在Linux系统使用iptables实现防火墙、数据转发等功能

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gaosmile 发布时间：2020-10-30 19:31

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考虑一种网络拓扑应用情景，一个内部局域网中有多台服务器提供不同的服务，如web服务、FTP服务、ssh、telnet等，通过服务器(或网关、防火墙)连接外部网络，如果外部网络上的主机需要访问这些服务器，则需要在网关上实现转发。

再转述成另一种应用场合，多台设备连接到一台服务器，服务器有2个网卡，分别连接内外网。外网无法直接访问设备上的数据、服务。在服务器上实现转发后，则可达到目的。

网络拓扑如下：

比如，可以通过服务器的8081端口访问1号设备的web服务，8082端口访问2号设备web，这样可以在外部网络对内网设备进行参数配置、调整。类似地，通过2321访问1号设备的telnet服务，2322访问2号设备telnet，以方便登陆设备系统，进行设备状态监控，日志处理，等等。

本文将直接引用此网络拓扑图中的名称及IP地址。实际使用配置根据实际情况修改。另外说明一下，不必拘泥于本文给出的名称。像拓扑图中的“设备”，可以使用一台安装linux的服务器替换。其它的类似。

一、原理

在Linux系统使用iptables实现防火墙、数据转发等功能。iptables有不同的表(tables)，每个tables有不同的链(chain)，每条chain有一个或多个规则(rule)。本文利用NAT(network address translation，网络地址转换)表来实现数据包的转发。iptables命令要用-t来指定表，如果没有指明，则使用系统缺省的表“filter”。所以使用NAT的时候，就要用“-t nat”选项了。
NAT表有三条缺省的链，它们分别是PREROUTING、POSTROUTING和OUTPUT。

先给出NAT结构，如下图：

PREROUTING：在数据包传入时，就进到PREROUTIING链。该链执行的是修改数据包内的目的IP地址，即DNAT（变更目的IP地址）。PREROUTING只能进行DNAT。因为进行了DNAT，才能在路由表中做判断，决定送到本地或其它网口。

POSTROUTING：相对的，在POSTROUTING链后，就传出数据包，该链是整个NAT结构的最末端。执行的是修改数据包的源IP地址，即SNAT。POSTROUTING只能进行SNAT。

OUTPUT：定义对本地产生的数据包的目的NAT规则。

每个数据包都会依次经过三个不同的机制，首先是PREROUTING(DNAT)，再到路由表，最后到POSTROUTING(SNAT)。下面给出数据包流方向：

文中的网络拓扑图所示的数据包，是从eth0入，eth1出。但是，无论从eth0到eth1，还是从eth1到eth0，均遵守上述的原理。就是说，SNAT和DNAT并没有规定只能在某一个网口(某一侧)。

顺便给出netfilter的完整结构图：

二、实现

出于安全考虑，Linux系统默认是禁止数据包转发的。所谓转发即当主机拥有多于一块的网卡时，其中一块收到数据包，根据数据包的目的ip地址将包发往本机另一网卡，该网卡根据路由表继续发送数据包。这通常就是路由器所要实现的功能。

配置Linux系统的ip转发功能，首先保证硬件连通，然后打开系统的转发功能

cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward，该文件内容为0，表示禁止数据包转发，1表示允许，将其修改为1。可使用命令echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 修改文件内容，重启网络服务或主机后效果不再。若要其自动执行，可将命令echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 写入脚本/etc/rc.d/rc.local 或者在/etc/sysconfig/network脚本中添加 FORWARD_IPV4="YES"

但在我的系统中没有这两个文件，因此可以修改/etc/sysctl.conf文件，将net.ipv4.ip_forward=1的注释取消即可

根据拓扑图，一一实现不同IP、不同端口的映射，如下命令为一种示例形式：

# 第一台设备的telnet服务iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2321 -j DNAT --to 100.100.100.101:23iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.101 -p tcp --dport 23 -j SNAT --to 100.100.100.44# 第二台设备的telnet服务iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2322 -j DNAT --to 100.100.100.102:23iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.102 -p tcp --dport 23 -j SNAT --to 100.100.100.44 # 第一台设备的web服务iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8081 -j DNAT --to 100.100.100.101:80iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.101 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to 100.100.100.44# 第二台设备的web服务iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8082 -j DNAT --to 100.100.100.102:80iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.102 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to 100.100.100.44

以第一台设备转发命令为例，用白话解释一下。

第一条是PREROUTING链，只能进行DNAT，该命令对从eth0进入且目的IP为172.18.44.44(注：可以用-s指明数据包来源地址，但这时无法知道来源IP是多少，虽然可以用网段的做法，但用-d则指定必须一定唯一的是本机的eth0地址，相对好一点)，端口号为2321的数据包进行目的地址更改，更改为100.100.100.101，端口为23，亦即此包的目的地为第一台设备的telnet服务。

第二条是POSTROUTING链，只能进行SNAT，即对先前已经DNAT过的数据包修改源IP地址。这样，这个数据包达到第一台设备时，源IP地址、目的IP地址，均为100.100.100.0/24网段了。

上述命令的SNAT有些冗余，可以做简化，命令如下：

# 第一台设备的telnet、web服务iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2321 -j DNAT --to 100.100.100.101:23iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8081 -j DNAT --to 100.100.100.101:80# 第二台设备的telnet、web服务iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2322 -j DNAT --to 100.100.100.102:23iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8082 -j DNAT --to 100.100.100.102:80# 源IP地址SNATiptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.0/24 -j SNAT --to 100.100.100.44

实际中使用的命令可能还有变化(简化)，本文不再展示。

三、测试

为了保证文中所述的正确性，本节列出操作结果，以及实验过程的信息。服务器(网关)上的路由表如下：

root@latelee:test# routeKernel IP routing tableDestination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface100.100.100.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth1172.18.0.0 * 255.255.0.0 U 0 0 0 eth0

可以看到服务器上有2个网卡，网段都不相同。iptables的NAT表如下：

root@latelee:~# iptables -L -t natChain PREROUTING (policy ACCEPT)target prot opt source destination DNAT tcp -- anywhere 172.18.44.44 tcp dpt:2324 to23Chain INPUT (policy ACCEPT)target prot opt source destination Chain OUTPUT (policy ACCEPT)target prot opt source destination Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)target prot opt source destination SNAT all -- anywhere 100.100.100.0/24 to:100.100.100.44

可以看到，PREROUTING和POSTROUTING各有一条规则，这些规则由上文命令所产生。对应的，在第一号设备上查看路由信息，如下：

root@latelee:~# routeKernel IP routing tableDestination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface100.100.100.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0172.18.0.0 * 255.255.0.0 U 0 0 0 eth1default 100.100.100.44 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0

可以看到这台设备有2个网卡，默认网关为服务器的IP地址。但是，其中一个网卡eth1竟然和PC所在网段相同！如果没有进行源IP地址修改(伪装)，会匹配到eth1这个网口，无法匹配eth0。

在外网的PC上对设备进行telnet，设备抓包信息如下：

IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.2323: Flags [P.], seq 1:4, ack 16, win 256, length 3IP 100.100.100.101.2323 > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 16:19, ack 4, win 2190, length 3IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.2323: Flags [P.], seq 4:25, ack 19, win 256, length 21IP 100.100.100.101.2323 > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 19:34, ack 25, win 2190, length 15

可见，所有包的IP段都相同。在服务器上对内网eth1进行抓包，由于进行了DNAT和SNAT，此网卡数据包IP地址还是100.100.100.0/24网段，如下：

IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.telnet: Flags [.], ack 1, win 256, length 0IP 100.100.100.101.telnet > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 1:16, ack 1, win 2190, length 15IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.telnet: Flags [P.], seq 1:4, ack 16, win 256, length 3IP 100.100.100.101.telnet > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 16:19, ack 4, win 2190, length 3

但是，在服务器eth0抓包，将会是172.18.0.0/16的网段数据包：

IP 172.18.44.142.32253 > 172.18.44.44.2324: Flags [P.], seq 18:20, ack 154, win 255, length 2IP 172.18.44.44.2324 > 172.18.44.142.32253: Flags [P.], seq 154:156, ack 20, win 2190, length 2IP 172.18.44.44.2324 > 172.18.44.142.32253: Flags [F.], seq 156, ack 20, win 2190, length 0IP 172.18.44.142.32253 > 172.18.44.44.2324: Flags [.], ack 157, win 255, length 0IP 172.18.44.142.32253 > 172.18.44.44.2324: Flags [F.], seq 20, ack 157, win 255, length 0IP 172.18.44.44.2324 > 172.18.44.142.32253: Flags [.], ack 21, win 2190, length 0

从抓包分析，本文所用命令已经能正确进行DNAT和SNAT了。

四、其它

建议在使用iptabls指令时，使用root用户进行操作，否则容易失败

保存iptables配置方法：

iptables-save > /etc/iptables.up.rules

配置iptables开机加载

iptables-save > /etc/iptables.up.rulesecho -e '#!/bin/bash /sbin/iptables-restore < /etc/iptables.up.rules' > /etc/network/if-pre-up.d/iptableschmod +x /etc/network/if-pre-up.d/iptables

本地测试指令

iptables -t nat -A PREROUTING -i wlan0 -d 192.168.11.100 -p tcp --dport 8081 -j DNAT --to 192.168.10.101:80iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -d 192.168.10.101 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to 192.168.10.52