iptables详解（11）：iptables之网络防火墙

 

我们一起来回顾一下之前的知识，在第一篇介绍iptables的文章中，我们就描述过防火墙的概念，我们说过，防火墙从逻辑上讲，可以分为主机防火墙与网络防火墙。

主机防火墙：针对于单个主机进行防护。

网络防火墙： 往往处于网络入口或边缘，针对于网络入口进行防护，服务于防火墙背后的本地局域网。

 

在前文的举例中，iptables都是作为主机防火墙的角色出现的，那么，iptables怎样作为网络防火墙呢？这就是我们今天要聊的话题。

回到刚才的概念，网络防火墙往往处于网络的入口或者边缘，那么，如果想要使用iptables充当网络防火墙，iptables所在的主机则需要处于网络入口处，示意图如下。

 

上图中，橘黄色主机为iptables所在主机，此时iptables充当的角色即为网络防火墙，上图中的浅蓝色圆形表示网络防火墙所防护的网络区域，圆形内的蓝色矩形表示网络内的主机。

当外部网络中的主机与网络内部主机通讯时，不管是由外部主机发往内部主机的报文，还是由内部主机发往外部主机的报文，都需要经过iptables所在的主机，由iptables所在的主机进行"过滤并转发"，所以，防火墙主机的主要工作就是"过滤并转发"，那么，说到这里，我们则不得不再次回顾之前的iptables报文流程图了，如下：

 

前文中，iptables都是作为"主机防火墙"的角色出现的，所以我们举例时，只用到了上图中的INPUT链与OUTPUT链，因为拥有"过滤功能"的链只有3条，INPUT、OUTPUT、FORWARD，当报文发往本机时，如果想要过滤，只能在INPUT链与OUTPUT链中实现，而此时，iptables的角色发生了转变，我们想要将iptables所在的主机打造成"网络防火墙"，而刚才已经说过，网络防火墙的职责就是"过滤并转发"，要想"过滤"，只能在INPUT、OUTPUT、FORWARD三条链中实现，要想"转发"，报文则只会经过FORWARD链（发往本机的报文才会经过INPUT链），所以，综上所述，iptables的角色变为"网络防火墙"时，规则只能定义在FORWARD链中。

 
 

 

环境准备

那么为了能够进行实验，我们来设置一下实验场景，如下图所示（后面有对图的解释）

 

我们假设，上图中圆形所示的网络为内部网络

注：此处所描述的内网、外网与我们平常所说的公网、私网不同。

此处描述的内外部网络你可以理解成两个网段，A网络与B网络，为了方便描述，我们把圆形内的主机称为内部主机，把上图中圆形所表示的网络称为内部网络，把圆形外的网络称为外部网络。

假设，内部网络的网段为10.1.0.0/16，此内部网络中存在主机C，主机C的IP地址为10.1.0.1。

上图中的主机B充当了网络防火墙的角色，主机B也属于内部网络，同时主机B也能与外部网络进行通讯，如上图所示，主机B有两块网卡，网卡1与网卡2，网卡1的IP地址为10.1.0.3，网卡2的IP地址为192.168.1.146，所以，防火墙主机在内部网络中的IP地址为10.1.0.3，防火墙主机与外部网络通讯的IP地址为192.168.1.146。

上图中的主机A充当了"外部网络主机"的角色，A主机的IP地址为192.168.1.147，我们使用主机A访问内部网络中的主机C，但是需要主机B进行转发，主机B在转发报文时会进行过滤，以实现网络防火墙的功能。

 

我已经准备了3台虚拟机，A、B、C

虚拟机A与虚拟机B的网卡2都使用了桥接模式。

为了能够尽量模拟内部网络的网络入口，我们将虚拟机B的网卡1与虚拟机C同时放在"仅主机模式"的虚拟网络中，虚拟机设置如下图所示

点击vmware编辑菜单，打开虚拟网络编辑器，点击更改设置按钮，添加一个仅主机模式的虚拟网络，下图中的vmnet6为已经添加过的虚拟网络，此处不再重复添加。

 

 

由于B主机现在的角色是10.1.0.0中的"网络防火墙"，那么，我们直接将C主机的网关指向B主机的内部网络IP，如下图所示

 

 

同时，为了尽量简化路由设置，我们直接将A主机访问10.1网络时的网关指向B主机的网卡2上的IP，如下图所示。

注：route命令配置的路由条目在网络重启后将会失效

 

 

现在A主机通往10.1网络的网关已经指向了B主机，那么，现在A主机能够达到10.1.0.0/16网络吗？我们来试试

如下图所示，我们直接在A主机上向C主机发起ping请求，并没有得到任何回应。

 

 

那么，我们再来试试B主机上的内部网IP，如下图所示，直接在A主机上向B主机的内部网IP发起ping请求，发现是可以ping通的，这是为什么呢？

 

按照道理来说，10.1.0.1与10.1.0.3都属于10.1.0.0/16网段，为什么B主机上的IP就能通，C主机上的IP却不通呢？

 

咱们先来聊聊为什么10.1.0.1没有回应。

A主机通过路由表得知，发往10.1.0.0/16网段的报文的网关为B主机，当报文达到B主机时，B主机发现A的目标为10.1.0.1，而自己的IP是10.1.0.2，这时，B主机则需要将这个报文转发给10.1.0.1（也就是C主机），但是，Linux主机在默认情况下，并不会转发报文，如果想要让Linux主机能够转发报文，需要额外的设置，这就是为什么10.1.0.1没有回应的原因，因为B主机压根就没有将A主机的ping请求转发给C主机，C主机压根就没有收到A的ping请求，所以A自然得不到回应。

 

现在再来聊聊为什么10.1.0.3会回应。

这是因为10.1.0.3这个IP与192.168.1.146这个IP都属于B主机，当A主机通过路由表将ping报文发送到B主机上时，B主机发现自己既是192.168.1.146又是10.1.0.3，所以，B主机就直接回应了A主机，并没有将报文转发给谁，所以A主机得到了10.1.0.3的回应。

 

我想我应该说明白了，那么，我们应该怎样设置，才能让Linux主机转发报文呢？我们一起来设置一遍就好了。

首先，我们可以查看/proc/sys/net/ipv4/ip_forward文件中的内容，如果文件内容为0，则表示当前主机不支持转发。

 

如果我们想要让当前主机支持核心转发功能，只需要将此文件中的值设置为1即可，示例如下。

 

 

好了，现在我们就开启了B主机的核心转发功能。

除了上述方法，还能使用sysctl命令去设置是否开启核心转发，示例如下。

 

 

上述两种方法都能控制是否开启核心转发，但是通过上述两种方法设置后，只能临时生效，当重启网络服务以后，核心转发功能将会失效。

如果想要永久生效，则需要设置/etc/sysctl.conf文件（centos7中配置/usr/lib/sysctl.d/00-system.conf文件），添加（或修改）配置项 net.ipv4.ip_forward = 1 即可，示例如下。

 

 

现在，B主机已经具备了核心转发功能，已经可以转发报文了，现在，我们再次回到A主机中，向C主机发起ping请求，如下图所示，已经可以ping通。

注：如果你仍然无法ping通，可能是因为你使用route命令配置了C主机的默认网关，这种情况下，请查看C主机的路由配置是否自动消失了，如果没有对应的路由条目，请重新配置，同时，如果你的主机C如果有多块网卡，可以暂时禁用其他网卡试试

 

 

同时，从主机C向主机A发起ping请求，也可以ping通，如下图所示

 

 

好了，我们的测试环境已经准备完毕，现在可以开始测试了。

但是在开始之前，请确定主机A与主机C上没有对应的iptables规则，因为此处我们主要是用来测试"网络防火墙"的，为了减少主机防火墙带来的影响，我们直接将主机A与主机C上的规则清空。

   

网络防火墙测试

之前说过，iptables作为网络防火墙时，主要负责"过滤与转发"，既然要过滤，则需配置filter表，既然要转发，则需在FORWAED链中定义规则，所以，我们应该在filter表中的FORWARD链中配置规则。

那么，我们先来看看主机B上的filter表中是否已经存在规则，如下

 

从上图可以看出，FORWARD链中没有任何规则，默认策略为ACCEPT，我们可以使用"白名单机制"（如果忘了请回顾前文：黑白名单机制）

在主机B中FORWARD链的末端添加一条默认拒绝的规则，然后将"放行规则"设置在这条"默认拒绝规则"之前即可。

示例如下

 

好了，配置完上述规则后，主机A与主机C已经无法通讯了，因为它们之间如果想要通讯，则需要靠主机B进行转发，而上述规则设置完成后，所有报文都无法通过FORWARD链了，所以任何经过转发的报文在经过FORWARD链时都会被拒绝，外部主机的报文无法转发到内部主机中，内部网主机的报文也无法转发到外部主机中，因为主机B已经拒绝转发所有报文。

 

现在，我们同时将A主机与C主机中的web服务启动，以便进行测试。

首先，我们启动A主机的httpd服务

 

同时，启动C主机的httpd服务

 

 

由于刚才已经在主机B中设置了默认拒绝的规则，所以此刻，A主机无法访问C主机的web服务，C主机同样无法访问A主机的web服务。

那么，如果我们想要使内部的主机能够访问外部主机的web服务，我们应该怎样做呢？没错，我们需要在FORWARD链中放行内部主机对外部主机的web请求，只需如下配置即可。

 

如上图所示，防火墙放行了内部主机的web请求，因为我们将来自内部网络中目标端口为80的报文都放行了，那么此时，我们在C主机上访问A主机的web服务试试

 

此时，在主机C上访问主机A的web服务，如下

 

可以看到，主机C并无法访问到主机A上的web服务，这是为什么呢？

聪明如你肯定已经想到了，我们只在主机B上放行了内部主机访问80端口的请求，但是并没有放行外部主机的回应报文，虽然内部主机的请求能够通过防火墙主机B转发出去，但是回应的报文则无法进入防火墙，所以，我们仍然需要在主机B上进行如下设置。

 

如上图所示，当外部主机中的web服务响应内部主机时，目标地址肯定为内部主机，所以，我们需要放行目标IP属于内部主机网段的报文，源端口为80，因为外部主机肯定会使用80端口进行回应。

 

完成上述配置后，再次回到C主机上，访问A主机的web服务，可以看到，已经能够正常访问了。

 

从上述示例可以看出，当iptables作为"网络防火墙"时，在配置规则时，往往需要考虑"双向性"，也就是说，我们为了达成一个目的，往往需要两条规则才能完成。

那么此时，A主机能够访问C主机中的web服务吗？我想你已经知道答案了，没错，A主机此时无法访问C主机中的web服务，因为B主机中并没有放行相关报文。

 

结合之前的知识，我们可以将上述规则配置进行优化，比如，不管是由内而外，还是由外而内，只要是"响应报文"，我们统统放行，配置如下

注：如果你没有明白如下配置的含义，请回顾之前的文章

 

如上图所示，先将"web响应报文放行规则"删除，同时增加了上图中的规则，只需要在网络防火墙主机的FORWARD链中添加如上一条规则，就可以将绝大多数响应报文放行了，不管是外部响应内部，还是内部响应外部，一条规则就能搞定，当iptables作为网络防火墙时，每次配置规则时都要考虑"双向"的问题，但是配置完上述规则后，我们只要考虑请求报文的方向就行了，而回应报文，上述一条规则就能搞定，这样配置，即使以后有更多服务的响应报文需要放行，我们也不用再去针对响应报文设置规则了（具体原因前文已经详细的总结过），应该会让我们省去不少规则吧。

 

比如，我们除了想要让内部主机能够访问外部的web服务，还想让内部主机能够访问外部的sshd服务，那么，我们则可以进行如下设置。

 

 
 

如上图所示，我们只要考虑内部主机的请求方向的报文规则即可，因为响应报文的规则已经被之前配置的规则"承包了"。

 

此刻，使用C主机即可访问A主机的22端口。

 

目前，我们只允许内部主机访问外部主机的web服务与sshd服务，但是外部主机还无法访问内部主机的服务，那么具体怎么配置我们就不赘述了，就由客官你去负责实现吧。

 

备注：在之前的一次实验中，使用centos6.8作为网络防火墙，出现了即使开启核心转发，也无法转发报文的情况，具体原因仍未查明，遇到过类似场景的朋友如果有解决方法，欢迎赐教。

   

小结

为了方便以后回顾，我们将上述过程提炼总结一下。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

#如果想要iptables作为网络防火墙，iptables所在主机开启核心转发功能，以便能够转发报文。 #使用如下命令查看当前主机是否已经开启了核心转发，0表示为开启，1表示已开启 cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward #使用如下两种方法均可临时开启核心转发，立即生效，但是重启网络配置后会失效。 方法一：echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 方法二：sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1 #使用如下方法开启核心转发功能，重启网络服务后永久生效。 配置/etc/sysctl.conf文件（centos7中配置/usr/lib/sysctl.d/00-system.conf文件），在配置文件中将 net.ipv4.ip_forward设置为1   #由于iptables此时的角色为"网络防火墙"，所以需要在filter表中的FORWARD链中设置规则。 #可以使用"白名单机制"，先添加一条默认拒绝的规则，然后再为需要放行的报文设置规则。 #配置规则时需要考虑"方向问题"，针对请求报文与回应报文，考虑报文的源地址与目标地址，源端口与目标端口等。 #示例为允许网络内主机访问网络外主机的web服务与sshd服务。 iptables -A FORWARD -j REJECT iptables -I FORWARD -s 10.1.0.0/16 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT iptables -I FORWARD -d 10.1.0.0/16 -p tcp --sport 80 -j ACCEPT iptables -I FORWARD -s 10.1.0.0/16 -p tcp --dport 22 -j ACCEPT iptables -I FORWARD -d 10.1.0.0/16 -p tcp --sport 22 -j ACCEPT   #可以使用state扩展模块，对上述规则进行优化，使用如下配置可以省略许多"回应报文放行规则"。 iptables -A FORWARD -j REJECT iptables -I FORWARD -s 10.1.0.0/16 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT iptables -I FORWARD -s 10.1.0.0/16 -p tcp --dport 22 -j ACCEPT iptables -I FORWARD -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT

 

 

一些注意点：

1、当测试网络防火墙时，默认前提为网络已经正确配置。

2、当测试网络防火墙时，如果出现问题，请先确定主机防火墙规则的配置没有问题。