用iptales實現包 過慮型防火牆(zt)

tonykorn97發表於2006-07-06
摘要:本文介紹linux2.4.x核心中的防火牆工具--iptables的原理與配置,同時還給出了實際運用的例子,在文章的最後歸納了iptables與ipchains的區別。
一、 概述

從1.1核心開始,linux就已經具有包過慮功能了,在2.0的核心中我們採用ipfwadm來操作核心包過慮規則。之後在2.2核心中,採用 了大家並不陌生的ipchains來控制核心包過慮規則。現在最新linux核心版本是2.4.1,在2.4核心中我們不再使用ipchains,而是採 用一個全新的核心包過慮管理工具--iptables。 這個全新的核心包過慮工具將使使用者更易於理解其工作原理,更容易被使用,當然也將具有更為強大的功能。

我們說過iptables只是一個管理核心包過慮的工具,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)及其相關模組(如iptables模組和nat模組),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。

系統預設的表為"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“如果資料包頭符合這樣的條件,就這樣處理這個資料包”。當一個資料包到達一個鏈時, 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資料包;如果不滿足則繼續檢查下一條規則。最後,如果該資料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)來處理該資料包。

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

1. 如果資料包的目的地址是本機,則系統將資料包送往INPUT鏈,如果透過規則檢查,則該包被髮給相應的本地程式處理;如果沒透過規則檢查,系統就會將這個包丟掉;
2. 如果資料包的目的地址不是本機,也就是說,這個包將被轉發,則系統將資料包送往FORWARD鏈,如果透過規則檢查,則該包被髮給相應的本地程式處理;如果沒透過規則檢查,系統就會將這個包丟掉;
3. 如果資料包是由本地系統程式產生的,則系統將其送往OUTPUT鏈,如果透過規則檢查,則該包被髮給相應的本地程式處理;如果沒透過規則檢查,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,這對於原先對ipfwadm和ipchains總是感到一頭霧水的使用者來說無疑是一個福音。

三、 準備工作

1. 系統需求
netfilter要求核心版本不低於2.3.5,在編譯新核心時,要求選擇和netfilter相關的專案。這些專案通常都是位於“Networking options”子項下。以2.4.0核心為例,我們應該選中的專案有:

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

然後,在“IP: Netfilter Configuration ----&gt”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

其中最後兩個專案可以不選,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核心中使用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。編譯成功後,這些模組檔案都位於以下目錄中
/lib/modules/2.4.0/kernel/net/ipv4/netfilter

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

2. 載入模組

要使用iptables,還必須載入相關模組。可以使用以下命令載入相關模組:
#modprobe iptable_tables
modprobe命令會自動載入指定模組及其相關模組。iptables_filter模組會在執行時自動載入。

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位元組(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)的最後。
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

透過--source/--src/-s來指定源地址(這裡的/表示或者的意思,下同),透過--destination/--dst/-s來指定目的地址。可以使用以下四中方法來指定ip地址:
a. 使用完整的域名,如“”;
b. 使用ip地址,如“192.168.1.1”;
c. 用x.x.x.x/x.x.x.x指定一個網路地址,如“192.168.1.0/255.255.255.0”;
d. 用x.x.x.x/x指定一個網路地址,如“192.168.1.0/24”這裡的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。
預設的子網掩碼數是32,也就是說指定192.168.1.1等效於192.168.1.1/32。

4. 指定協議

可以透過--protocol/-p選項來指定協議,比如-p tcp。

5. 指定網路介面將

可以使用--in-interface/-i或--out-interface/-o來指定網路介面。需要注意的是,對於INPUT鏈來說,只可 能有-i,也即只會有進入的包;通理,對於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的網路介面,也可以 有-o的網路介面。我們也可以指定一個當前並不存在的網路介面,比如ppp0,這時只有撥號成功後該規則才有效。

6. 指定ip碎片

在TCP/IP通訊過程中,每一個網路介面都有一個最大傳輸單元(MTU),這個引數定義了可以透過的資料包的最大尺寸。如果一個資料包大於這個引數值時,系統會將其劃分成更小的數個資料包(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:當系統將大資料包劃分成ip碎片傳送時,第一個碎片含有完整的包頭資訊,但是後續的碎片只有包頭的部分資訊,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
並且這時的FORWARD的策略(policy)為DROP時,系統只會讓第一個ip碎片透過,而丟掉其餘的ip碎片,因為第一個碎片含有完整的包頭資訊,可以滿足該規則的條件,而餘下的碎片因為包頭資訊不完整而無法滿足規則定義的條件,因而無法透過。
我們可以透過--fragment/-f選項來指定第二個及其以後的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碎片攻擊的例項(比如向Win98 NT4/SP5,6 Win2K傳送大量的ip碎片進行DoS攻擊),因此允許ip碎片透過是有安全隱患的,對於這一點我們可以採用iptables的匹配擴充套件來進行限制,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匹配擴充套件

透過使用--tcp-flags選項可以根據tcp包的標誌位進行過濾,該選項後接兩個引數:第一個引數為要檢查的標誌位,可以是SYN, ACK,FIN,RST,URG,PSH的組合,可以用ALL指定所有標誌位;第二個引數是標誌位值為1的標誌。比如你要過濾掉所有SYN標誌位為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,相當於“--tcp-flags SYN,RST,ACK SYN”的簡寫。

9. mac匹配擴充套件
可以使用-m選項來擴充套件匹配內容。使用--match mac/-m mac匹配擴充套件可以用來檢查ip資料包的源mac地址。只要在--mac-source後面跟上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後,其源mac地址已經變成了路由器的mac地址。

10. limit匹配擴充套件

limit擴充套件是一個非常有用的匹配擴充套件。使用-m nat 來指定,其後可以有兩個選項:

--limit avg: 指定單位時間內允許透過的資料包的個數。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,都是表示每秒可以透過5個資料包,預設值是3/hour。

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

看起來好像有點複雜,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
然後從另一部主機上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,然後從第五個包開始,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(在這裡是每分 鍾)內允許透過的資料包的個數是每分鐘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秒收到一個正常回應。
假設我們停止ping,30秒後又開始ping,這時的現象是:
前兩個包是正常的,從第三個包開始丟包,這是因為在這裡我的允許一個包透過的週期是10秒,如果在一個週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透過,系統的觸發值就會恢復到3,假如5個週期內都沒有符合條件的包透過,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目標擴充套件

netfilter預設的目標(也就是一旦滿足規則所定義以後系統對資料包的處理方法)有:
ACEEPT:接收並轉發資料包
DORP:丟掉資料包
目標擴充套件模組提供了擴充套件的目標。LOG目標提供了記錄資料包的功能。該目標擴充套件有以下幾個引數:
--log-level:指定記錄資訊的級別,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:後接一個最長為30個字元的字串,該字串將出現在每一條日誌的前面。

12. REJECT目標擴充套件

該目標擴充套件完全和DORP標準目標一樣,除了向傳送方返回一個“port unreachable”的icmp資訊外。

還有其他一些擴充套件是常用的,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檢視 iptables的線上幫助,比如想得到關於mac匹配擴充套件的幫助可以執行“iptables -m mac -help”命令,想得到LOG目標擴充套件的幫助可以執行“iptables -j LOG -help”命令。

四、 iptables使用例項

首先讓我們看一下伺服器/客戶機的互動原理。伺服器提供某特定功能的服務總是由特定的後臺程式提供的。在TCP/IP網路中,常常把這個特定的服 務繫結到特定的TCP或UDP埠。之後,該後臺程式就不斷地監聽(listen)該埠,一旦接收到符合條件的客戶端請求,該服務進行TCP握手後就同 客戶端建立一個連線,響應客戶請求。與此同時,再產生一個該繫結的複製,繼續監聽客戶端的請求。

舉一個具體的例子:假設網路中有一臺伺服器A(IP地址為1.1.1.1)提供WWW服務,另有客戶機B(2.2.2.2)、C (3.3.3.3)。首先,伺服器A執行提供WWW服務的後臺程式(比如Apache)並且把該服務繫結到埠80,也就是說,在埠80進行監聽。當B 發起一個連線請求時,B將開啟一個大於1024的連線埠(1024內為已定義埠),假設為1037。A在接收到請求後,用80埠與B建立連線以響應 B的請求,同時產生一個80埠繫結的複製,繼續監聽客戶端的請求。假如A又接收到C的連線請求(設連線請求埠為1071),則A在與C建立連線的同時 又產生一個80埠繫結的複製繼續監聽客戶端的請求。如下所示,因為系統是以源地址、源埠、目的地址、目的埠來標識一個連線的,所以在這裡每個連線都 是唯一的。

伺服器 客戶端
連線1:a.b.c.1:80 <=> a.b.c.4:1037
連線2:a.b.c.1:80 <=> a.b.c.7:1071

每一種特定的服務都有自己特定的埠,一般說來小於1024的埠多為保留埠,或者說是已定義埠,低埠分配給眾所周知的服務(如WWW、 FTP等等),從512到1024的埠通常保留給特殊的UNIX TCP/IP應用程式,具體情況請參考/etc/services檔案或RFC1700。

假設網路環境如下:某一單位,租用DDN專線上網,網路拓撲如下:

+--------------+
| 內部網段 | eth1+--------+eth0 DDN
| +------------|firewall|<===============>Internet
| 198.168.80.0 | +--------+
+--------------+
eth0: 198.199.37.254
eth1: 198.168.80.254

以上的IP地址都是Internet上真實的IP,故沒有用到IP欺騙。並且,我們假設在內部網中存在以下伺服器:
www伺服器: 198.168.80.11
ftp伺服器:ftp.yourdomain.com 198.168.80.12
email伺服器:mail.yourdomain.com 198.168.80.13

下面我們將用iptables一步一步地來建立我們的包過濾防火牆,需要說明的是,在這個例子中,我們主要是對內部的各種伺服器提供保護。

1. 在/etc/rc.d/目錄下用touch命令建立firewall檔案,執行chmod u+x firewll以更改檔案屬性 ,編輯/etc/rc.d/rc.local檔案,在末尾加上 /etc/rc.d/firewall 以確保開機時能自動執行該指令碼。

2. 重新整理所有的鏈的規則
#!/bin/sh

echo "Starting iptables rules..."

#Refresh all chains

/sbin/iptables -F

3. 我們將首先禁止轉發任何包,然後再一步步設定允許透過的包。
所以首先設定防火牆FORWARD鏈的策略為DROP:

/sbin/iptables -P FORWARD DROP

4.設定關於伺服器的包過慮規則:

在這裡需要注意的是,伺服器/客戶機互動是有來有往的,也就是說是雙向的,所以我們不僅僅要設定資料包出去的規則,還要設定資料包返回的規則,我們先建立針對來自Internet資料包的過慮規則。

WWW服務:服務埠為80,採用tcp或udp協議。規則為:eth0=>允許目的為內部網WWW伺服器的包。

###########################Define HTTP packets####################################

#Allow www request packets from Internet clients to www servers
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.11 --dport www -i eth0 -j ACCEPT

FTP服務:FTP服務有點特別,因為需要兩個埠,因為FTP有命令通道和資料通道。其中命令埠為21,資料埠為20,並且有主動和消極兩 種服務模式,其消極模式連線過程為:FTP客戶端首先向FTP伺服器發起連線請求,三步握手後建立命令通道,然後由FTP伺服器請求建立資料通道,成功後 開始傳輸資料,現在大多數FTP客戶端均支援消極模式,因為這種模式可以提高安全性。FTP服務採用tcp協議。規則為:eth0=>僅允許目的為 內部網ftp伺服器的包。

############################Define FTP packets#####################################

#Allow ftp request packets from Internet clients to Intranet ftp server
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.12 --dport ftp -i eth0 -j ACCEPT


EMAIL服務:包含兩個協議,一是smtp,一是pop3。出於安全性考慮,通常只提供對內的pop3服務,所以在這裡我們只考慮針對smtp的安全性問題。smtp埠為21,採用tcp協議。eth0=>僅允許目的為email伺服器的smtp請求。

###########################Define smtp packets####################################
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.13 --dport smtp -i eth0 -j ACCEPT

5. 設定針對Intranet客戶的過慮規則:

在本例中我們的防火牆位於閘道器的位置,所以我們主要是防止來自Internet的攻擊,不能防止來自Intranet的攻擊。假如我們的伺服器都 是基於linux的,也可以在每一部伺服器上設定相關的過慮規則來防止來自Intranet的攻擊。對於Internet對Intranet客戶的返回 包,我們定義如下規則。

#############Define packets from Internet server to Intranet#######################
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -s 0/0 --sport ftp-data -d 198.168.80.0/24 -i eth0 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.0/24 ! -syn -i eth0 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -p udp -d 198.168.80.0/24 -i eth0 -j ACCEPT

說明:第一條允許Intranet客戶採用消極模式訪問Internet的FTP伺服器;第二條接收來自Internet的非連線請求tcp包;最後一條接收所有udp包,主要是針對oicq等使用udp的服務。

6. 接受來自整個Intranet的資料包過慮,我們定義如下規則:

#############Define packets from Internet server to Intranet server###############
/sbin/iptables -A FORWARD -s 198.168.80.0/24 -i eth1 -j ACCEPT

7. 處理ip碎片

我們接受所有的ip碎片,但採用limit匹配擴充套件對其單位時間可以透過的ip碎片數量進行限制,以防止ip碎片攻擊。

#################################Define fregment rule##################################
/sbin/iptables -A FORWARD -f -m limit --limit 100/s --limit-burst 100 -j ACCEPT

說明:對不管來自哪裡的ip碎片都進行限制,允許每秒透過100個ip碎片,該限制觸發的條件是100個ip碎片。

8. 設定icmp包過濾

icmp包通常用於網路測試等,故允許所有的icmp包透過。但是駭客常常採用icmp進行攻擊,如ping of death等,所以我們採用limit匹配擴充套件加以限制:

#################################Define icmp rule##################################
/sbin/iptables -A FORWARD -p icmp -m limit --limit 1/s --limit-burst 10 -j ACCEPT

說明:對不管來自哪裡的icmp包都進行限制,允許每秒透過一個包,該限制觸發的條件是10個包。


透過以上個步驟,我們建立了一個相對完整的防火牆。只對外開放了有限的幾個埠,同時提供了客戶對Internet的無縫訪問,並且對ip碎片攻 擊和icmp的ping of death提供了有效的防護手段。以下是完整的指令碼檔案內容,希望透過這個例項能是對iptables的用法有所瞭解:

#!/bin/sh

echo "Starting iptables rules..."

#Refresh all chains

/sbin/iptables -F

###########################Define HTTP packets####################################

#Allow www request packets from Internet clients to www servers
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.11 --dport www -i eth0 -j ACCEPT

############################Define FTP packets#####################################

#Allow ftp request packets from Internet clients to Intranet ftp server
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.12 --dport ftp -i eth0 -j ACCEPT

###########################Define smtp packets####################################
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.13 --dport smtp -i eth0 -j ACCEPT

#############Define packets from Internet server to Intranet#######################
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -s 0/0 --sport ftp-data -d 198.168.80.0/24 -i eth0 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -p tcp -d 198.168.80.0/24 ! -syn -i eth0 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -p udp -d 198.168.80.0/24 -i eth0 -j ACCEPT

#############Define packets from Intranet to Internet###############
/sbin/iptables -A FORWARD -s 198.168.80.0/24 -i eth1 -j ACCEPT

#################################Define fregment rule##################################
/sbin/iptables -A FORWARD -f -m limit --limit 100/s --limit-burst 100 -j ACCEPT

#################################Define icmp rule##################################
/sbin/iptables -A FORWARD -p icmp -m limit --limit 1/s --limit-burst 10 -j ACCEPT


五、 iptables與ipchains的區別

  ·iptables的預設鏈的名稱從小寫換成大寫,並且意義不再相同:INPUT和OUTPUT分別放置對目的地址是本機以及本機發出的資料包的過慮規則。
  ·-i選項現在只代表輸入網路介面,輸入網路介面則使用-o選項。
  ·TCP和UDP埠現在需要用--source-port或--sport(或--destination-port/--dport)選項拼寫出來並且必須置於"-p tcp"或"-p udp"選項之後,因為它們分別是載入TCP和UDP擴充套件的。
  ·以前TCP的"-y"標誌現在改為"--syn",並且必須置於"-p tcp"之後。
  ·原來的DENY目標最後改為了DROP。
  ·可以在列表顯示單個鏈的同時將其清空。
  ·可以在清空內建鏈的同時將策略計數器清零。
  ·列表顯示鏈時可顯示計數器的當前瞬時值。
  ·REJECT和LOG現在變成了擴充套件目標,即意味著它們成為獨立的核心模組。
  ·鏈名可以長達31個字元。
  ·MASQ現在改為MASQUERADE,並且使用不同的語法。REDIRECT保留原名稱,但也改變了所使用的語法。

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