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用iptales实现包过虑型防火墙(一)

王朝other·作者佚名  2008-05-18
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http://LinuxAid.com.cn bye2000

本文版权由linuxAid和作者所有

摘要:本文介绍linux2.4.x内核中的防火墙工具--iptables的原理与配置,同时还给出了实际运用的例子,在文章的最后归纳了iptables与ipchains的区别。

一、 概述

从1.1内核开始,linux就已经具有包过虑功能了,在2.0的内核中我们采用ipfwadm来操作内核包过虑规则。之后在2.2内核中,采用了大家并不陌生的ipchains来控制内核包过虑规则。现在最新linux内核版本是2.4.1,在2.4内核中我们不再使用ipchains,而是采用一个全新的内核包过虑管理工具--iptables。 这个全新的内核包过虑工具将使用户更易于理解其工作原理,更容易被使用,当然也将具有更为强大的功能。

我们说过iptables只是一个管理内核包过虑的工具,iptables 可以加入、插入或删除核心包过滤表格(链)中的规则。实际上真正来执行这些过虑规则的是netfilter(Linux 核心中一个通用架构)及其相关模块(如iptables模块和nat模块),下面我们一起来看看 netfilter的工作原理。

二、 原理

netfilter是Linux 核心中一个通用架构,它提供了一系列的"表"(tables),每个表由若干"链"(chains)组成,而每条链中可以有一条或数条规则(rule)组成。我们可以这样来理解,netfilter是表的容器,表是链的容器,而链又是规则的容器(如图一所示)。

系统缺省的表为"filter",该表中包含了INPUT、FORWARD和OUTPUT 3个链。每一条链中可以有一条或数条规则,每一条规则都是这样定义的“如果数据包头符合这样的条件,就这样处理这个数据包”。当一个数据包到达一个链时,系统就会从第一条规则开始检查,看是否符合该规则所定义的条件: 如果满足,系统将根据该条规则所定义的方法处理该数据包;如果不满足则继续检查下一条规则。最后,如果该数据包不符合该链中任一条规则的话,系统就会根据该链预先定义的策略(policy)来处理该数据包。

数据包在filter表中的流程如图二所示。有数据包进入系统时,系统首先根据路由表决定将数据包发给哪一条链,则可能有三种情况:

1. 如果数据包的目的地址是本机,则系统将数据包送往INPUT链,如果通过规则检查,则该包被发给相应的本地进程处理;如果没通过规则检查,系统就会将这个包丢掉;

2. 如果数据包的目的地址不是本机,也就是说,这个包将被转发,则系统将数据包送往FORWARD链,如果通过规则检查,则该包被发给相应的本地进程处理;如果没通过规则检查,系统就会将这个包丢掉;

3. 如果数据包是由本地系统进程产生的,则系统将其送往OUTPUT链,如果通过规则检查,则该包被发给相应的本地进程处理;如果没通过规则检查,系统就会将这个包丢掉。

从以上我们可以看出,netfilter比起以前的ipfwadm和ipchains思路上清晰了好多,也好理解了好多,这对于原先对ipfwadm和ipchains总是感到一头雾水的用户来说无疑是一个福音。

三、 准备工作

1. 系统需求

netfilter要求内核版本不低于2.3.5,在编译新内核时,要求选择和netfilter相关的项目。这些项目通常都是位于“Networking options”子项下。以2.4.0内核为例,我们应该选中的项目有:

[*] Kernel/User netlink socket

[ ] Routing messages

<*> Netlink device emulation

[*] Network packet filtering (replaces ipchains)

.......

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

<M> Connection tracking (required for masq/NAT)

<M> FTP protocol support

<M> IP tables support (required for filtering/masq/NAT)

<M > limit match support

<M> MAC address match support

<M> Netfilter MARK match support

<M> Multiple port match support

<M> TOS match support

<M> Connection state match support

<M> Packet filtering

<M> REJECT target support

<M> Full NAT

<M> MASQUERADE target support

<M> REDIRECT target support

<M> Packet mangling

<M> TOS target support

<M> MARK target support

<M> LOG target support

<M> ipchains (2.2-style) support

<M> ipfwadm (2.0-style) support

其中最后两个项目可以不选,但是如果你比较怀念ipchains或者ipfwadm,你也可以将其选中,以便在2.4内核中使用ipchians 或ipfwadm。但是需要注意的是,iptables是和ipchians/ipfwadm相对立的,在使用iptables的同时就不能同时使用 ipchains/ipfwadm。编译成功后,这些模块文件都位于以下目录中

/lib/modules/2.4.0/kernel/net/ipv4/netfilter

编译2.4.0的新内核时还应该注意要在“Processor type and features”中选择和你的CPU相对应的正确的CPU选项,否则新内核可能无法正常工作。

2. 载入模块

要使用iptables,还必须载入相关模块。可以使用以下命令载入相关模块:

#modprobe iptable_tables

modprobe命令会自动载入指定模块及其相关模块。iptables_filter模块会在运行时自动载入。

三、 语法

1. 对链的操作

建立一个新链 (-N)。

删除一个空链 (-X)。

改变一个内建链的原则 (-P)。

列出一个链中的规则 (-L)。

清除一个链中的所有规则 (-F)。

归零(zero) 一个链中所有规则的封包字节(byte) 记数器 (-Z)。

2. 对规则的操作

加入(append) 一个新规则到一个链 (-A)的最后。

在链内某个位置插入(insert) 一个新规则(-I),通常是插在最前面。

在链内某个位置替换(replace) 一条规则 (-R)。

在链内某个位置删除(delete) 一条规则 (-D)。

删除(delete) 链内第一条规则 (-D)。

3. 指定源地址和目的地址

通过--source/--src/-s来指定源地址(这里的/表示或者的意思,下同),通过--destination/--dst/-s来指定目的地址。可以使用以下四中方法来指定ip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指定一个网络地址,如“192.168.1.0/255.255.255.0”;

d. 用x.x.x.x/x指定一个网络地址,如“192.168.1.0/24”这里的24表明了子网掩码的有效位数,这是 UNIX环境中通常使用的表示方法。

缺省的子网掩码数是32,也就是说指定192.168.1.1等效于192.168.1.1/32。

4. 指定协议

可以通过--protocol/-p选项来指定协议,比如-p tcp。

5. 指定网络接口将

可以使用--in-interface/-i或--out-interface/-o来指定网络接口。需要注意的是,对于INPUT链来说,只可能有-i,也即只会有进入的包;通理,对于OUTPUT链来说,只可能有-o,也即只会有出去的包。只有FORWARD链既可以有-i的网络接口,也可以有-o的网络接口。我们也可以指定一个当前并不存在的网络接口,比如ppp0,这时只有拨号成功后该规则才有效。

6. 指定ip碎片

在TCP/IP通讯过程中,每一个网络接口都有一个最大传输单元(MTU),这个参数定义了可以通过的数据包的最大尺寸。如果一个数据包大于这个参数值时,系统会将其划分成更小的数个数据包(称之为ip碎片)来传输,而接收方则对这些ip碎片再进行重组以还原整个包。

但是再进行包过滤的时候,ip碎片会导致这样一个问题:当系统将大数据包划分成ip碎片传送时,第一个碎片含有完整的包头信息,但是后续的碎片只有包头的部分信息,比如源地址,目的地址。因此假如我们有这样一条规则:

iptables -A FORWARD -p tcp -s 192.168.1.0/24 -d 192.168.2.100 --dport 80 -j ACCEPT

并且这时的FORWARD的策略(policy)为DROP时,系统只会让第一个ip碎片通过,而丢掉其余的ip碎片,因为第一个碎片含有完整的包头信息,可以满足该规则的条件,而余下的碎片因为包头信息不完整而无法满足规则定义的条件,因而无法通过。

我们可以通过--fragment/-f选项来指定第二个及其以后的ip碎片,比如以上面的例子为例,我们可以再加上这样一条规则来解决这个问题:

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,现在已经有好多进行ip碎片攻击的实例(比如向Win98 NT4/SP5,6 Win2K发送大量的ip碎片进行DoS攻击),因此允许ip碎片通过是有安全隐患的,对于这一点我们可以采用iptables的匹配扩展来进行限制,但是这又会影响服务质量,我们将在下面讨论这个问题。

7. 指定非

可以在某些选项前加上!来表示非指定值,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以外的协议。

8. TCP匹配扩展

通过使用--tcp-flags选项可以根据tcp包的标志位进行过滤,该选项后接两个参数:第一个参数为要检查的标志位,可以是SYN, ACK,FIN,RST,URG,PSH的组合,可以用ALL指定所有标志位;第二个参数是标志位值为1的标志。比如你要过滤掉所有SYN标志位为1的 tcp包,可以使用以下规则:

iptables -A FORWARD -p tcp --tcp-flags ALL SYN -j DROP

选项--syn是以上的一种特殊情况,相当于“--tcp-flags SYN,RST,ACK SYN”的简写。

9. mac匹配扩展

可以使用-m选项来扩展匹配内容。使用--match mac/-m mac匹配扩展可以用来检查ip数据包的源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

需要注意的是一个ip包在经过路由器转发后,其源mac地址已经变成了路由器的mac地址。

10. limit匹配扩展

limit扩展是一个非常有用的匹配扩展。使用-m nat 来指定,其后可以有两个选项:

--limit avg: 指定单位时间内允许通过的数据包的个数。单位时间可以是/second、/minute、/hour、/day或使用第一个字母,比如5/second和5/s是一样的,都是表示每秒可以通过5个数据包,缺省值是3/hour。

--limit-burst number:指定触发事件的阀值,缺省值是5。

看起来好像有点复杂,就让我们来看一个例子:

假设又如下的规则:

iptables -A INPUT -p icmp -m limit --limit 6/m --limit-burst 5 -j ACCEPT

iptables -P INPUT DROP

然后从另一部主机上ping这部主机,就会发生如下的现象:

首先我们可以看到前四个包的回应都很正常,然后从第五个包开始,我们每10秒可以收到一个正常的回应。这是因为我们设定了单位时间(在这里是每分钟)内允许通过的数据包的个数是每分钟6个,也即每10秒钟一个;其次我们又设定了事件触发阀值为5,所以我们的前四个包都是正常的,只是从第五个包开始,限制规则开始生效,故只能每10秒收到一个正常回应。

假设我们停止ping,30秒后又开始ping,这时的现象是:

前两个包是正常的,从第三个包开始丢包,这是因为在这里我的允许一个包通过的周期是10秒,如果在一个周期内系统没有收到符合条件的包,系统的触发值就会恢复1,所以假如我们30秒内没有符合条件的包通过,系统的触发值就会恢复到3,假如5个周期内都没有符合条件的包通过,系统都触发值就会完全恢复。不知道你明白了没有,欢迎你来信讨论。

11. LOG目标扩展

netfilter缺省的目标(也就是一旦满足规则所定义以后系统对数据包的处理方法)有:

ACEEPT:接收并转发数据包

DORP:丢掉数据包

目标扩展模块提供了扩展的目标。LOG目标提供了记录数据包的功能。该目标扩展有以下几个参数:

--log-level:指定记录信息的级别,级别有debug、info、notice、warning、err、crit、alert、emerg分别对应7到0的数字。其含义请参看syslog.conf的man手册。

--log-prefix:后接一个最长为30个字符的字符串,该字符串将出现在每一条日志的前面。

12. REJECT目标扩展

该目标扩展完全和DORP标准目标一样,除了向发送方返回一个“port unreachable”的icmp信息外。

还有其他一些扩展是常用的,如果你想了解可以参考Packet-Filtering-HOWTO。当然,最直接获得帮助的办法是查看 iptables的在线帮助,比如想得到关于mac匹配扩展的帮助可以执行“iptables -m mac -help”命令,想得到LOG目标扩展的帮助可以执行“iptables -j LOG -help”命令。

 
 
 
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