所属分类: NetFilter 整理: linuxAid 更新日期:2003/1/15 16:55:53 阅读次数:11036

用iptales实现包过虑型防火墙


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)。
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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:
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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。

四、 iptables使用实例

首先让我们看一下服务器/客户机的交互原理。服务器提供某特定功能的服务总是由特定的后台程序提供的。在TCP/IP网络中,常常把这个特定的服务绑定到特定的TCP或UDP端口。之后,该后台程序就不断地监听(listen)该端口,一旦接收到符合条件的客户端请求,该服务进行TCP握手后就同客户端建立一个连接,响应客户请求。与此同时,再产生一个该绑定的拷贝,继续监听客户端的请求。

举一个具体的例子:假设网络中有一台服务器A(IP地址为1.1.1.1)提供WWW服务,另有客户机B(2.2.2.2)、C(3.3.3.3)。首先,服务器A运行提供WWW服务的后台程序(比如Apache)并且把该服务绑定到端口80,也就是说,在端口80进行监听。当B发起一个连接请求时,B将打开一个大于1024的连接端口(1024内为已定义端口),假设为1037。A在接收到请求后,用80端口与B建立连接以响应B的请求,同时产生一个80端口绑定的拷贝,继续监听客户端的请求。假如A又接收到C的连接请求(设连接请求端口为1071),则A在与C建立连接的同时又产生一个80端口绑定的拷贝继续监听客户端的请求。如下所示,因为系统是以源地址、源端口、目的地址、目的端口来标识一个连接的,所以在这里每个连接都是唯一的。

服务器 客户端
连接1:a.b.c.1:80 <=> a.b.c.4:1037
连接2:a.b.c.1:80 <=> a.b.c.7:1071

每一种特定的服务都有自己特定的端口,一般说来小于1024的端口多为保留端口,或者说是已定义端口,低端口分配给众所周知的服务(如WWW、FTP等等),从512到1024的端口通常保留给特殊的UNIX TCP/IP应用程序,具体情况请参考/etc/services文件或RFC1700。

假设网络环境如下:某一单位,租用DDN专线上网,网络拓扑如下:

+--------------+
| 内部网段 | 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上真实的IP,故没有用到IP欺骗。并且,我们假设在内部网中存在以下服务器:
www服务器:www.yourdomain.com 198.168.80.11
ftp服务器:ftp.yourdomain.com 198.168.80.12
email服务器:mail.yourdomain.com 198.168.80.13

下面我们将用iptables一步一步地来建立我们的包过滤防火墙,需要说明的是,在这个例子中,我们主要是对内部的各种服务器提供保护。

1. 在/etc/rc.d/目录下用touch命令建立firewall文件,执行chmod u+x firewll以更改文件属性 ,编辑/etc/rc.d/rc.local文件,在末尾加上 /etc/rc.d/firewall 以确保开机时能自动执行该脚本。

2. 刷新所有的链的规则
#!/bin/sh

echo "Starting iptables rules..."

#Refresh all chains

/sbin/iptables -F

3. 我们将首先禁止转发任何包,然后再一步步设置允许通过的包。
所以首先设置防火墙FORWARD链的策略为DROP:

/sbin/iptables -P FORWARD DROP

4.设置关于服务器的包过虑规则:

在这里需要注意的是,服务器/客户机交互是有来有往的,也就是说是双向的,所以我们不仅仅要设置数据包出去的规则,还要设置数据包返回的规则,我们先建立针对来自Internet数据包的过虑规则。

WWW服务:服务端口为80,采用tcp或udp协议。规则为:eth0=>允许目的为内部网WWW服务器的包。

###########################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服务:FTP服务有点特别,因为需要两个端口,因为FTP有命令通道和数据通道。其中命令端口为21,数据端口为20,并且有主动和消极两种服务模式,其消极模式连接过程为:FTP客户端首先向FTP服务器发起连接请求,三步握手后建立命令通道,然后由FTP服务器请求建立数据通道,成功后开始传输数据,现在大多数FTP客户端均支持消极模式,因为这种模式可以提高安全性。FTP服务采用tcp协议。规则为:eth0=>仅允许目的为内部网ftp服务器的包。

############################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服务:包含两个协议,一是smtp,一是pop3。出于安全性考虑,通常只提供对内的pop3服务,所以在这里我们只考虑针对smtp的安全性问题。smtp端口为21,采用tcp协议。eth0=>仅允许目的为email服务器的smtp请求。

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

5. 设置针对Intranet客户的过虑规则:

在本例中我们的防火墙位于网关的位置,所以我们主要是防止来自Internet的攻击,不能防止来自Intranet的攻击。假如我们的服务器都是基于linux的,也可以在每一部服务器上设置相关的过虑规则来防止来自Intranet的攻击。对于Internet对Intranet客户的返回包,我们定义如下规则。

#############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

说明:第一条允许Intranet客户采用消极模式访问Internet的FTP服务器;第二条接收来自Internet的非连接请求tcp包;最后一条接收所有udp包,主要是针对oicq等使用udp的服务。

6. 接受来自整个Intranet的数据包过虑,我们定义如下规则:

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

7. 处理ip碎片

我们接受所有的ip碎片,但采用limit匹配扩展对其单位时间可以通过的ip碎片数量进行限制,以防止ip碎片攻击。

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

说明:对不管来自哪里的ip碎片都进行限制,允许每秒通过100个ip碎片,该限制触发的条件是100个ip碎片。

8. 设置icmp包过滤

icmp包通常用于网络测试等,故允许所有的icmp包通过。但是黑客常常采用icmp进行攻击,如ping of death等,所以我们采用limit匹配扩展加以限制:

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

说明:对不管来自哪里的icmp包都进行限制,允许每秒通过一个包,该限制触发的条件是10个包。


通过以上个步骤,我们建立了一个相对完整的防火墙。只对外开放了有限的几个端口,同时提供了客户对Internet的无缝访问,并且对ip碎片攻击和icmp的ping of death提供了有效的防护手段。以下是完整的脚本文件内容,希望通过这个实例能是对iptables的用法有所了解:

#!/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与ipchains的区别

  ·iptables的缺省链的名称从小写换成大写,并且意义不再相同:INPUT和OUTPUT分别放置对目的地址是本机以及本机发出的数据包的过虑规则。
  ·-i选项现在只代表输入网络接口,输入网络接口则使用-o选项。
  ·TCP和UDP端口现在需要用--source-port或--sport(或--destination-port/--dport)选项拼写出来并且必须置于"-p tcp"或"-p udp"选项之后,因为它们分别是载入TCP和UDP扩展的。
  ·以前TCP的"-y"标志现在改为"--syn",并且必须置于"-p tcp"之后。
  ·原来的DENY目标最后改为了DROP。
  ·可以在列表显示单个链的同时将其清空。
  ·可以在清空内建链的同时将策略计数器清零。
  ·列表显示链时可显示计数器的当前瞬时值。
  ·REJECT和LOG现在变成了扩展目标,即意味着它们成为独立的内核模块。
  ·链名可以长达31个字符。
  ·MASQ现在改为MASQUERADE,并且使用不同的语法。REDIRECT保留原名称,但也改变了所使用的语法。



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