【转载】通过iptables实现端口转发和内网共享上网

2017-12-27 本文已影响0人随安居士

【出处】http://blog.51cto.com/wwdhks/1154032
【作者】张天成， zhangtiancheng@gmail.com

1. netfilter

iptables操作的是2.4以上内核的netfilter，所以需要 linux的内核在2.4以上。其功能与安全性远远比其前辈 ipfwadm, ipchains强大，iptables大致是工作在OSI七层的二、三、四层，其前辈ipchains不能单独实现对tcp/udp port以及对mac地址的的定义与操作，所以我想ipchains应该是仅仅工作在三层的。

我们先简单介绍一下netfilter的大致工作流程，也就是一个数据包（或者叫分组、packet，我个人习惯叫包）在到达linux的网络接口的时候（网卡）如何处理这个包，然后再介绍一下如何用iptables改变或者说控制对这个数据包进行操作。

netfilter内部分为三个表，分别是 filter，nat，mangle，每个表又有不同的操作链（Chains）。

filter表：filter表用于防火墙功能，定义了三个 Chain，分别是INPUT(入), FORWARD(转发), OUTPUT(出)。
nat(Network Address Translation)表：nat表用以实现地址转换和端口转发功能，定义了三个Chain，分别是PREROUTING，POSTROUTING，OUTPUT。
mangle表：mangle表是一个自定义表，包括filter表、nat表中的各种chains，它可以让我们进行一些自定义的操作，同时这个mangle表中的chains在netfilter对包的处理流程中处在一个比较优先的位置。

下面有一张图清晰的描绘了netfilter对包的处理流程（该图摘自网上，不知作者是谁，在此深表敬意！），一般情况下，我们用不到这个mangle表，在这里我们就不做介绍了。

netfilter包处理流程

1.1 PREROUTING链

当一个包来到Linux的网络接口的时候先执行PREROUTING操作，依次经过mangle、nat的PREROUTING链。从这个Chain的名字我们可以看出，这个Chain是在路由之前(pre-routing)要过的。为什么要在路由之前过呢？因为在这个链里面我们对包的操作是DNAT，也就是改变目的地址和(或端口)，通常用在端口转发(修改P
ort)，或者NAT到内网的DMZ区(修改地址)。

环境配置如下：

//节点1 - 公网节点
eth0: 60.1.1.1/24 公网ip
eth1：10.1.1.1/24 内网ip

//节点2 - Web服务器
eth1: 10.1.1.2/24

我们怎么样能让Internet用户通过公网IP访问内部的web服务器呢？在这个PREROUTING链上定义一个规则，把访问60.1.1.1:80的用户的目的地址改变一下，改变为10.1.1.2:80，这样就实现了internet用户对内网服务器的访问了。当然，这个端口是比较灵活的，我们可以定义任何一个端口的转发，不一定是80-->80。具体的命令我们在下面的例子中介绍，这里我们只谈流程与概念上的实现方法。

1.2 FORWARD链

好了，我们接着往下走，来到图中下方的那个菱形（FORWARD），转发！

如果目的IP是本机IP，那么包向上走，走入INPUT链处理，然后进入LOCAL PROCESS，随后执行OUTPUT。我们在这里就不介绍INPUT，OUTPUT的处理了，因为那主要是对于本机安全的一种处理，我们这里主要说对转发的过滤和NAT的实现。
如果非本地，那么就进入FORWARD链进行过滤。

默认情况下，当Linux收到了一个目的IP地址不是本地IP的包，Linux会把这个包丢弃。因为默认情况下，Linux的三层包转发功能是关闭的，如果要让我们的Linux实现转发，则需要打开这个转发功能，可以改变它的一个系统参数，使用如下命令打开转发功能：

# 方法一
sysctl net.ipv4.ip_forward=1
# 方法二
echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

处理顺序上，依然是mangle优先、随后流经filter的FORWOARD链。我们操作任何一个链都会影响到这个包的命运，在下面的介绍中，我们就忽略掉mangle表，我们基本用不到操作它，所以我们假设它是透明的。假设这个包被我们的规则放过去了，也就是ACCEPT了，它将进入POSTROUTING部分。

注意！这里我注意到一个细节问题，也就是上面的图中数据包过了FORWARD链之后直接进入了POSTROUITNG 链，我觉得这中间缺少一个环节，也就是ROUTING。对于转发的包来说，Linux同样需要在选路（路由）之后才能将它送出，这个图却没有标明这一点，我认为它是在过了ROUTING之后才进入的POSTROUITNG。当然了，这对于我们讨论iptables的过滤转发来说不是很重要，只是我觉得流程上有这个问题，还是要说明一下。

1.3 POSTROUITNG链

POSTROUTING链是数据包要送出这台Linux的最后一个环节了，也是极其重要的一个环节。这个时候Linux已经完成了对这个包的路由（选路工作），已经找到了合适的接口送出这个包了，在这个链里面我们要进行重要的操作，就是被Linux称为 SNAT的一个动作，修改源IP地址！

为什么修改源IP地址？最常见的就是我们内网多台机器需要共享一个或几个公网IP访问 Internet。因为我们的内网地址是私有的，假如就让Linux给路由出去，源地址也不变，这个包能访问到目的地，但却回不来。因为 Internet上的路由节点不会转发私有地址的数据包，也就是说，不用合法IP，我们的数据包有去无回。

有人会说：“既然是这样，我就不用私有IP了，我自己分配自己合法的地址不行吗？那样包就会回来了吧？”。答案是否定的，IP地址是ICANN来分配的，Internet上的路由器会把这个返回包送到合法的IP去，你同样收不到。而你这种行为有可能被定义为一种ip欺骗，很多设备会把这样的包在接入端就给滤掉了。

那么Linux如何做SNAT 呢？环境配置如下：

//节点1 - 公网节点
eth0: 60.1.1.1/24 公网ip
eth1：10.1.1.1/24 内网ip

//节点2
eth1: 10.1.1.2/24

当内网节点10.1.1.12需要访问202.2.2.2的web服务器，发送数据包时先路由到10.1.1.1节点，随后(在10.1.1.1节点配置SNAT)将源IP改为60.1.1.1后送出。同时在ip_conntrack表里面做一个记录：内网的哪一个ip的哪个端口访问的这个web服务器，自己把它的源地址改成多少了，端口改成多少了，以便这个web服务器返回数据包的时候linux将它准确的送回给发送请求的这个pc.

2. iptables命令

大体的数据转发流程我们说完了，我们看看iptables使用什么样的参数来完成这些操作。在描述这些具体的操作之前，我还要说几个我对iptables的概念的理解（未必完全正确），这将有助于大家理解这些规则，以实现更精确的控制。

上文中我们提到过，对包的控制是由我们在不同的Chain(链)上面添加不同的规则来实现的。那么既然叫链，一定就是一条或者多条规则组成的了，这时就有一个问题了，如果多个规则对同一种包进行了定义，会发生什么事情呢？

在Chain中，所有的规则都是从上向下来执行的，也就是说，如果匹配了第一行，那么就按照第一行的规则执行，一行一行的往下找，直到找到符合这个类型的包的规则为止。如果找了一遍没有找到符合这个包的规则怎么办呢？iptables里面有一个概念，就是Policy（策略），如果找了一遍找不到符合处理这个包的规则，就按照policy来办。iptables 使用-P来设置Chain的策略。

2.1 链(Chain)操作

对链的操作就那么几种：

I(插入)：放到链首
A(追加)：放到链尾
R(替换)
D(删除)
L（列表显示）

比如我们要添加一个规则到filter表的FORWARD链：

# 追加一个规则至filter表中的FORWARD链尾，允许（-j ACCEPT）源地址为10.1.1.11目的地址为202.1.1.1的数据包通过。
iptables -t filter -A FORWARD -s 10.1.1.11 -d 202.1.1.1 -j ACCEPT

在iptables中，默认的表名就是filter，所以这里可以省略-t filter直接写成:

iptables -A FORWARD -s 10.1.1.11 -d 202.1.1.1 -j ACCEPT

2.2 参数项

iptables中的匹配参数：我们在这里就介绍几种常用的参数，详细地用法可以man iptables看它的联机文档，你会有意外的收获。

-s 匹配源地址
可以指定某一个单播ip地址，也可以指定一个网络.
如果单个的ip地址其实隐含了一个32位的子网掩码，比如-s 10.1.1.11 其实就是-s 10.1.1.11/32，
指定不同的掩码用以实现源网络地址的规则，比如一个C类地址我们可以用-s 10.1.1.0/24来指定。
-d 匹配目的地址
规则和-s相同
-p 协议匹配
如tcp, udp, udplite, icmp, esp, ah, sctp
-i 入接口匹配
指定网络接口，比如我仅仅允许从eth3接口过来的包通过FORWARD链，就可以这样指定iptables -A FORWARD -i eth3 -j ACCEPT
-o 出接口匹配
规则同-i
--sport 源端口
--dport 源端口
-j 跳转
也就是包的方向，包括ACCEPT, DROP, QUEUE or RETURN几种。

3. 操作示例

3.1 实例一：内网节点访问外网服务

环境信息：

#服务器节点
> SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64)
eth0: 8.1.234.73(外网IP)
服务端口: 80

#外网节点
> SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64)
eth0： 192.168.234.71(内网IP)
eth11: 8.1.234.71(外网IP)

#内网节点
> SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64)
eth0：192.168.234.72(内网IP)

3.1.1 内网节点配置

将内网节点的网关指向外网节点的内部IP：192.168.234.71。

vi /etc/sysconfig/network/routes 
------
default 192.168.234.71 - -

重启网络服务

service network restart

查看路由是否生效

route
------
 Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
default         192.168.234.71  0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
...

3.1.2 外网节点配置

打开linux的转发功能

 sysctl net.ipv4.ip_forward=1

或者使用如下命令

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

配置FORWARD

//
# 将FORWARD链的策略设置为DROP，这样做的目的是做到对内网ip的控制
# 你允许哪一个访问internet就可以增加一个规则，不在规则中的ip将无法访问internet.
iptables -t filter -P FORWARD DROP

# 允许任何地址 --> 任何地址的确认包和关联包通过。
# 一定要加这一条，否则你只允许Lan IP访问没有用，至于为什么，下面我们再详细说。
iptables -A FORWARD -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT

# 允许内网IP数据转发
iptables -A FORWARD -s 192.168.234.72 -j ACCEPT

配置SNAT
将来自192.168.234.0/24的地址转换为8.1.234.71。因为是让内网上网，对于代理服务器而言POSTROUTING（经过路由之后的包应该要把源地址改变为8.1.234.71，否则包无法返回)。

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.234.72/24 -j SNAT --to 8.1.234.71

配置完成，在内网节点(192.168.234.72)发起的服务器节点(8.1.234.73)请求，会由外网节点修改源ip后转发出去。
在8.1.234.73上启动nginx服务，在192.168.234.72上通过curl访问效果如下：

curl 8.1.234.73
------
Hello, this is 8.1.234.73 server

可以将上述配置写到一个文件中，以便重复执行。

//
# 清除filter配置后重新配置
iptables -t filter -F
iptables -t filter -P FORWARD DROP
iptables -A FORWARD -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
iptables -A FORWARD -s 192.168.234.72 -j ACCEPT
# 清除nat配置后重新配置
iptables -t nat -F
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.234.0/24 -j SNAT --to 8.1.234.71

除此之外，也可以精确控制他的访问地址，比如我就允许10.1.1.99访问3.3.3.3这个ip

iptables -A FORWARD -s 10.1.1.99 -d 3.3.3.3 -j ACCEPT

或者只允许他们访问80端口

iptables -A FORWARD -s 10.1.1.0/24 -p tcp --dport http -j ACCEPT

更多的控制可以自己灵活去做,或者查阅iptables的联机文档。

3.2 实例二：外网节点访问内网服务

环境信息：

* 外网节点
SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64)
eth0: 8.1.234.73(外网IP)

*  外网节点(网关节点)
SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64)
eth0： 192.168.234.71(内网IP)
eth11: 8.1.234.71(外网IP)

* 内网节点(服务节点)
SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64)
eth0：192.168.234.72(内网IP)
服务端口: 80

3.2.1 内网节点配置

开启nginx服务

/etc/nginx/nginx

确保服务监听的是ip是内网ip

    server {
        listen     192.168.234.72:80;
        server_name  192.168.234.72;
        ......

将内网节点的网关指向外网节点的内部IP：192.168.234.71。

vi /etc/sysconfig/network/routes 
------
default 192.168.234.71 - -

重启网络服务

# service network restart

查看路由是否生效

# route
 Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
default         192.168.234.71  0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
...

3.2.2 外网节点(网关节点)配置

打开linux的转发功能

sysctl net.ipv4.ip_forward=1

或者使用如下命令

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

配置FORWARD

# 将FORWARD链的策略设置为DROP，这样做的目的是做到对内网ip的控制
# 你允许哪一个访问internet就可以增加一个规则，不在规则中的ip将无法访问internet.
iptables -t filter -P FORWARD DROP

# 允许任何地址 --> 任何地址的确认包和关联包通过。
# 一定要加这一条，否则你只允许lan IP访问没有用，至于为什么，下面我们再详细说。
iptables -A FORWARD -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT

# 将目的地址为外网地址的数据包改为内网地址
iptables -t nat -A PREROUTING -d 8.1.234.71 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.234.72

# 路由前，数据包先经过PREROUTING处理，目的地址已改为内网地址(192.168.234.72)
# 配置转发规则
iptables -t filter -A FORWARD -d 192.168.234.72 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT

同样，可以将这部分配置放到一个文件中：

iptables -t filter -F
iptables -t nat -F
iptables -t filter -P FORWARD DROP

iptables -t filter -A FORWARD -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
iptables -t nat -A PREROUTING -d 8.1.234.71 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.234.72
iptables -t filter -A FORWARD -d 192.168.234.72 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT

OK，至此配置完成，我们可以尝试在外网节点(8.1.234.73)上，通过网关节点(8.1.234.71)访问内网(192.168.234.72)提供的服务(80端口)。

Hello, this is 72 server

3.2.3 另一种配置方式

在前面的配置中，内网节点将互通的外网节点做为网关，由网关节点修改目的地址，源地址保持不变。其实，还存在另外一种配置方式，同时修改源地址、目的地址。将内网地址中的默认路由配置删除

route del default gw 192.168.234.71

增加一个SNAT配置

iptables -t nat -A POSTROUTING -d 192.168.234.72 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to 192.168.234.71

这条命令不太好懂？其实很简单，如果使用这条命令，那么你的web server不需要再设置默认网关，就能收到这个请求，只要他和linux的lan ip地址是能互访的（也就是说web server和Linux的Lan ip在一个广播域）。我们在根据上面的netfilter流程图来分析这个包到底被我们怎么样了：

一个请求8.1.234.73:1333访问8.1.234.71:80被linux收到了，进入PREROUTING；发现一个匹配规则

iptables -t nat -A PREROUTING -d 8.1.234.71 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.234.72

修改目的地址，于是这个包变成了8.1.234.73:1333-->192.168.234.72:80。

进入FORWARD链，也有一条规则允许通过

iptables -A FORWARD -d 192.168.234.72 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT；

进入route box选路，找到合适路径，此时这个包依旧是8.1.234.73:1333-->192.168.234.72:80。

随后进入POSTROUTING链；又发现一个符合的规则

iptables -t nat -A POSTROUTING -d 192.168.234.72 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to 192.168.234.71

原来是一个SNAT,改你的源地址，于是这个包变成了192.168.234.71:xxxx(随机端口)-->192.168.234.72:80。

整个的两次变化的过程都会记录在linux的ip_conntrack中。
当web server收到这个包的时候，发现，原来是一个内网自己兄弟来的请求阿，又在一个广播域，不用找网关，把返回包直接扔给交换机了；
linux在收到返回包之后，会根据他的ip_conntrack中的条目进行两次变换，返回真正的internet用户，于是完成这一次的访问。

看了上面的两个例子，不知道大家是否清楚了iptables的转发流程，希望对大家有所帮助。

4. 状态机制

下面来讲前面提到的ESTABLISHED，RELATED规则是怎么回事，到底有什么用处。

我们知道，网络的访问是双向的，也就是说一个Client与Server之间完成数据交换需要双方的发包与收包。在netfilter中，有几种状态，也就是New, Established，Related，Invalid。

当一个客户端，在本文例一中，内网的一台机器访问外网，我们设置了规则允许他出去，但是没有设置允许回来的规则啊，怎么完成访问呢？这就是netfilter的状态机制，当一个Lan用户通过这个Linux访问外网的时候，它发送了一个请求包，这个包的状态是New(配置了内网IP的转发规则，放行)。当外网回包的时候他的状态就是Established，所以，Linux知道，哦，这个包是我的内网的一台机器发出去的应答包，他就放行了。

而外网试图对内发起一个新的连接的时候，他的状态是New,所以Linux压根不去理会它。这就是我们为什么要加这一句的原因。

还有那个Related，他是一个关联状态，什么会用到呢？sftp、ftp都会用到，因为他们的传输机制决定了，它不像http访问那样，Client_IP: port-->Server:80然后server:80-->Client_IP:port，ftp使用tcp21建立连接，使用20端口发送数据，其中又有两种方式，一种主动active mode，一种被动passive mode。主动模式下，client使用port命令告诉server我用哪一个端口接受数据，然后server主动发起对这个端口的请求。被动模式下，server使用port命令告诉客户端，它用那个端口监听，然后客户端发起对他的数据传输，所以这对于一个防火墙来说就是比较麻烦的事情，因为有可能会有New状态的数据包，但是它又是合理的请求，这个时候就用到这个Related状态了，他就是一种关联，在linux中，有个叫 ftp_conntrack的模块，它能识别port命令，然后对相应的端口进行放行。

5. 实用命令

对了，还有几个在实际中比较实用（也比较受用:-)）的命令参数，写出来供大家参考

有的时候使用iptables -L会比较慢，因为linux会尝试解析ip的域名，真是罗嗦，如果你的dns server比较不爽的话，iptables -L就会让你很不爽，加一个-n参数就好了。列表刷的就出来。当然了，如果你的linux就是做防火墙，建议把nameserver去掉，在 /etc/resolve.conf里面，因为有时候使用route命令也会比较慢列出来，很是不爽。

iptables -L -n

这个命令会显示链中规则的包和流量计数，嘿嘿，看看哪些小子用的流量那么多，用tc限了他。

iptables -L -v

查看nat表中的规则。

iptables -t nat -L -vn

查看目前的conntrack，可能会比较多哦，最好加一个|grep "关键字"，看看你感兴趣的链接跟踪

cat /proc/net/ip_conntrack

看看总链接有多少条。

wc -l /proc/net/ip_conntrack

把当前的所有链备份一下，之所以放到/etc下面叫iptables，因为这样重起机器的时候会自动加载所有的链，经常地备份一下吧，否则如果链多，万一掉电重启，你还是会比较痛苦。

iptables-save >/etc/iptables