如果你想了解可以參考Packet-Filtering-HOWTO。當然，最直接獲得幫助的辦法是查看iptables的在線幫助，比如想得到關于mac匹配擴展的幫助可以執行“iptables -m mac -help”命令，想得到LOG目標擴展的幫助可以執行“iptables -j LOG -help”命令。
(作者：bye2000)

原文轉自：http://www.kjueaiud.com