第十八天：Linux防火墙及NAT

一、防火墙概念

1、安全技术

入侵检测系统（Intrusion Detection Systems）：

入侵防御系统（Intrusion Prevention System）：

防火墙（ FireWall ）：

二、Linux防火墙技术

1、Netfilter

Linux防火墙是由Netfilter组件提供的，Netfilter工作在内核空间，集成在linux内核中

Netfilter 是Linux 2.4.x之后新一代的Linux防火墙机制，是linux内核的一个子系统。Netfilter采用模块化设计，具有良好的可扩充性，提供扩展各种网络服务的结构化底层框架。Netfilter与IP协议栈是无缝

契合，并允许对数据报进行过滤、地址转换、处理等操作

 Netfilter官网文档：https://netfilter.org/documentation/

 

三、防火墙工具介绍

1、iptables

由软件包iptables提供的命令行工具，工作在用户空间，用来编写规则，写好的规则被送往netfilter，告诉内核如何去处理信息包

2、firewalld

从CentOS 7 版开始引入了新的前端管理工具

软件包：firewalld          firewalld-config

管理工具：

firewall-cmd 命令行工具

firewall-config 图形工作

3、nftables

此软件是CentOS 8 新特性,Nftables最初在法国巴黎的Netfilter Workshop 2008上发表，然后由长期的netfilter核心团队成员和项目负责人Patrick McHardy于2009年3月发布。它在2013年末合并到Linux内

核中，自2014年以来已在内核3.13中可用。

从用户的角度来看，nftables添加了一个名为nft的新工具，该工具替代了iptables，arptables和

ebtables中的所有其他工具。从体系结构的角度来看，它还替换了内核中处理数据包过滤规则集运行时

评估的那些部分。

 

四、netfilter 中五个勾子函数和报文流向

Netfilter在内核中选取五个位置放了五个hook(勾子) function(INPUT、OUTPUT、FORWARD、PREROUTING、POSTROUTING)，而这五个hook function向用户开放，用户可以通过一个命令工具

（iptables）向其写入规则

 三种报文流向

流入本机：PREROUTING --> INPUT-->用户空间进程

流出本机：用户空间进程 -->OUTPUT--> POSTROUTING

转发：PREROUTING --> FORWARD --> POSTROUTING

五、iptables的组成

iptables由五个表table和五个链chain以及一些规则组成

 1、链 chain：

内置链：每个内置链对应于一个钩子函数

自定义链：用于对内置链进行扩展或补充，可实现更灵活的规则组织管理机制；只有Hook钩子调用自定义链时，才生效 

2、五个内置链chain: 

INPUT,OUTPUT,FORWARD,PREROUTING,POSTROUTING

3、五个表table：filter、nat、mangle、raw、security 

filter：过滤规则表，根据预定义的规则过滤符合条件的数据包,默认表

nat：network address translation 地址转换规则表

mangle：修改数据标记位规则表

raw：关闭启用的连接跟踪机制，加快封包穿越防火墙速度

security：用于强制访问控制（MAC）网络规则，由Linux安全模块（如SELinux）实现 

4、优先级由高到低的顺序为： 

security -->raw-->mangle-->nat-->filter

5、表和链对应关系

 6、数据包过滤匹配流程 

 7、内核中数据包的传输过程

当一个数据包进入网卡时，数据包首先进入PREROUTING链，内核根据数据包目的IP判断是否需要转送出去

如果数据包是进入本机的，数据包就会沿着图向下移动，到达INPUT链。数据包到达INPUT链后，任何进程都会收到它。本机上运行的程序可以发送数据包，这些数据包经过OUTPUT链，然后到达

POSTROUTING链输出

如果数据包是要转发出去的，且内核允许转发，数据包就会向右移动，经过FORWARD链，然后到达POSTROUTING链输出 

 

六、netfilter 完整流程

 

七、 iptables

1、 iptables 规则说明

（1）iptables 规则组成

规则rule：根据规则的匹配条件尝试匹配报文，对匹配成功的报文根据规则定义的处理动作作出处理，规则在链接上的次序即为其检查时的生效次序

匹配条件：默认为与条件，同时满足

基本匹配：IP，端口，TCP的Flags（SYN,ACK等）

扩展匹配：通过复杂高级功能匹配

处理动作：称为target，跳转目标

内建处理动作：ACCEPT,DROP,REJECT,SNAT,DNAT,MASQUERADE,MARK,LOG...

自定义处理动作：自定义chain，利用分类管理复杂情形

规则要添加在链上，才生效；添加在自定义链上不会自动生效

白名单:只有指定的特定主机可以访问,其它全拒绝

黑名单:只有指定的特定主机拒绝访问,其它全允许,默认方式

（2）iptables规则添加时考量点

要实现哪种功能：判断添加在哪张表上

报文流经的路径：判断添加在哪个链上

报文的流向：判断源和目的

匹配规则：业务需要 

2、 iptables 用法说明

iptables命令格式详解：

iptables   [-t table]   SUBCOMMAND   chain   [-m matchname [per-match-options]]  

-j targetname [per-target-options] 

 

 查看类：

-L：list, 列出指定鏈上的所有规则，本选项须置后

-n：numberic，以数字格式显示地址和端口号

-v：verbose，详细信息

-vv 更详细

-x：exactly，显示计数器结果的精确值,而非单位转换后的易读值

--line-numbers：显示规则的序号

-S selected,以iptables-save 命令格式显示链上规则

 

 扩展动作：

REJECT：--reject-with:icmp-port-unreachable默认

RETURN：返回调用链

REDIRECT：端口重定向

LOG：记录日志，dmesg

MARK：做防火墙标记

DNAT：目标地址转换

SNAT：源地址转换

MASQUERADE：地址伪装

自定义链

 

3、 iptables 基本匹配条件

基本匹配条件：无需加载模块，由iptables/netfilter自行提供

[!] -s, --source address[/mask][,...]：源IP地址或者不连续的IP地址
[!] -d, --destination address[/mask][,...]：目标IP地址或者不连续的IP地址
[!] -p, --protocol protocol：指定协议，可使用数字如0（all）
 protocol: tcp, udp, icmp, icmpv6, udplite,esp, ah, sctp, mh or“all“  
 参看：/etc/protocols
[!] -i, --in-interface name：报文流入的接口；只能应用于数据报文流入环节，只应用于INPUT、
FORWARD、PREROUTING链
[!] -o, --out-interface name：报文流出的接口；只能应用于数据报文流出的环节，只应用于
FORWARD、OUTPUT、POSTROUTING链

4、iptables 扩展匹配条件

扩展匹配条件：需要加载扩展模块（/usr/lib64/xtables/*.so），方可生效

扩展模块的查看帮助 ：man iptables-extensions

扩展匹配条件：

隐式扩展

显式扩展 

（1）隐式扩展

iptables 在使用-p选项指明了特定的协议时，无需再用-m选项指明扩展模块的扩展机制，不需要手动加

载扩展模块

tcp 协议的扩展选项

[!] --source-port, --sport port[:port]：匹配报文源端口,可为端口连续范围
[!] --destination-port,--dport port[:port]：匹配报文目标端口,可为连续范围
[!] --tcp-flags mask comp
     mask 需检查的标志位列表，用,分隔 , 例如 SYN,ACK,FIN,RST
     comp 在mask列表中必须为1的标志位列表，无指定则必须为0，用,分隔tcp协议的扩展选项

 （2）显式扩展及相关模块

显示扩展即必须使用-m选项指明要调用的扩展模块名称，需要手动加载扩展模块

[-m matchname [per-match-options]]

扩展模块的使用帮助：

CentOS 7,8: man iptables-extensions

CentOS 6: man iptables 

 

 

 

 3.4.2.5 time扩展

注意：CentOS 8 此模块有问题

根据将报文到达的时间与指定的时间范围进行匹配

--datestart YYYY[-MM[-DD[Thh[:mm[:ss]]]]] 日期

--datestop YYYY[-MM[-DD[Thh[:mm[:ss]]]]]

--timestart hh:mm[:ss]       时间

--timestop hh:mm[:ss]

[!] --monthdays day[,day...]   每个月的几号

[!] --weekdays day[,day...]   星期几，1 – 7 分别表示星期一到星期日

--kerneltz：内核时区（当地时间），不建议使用，CentOS 7版本以上系统默认为 UTC

注意： centos6 不支持kerneltz ，--localtz指定本地时区(默认)

 

 

3.4.2.8 state扩展

state 扩展模块，可以根据”连接追踪机制“去检查连接的状态，较耗资源

conntrack机制：追踪本机上的请求和响应之间的关系

状态类型：

NEW：新发出请求；连接追踪信息库中不存在此连接的相关信息条目，因此，将其识别为第一次发

出的请求

ESTABLISHED：NEW状态之后，连接追踪信息库中为其建立的条目失效之前期间内所进行的通信

状态

RELATED：新发起的但与已有连接相关联的连接，如：ftp协议中的数据连接与命令连接之间的关

系

INVALID：无效的连接，如flag标记不正确

UNTRACKED：未进行追踪的连接，如：raw表中关闭追踪

 

5、Target

 6、规则优化最佳实践

1. 安全放行所有入站和出站的状态为ESTABLISHED状态连接,建议放在第一条，效率更高

2. 谨慎放行入站的新请求

3. 有特殊目的限制访问功能，要在放行规则之前加以拒绝

4. 同类规则（访问同一应用，比如：http ），匹配范围小的放在前面，用于特殊处理

5. 不同类的规则（访问不同应用，一个是http，另一个是mysql ），匹配范围大的放在前面，效率更

高 

-s 10.0.0.6 -p tcp --dport 3306 -j REJECT

-s 172.16.0.0/16 -p tcp --dport 80 -j REJECT

6. 应该将那些可由一条规则能够描述的多个规则合并为一条,减少规则数量,提高检查效率

7. 设置默认策略，建议白名单（只放行特定连接）

iptables -P，不建议，容易出现“自杀现象”

规则的最后定义规则做为默认策略，推荐使用，放在最后一条

 

7、 iptables规则保存

使用iptables命令定义的规则，手动删除之前，其生效期限为kernel存活期限

持久保存规则：

CentOS 7,8 

iptables-save > /PATH/TO/SOME_RULES_FILE 

开机自动重载规则

用脚本保存各个iptables命令；让此脚本开机后自动运行

/etc/rc.d/rc.local文件中添加脚本路径 /PATH/TO/SOME_SCRIPT_FILE

用规则文件保存各个规则，开机时自动载入此规则s文件中的规则

在/etc/rc.d/rc.local文件添加

iptables-restore < /PATH/FROM/IPTABLES_RULES_FILE

　　

 8、网络防火墙

iptables/netfilter 利用filter表的FORWARD链,可以充当网络防火墙：

（1） FORWARD 链实现内外网络的流量控制

 

#方法1 通过标准模块实现内网访问外网特定服务http和icmp,反之禁止

[root@firewall ~]#iptables -AFORWARD -j REJECT

[root@firewall ~]#iptables -IFORWARD -s 10.0.0.0/24 -p tcp --dport 80 -j

ACCEPT

[root@firewall ~]#iptables -IFORWARD -d 10.0.0.0/24 -p tcp --sport 80 -j

ACCEPT

[root@firewall ~]#iptables -I FORWARD   -s 10.0.0.0/24 -p icmp --icmp-type 8 -j

ACCEPT

[root@firewall ~]#iptables -I FORWARD   -d 10.0.0.0/24 -p icmp --icmp-type 0 -j

ACCEPT

 

#方法2 利用state模块实现内网访问可以访问外网,反之禁止

[root@firewall ~]#iptables -DFORWARD 1

[root@firewall ~]#iptables -DFORWARD 2 

 

（2） NAT 表 

 

NAT: network address translation，支持PREROUTING，INPUT，OUTPUT，POSTROUTING四个链

请求报文：修改源/目标IP，由定义如何修改

响应报文：修改源/目标IP，根据跟踪机制自动实现

NAT的实现分为下面类型：

SNAT：source NAT ，支持POSTROUTING, INPUT，让本地网络中的主机通过某一特定地址访问

外部网络，实现地址伪装,请求报文：修改源IP

DNAT：destination NAT 支持PREROUTING , OUTPUT，把本地网络中的主机上的某服务开放给外

部网络访问(发布服务和端口映射)，但隐藏真实IP,请求报文：修改目标IP

PNAT: port nat，端口和IP都进行修改 

（3） SNAT

SNAT：基于nat表的target，适用于固定的公网IP

SNAT选项：

--to-source [ipaddr[-ipaddr]][:port[-port]]

--random 

iptables -t nat -A POSTROUTING -s LocalNET ! -d LocalNet -j SNAT --to[-source]

ExtIP 

 

（4）DNAT

DNAT：nat表的target，适用于端口映射，即可重定向到本机，也可以支持重定向至不同主机的不同端

口，但不支持多目标，即不支持负载均衡功能

DNAT选项：

--to-destination [ipaddr[-ipaddr]][:port[-port]]

 （5）REDIRECT 转发

REDIRECT，是NAT表的 target，通过改变目标IP和端口，将接受的包转发至同一个主机的不同端口，可

用于PREROUTING OUTPUT链

REDIRECT选项： 

--to-ports port[-port] 

 

八、 firewalld

1、firewalld 介绍 

firewalld是CentOS 7.0新推出的管理netfilter的用户空间软件工具,也被ubuntu18.04版以上所支持(apt

install firewalld安装即可)

firewalld是配置和监控防火墙规则的系统守护进程。可以实iptables,ip6tables,ebtables的功能

firewalld服务由firewalld包提供

firewalld支持划分区域zone,每个zone可以设置独立的防火墙规则

归入zone顺序：

先根据数据包中源地址，将其纳为某个zone

纳为网络接口所属zone

纳入默认zone，默认为public zone,管理员可以改为其它zone

网卡默认属于public zone,lo网络接口属于trusted zone

firewalld zone 分类

 

 2、firewall-cmd 命令 

firewall-cmd 格式

Usage: firewall-cmd [OPTIONS...] 

--get-zones 列出所有可用区域
--get-default-zone 查询默认区域
--set-default-zone=<ZONE> 设置默认区域
--get-active-zones 列出当前正使用的区域
--add-source=<CIDR>[--zone=<ZONE>] 添加源地址的流量到指定区域，如果无--zone= 选项，使用
默认区域
--remove-source=<CIDR> [--zone=<ZONE>] 从指定区域删除源地址的流量，如无--zone= 选项，
使用默认区域
--add-interface=<INTERFACE>[--zone=<ZONE>] 添加来自于指定接口的流量到特定区域，如果无--
zone= 选项，使用默认区域
--change-interface=<INTERFACE>[--zone=<ZONE>] 改变指定接口至新的区域，如果无--zone=
选项，使用默认区域
--add-service=<SERVICE> [--zone=<ZONE>] 允许服务的流量通过，如果无--zone= 选项，使用默
认区域
--add-port=<PORT/PROTOCOL>[--zone=<ZONE>] 允许指定端口和协议的流量，如果无--zone= 选
项，使用默认区域
--remove-service=<SERVICE> [--zone=<ZONE>] 从区域中删除指定服务，禁止该服务流量，如果
无--zone= 选项，使用默认区域
--remove-port=<PORT/PROTOCOL>[--zone=<ZONE>] 从区域中删除指定端口和协议，禁止该端口
的流量，如果无--zone= 选项，使用默认区域
--reload 删除当前运行时配置，应用加载永久配置
--list-services 查看开放的服务
--list-ports   查看开放的端口
--list-all [--zone=<ZONE>] 列出指定区域的所有配置信息，包括接口，源地址，端口，服务等，如
果无--zone= 选项，使用默认区域

3、其它规则

当基本firewalld语法规则不能满足要求时，可以使用以下更复杂的规则

rich-rules 富规则，功能强,表达性语言

Direct configuration rules 直接规则，灵活性差, 帮助：man 5 firewalld.direct