三张图彻底搞懂 iptables 和 netfilter

Original CloudDeveloper Linux云计算网络 2021-12-21

我们都知道，iptables 和 netfilter 构成了 Linux 防火墙的坚实屏障，这两个技术涉及的知识点太广了，面面俱到的话足以写成一本书。但其实抓住重点核心知识的话，三张图就可以搞定了，本文就来说说这三张图。

首先，先来看看 iptables 和 netfilter 是什么关系？

01 第一张图：iptables 和 netfilter 的关系

iptables 和 netfilter 是一套 Linux 防火墙组合工具，共同合作完成系统的防护工作。iptables 是客户端工具，netfilter 是服务端程序，iptables 工作在用户态，netfilter 工作在内核态，用户可以通过 iptables 命令作用到服务端的 netfilter，netfilter 触发相应的回调函数（hook 机制）执行相应的防护动作。

整个调用关系如下图所示：

用户通过 iptables 下发安全规则或策略，netfilter 执行规则所对应的动作，来完成对系统的防护。netfilter 的本质就是 对报文进行规则的匹配，针对不同的规则，执行相应的动作 。

这些规则有不同的功能，也有相同的功能，在报文传输的整个过程中，有不同的作用点，有的作用在入口，有的作用在出口，有的作用在中间协议栈等等。为了方便管理这些规则集，netfilter 实现上引入了两个概念： 链（chain）和表（table） 。

02 第二张图：iptables 的 4 表 5 链

表集合了相同功能的规则集，iptables 总共实现了 5 张表，但常用的只有 4 张表，我们也只重点以这 4 张表作为讲解：

•raw 表 ：负责去除数据包上的连接追踪机制（iptables 默认会开启对数据包的连接追踪）•mangle 表 ：负责数据包的拆解、修改、再封装等功能•nat 表 ：负责数据包的网络地址转换功能•filter 表 ：负责数据包过滤（放行、丢弃或拒绝）功能，防火墙功能的真正体现

由于在数据包传输过程中，会经历很多“关卡”，每个“关卡”都有可能匹配多种不同的规则集，也就是匹配不同的表。为了方便管理这些“关卡”，因此就有了链的概念。

链就是由多张表串联组合起来的，充当数据包进出系统的“关卡”。iptables 总共实现了 5 条链，分别是：

•PREROUTING 链 ：处理刚进入系统路由前的数据包，可进行 DNAT•INPUT 链 ：处理输入本地进出的数据包•FORWARD 链 ：处理转发到其他机器的数据包•OUTPUT 链 ：处理本地进出输出的数据包•POSTROUTING 链 ：处理从系统出去路由后的数据包，可进行 SNAT

这 5 条链，每一条链也并不会串联所有的表，因为每个“关卡”负责的功能不一样，可以匹配的规则自然也就不一样，下面总结下每条链的规则都可以存在哪些表中：

•PREROUTING 链 ：raw, mangle, nat•INPUT 链 ：mangle, nat, filter•FORWARD 链 ：raw, mangle, nat, filter•OUTPUT 链 ：mangle, filter•POSTROUTING 链 ：mangle, nat

当然这些表的优先级也是不一样的，修改数据包的优先级肯定要比查找数据包的大，所以，从功能上说，这 4 张表的优先级分别为：

raw > mangle > nat > filter

连接追踪 raw 表是数据包刚进入就要记录的，所以优先级最高，过滤表 filter 表作为最后一道屏障，优先级是最低的。

以上梳理了 4 表 5 链之间的关系，我们可以用下面一张图来记忆它们，相信你看完，就会对 iptables 的 4 表 5 链比较清晰了。

至此，Linux 系统就通过这 4 表 5 链设置好了一道道的屏障，当网络数据包进来或者有数据包向外发出时，必然会经过这些屏障，根据预先设定的规则，就可以对这些数据包进行有效的转发或过滤。

03 第三张图：iptables 的过滤转发流程

结合第一张图，我们可以看到，netfilter 从网络层开始介入，对进出的数据包进行控制。一般的数据包处理主要经过以下三个流程：

1.到本机某进程进行处理的报文（请求报文）：PREROUTING->INPUT2.从本机转发的报文（中转报文）：PREROUTING->FORWARD->POSTROUTING3.从本机某进程发出的报文（响应报文）：OUTPUT->POSTROUTING

我们可以用以下这张图来表示：

这张图一看就清楚了，不用过多解释。我们重点从代码层面来看看，首先看“入方向”，数据包从网卡接收进入网络层之后（ip_rcv 接收），会经过预先注册好的 hook 函数（NF_INET_PRE_ROUTING），当即进入 PREROUTING 链，经由三张表（raw、mangle、nat）洗刷，合格的报文随即进入下一个阶段，这个阶段首先会经由一次路由判断，判断是进入本机进程的报文，通过 ip_local_deliver 函数，触发 hook NF_INET_LOCAL_IN 进入 INPUT 链，再通过三张表洗刷一次，最后才会往上送入传输层（udp_rcv）。

而判断是其他主机的报文，则会通过 ip_forwad 触发 NF_INET_FORWARD 进入 FORWARD 链，完了再通过 POSTROUTING 链转发出去。

接着来看“出方向”，数据包由本地某进程发出，到达网络层，触发这里的 hook NF_INET_LOCAL_OUT 进入 OUTPUT 链，过滤之后继续通过 POSTROUTING 链发送出去。

关于以上的更多细节，可以参考 Linux 收发数据包的流程，这里我们只是提一下 iptables 在 Linux数据包收发过程中所起的作用。从图中可以看到，iptables 和 netfilter 的作用只是在网络层中，通过设置一层层的“关卡”（hook 函数）来达到过滤和修改数据包的目的。

知道每条链都含哪些表，我们就可以通过 iptables 命令为不同的表和链指定不同的规则了，从而达到控制和过滤数据包的目的。

参考：

•文章图参考 http://www.zsythink.net/archives/tag/iptables/•https://www.cnblogs.com/marility/p/7448407.html

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