Iptables防火墙

• 熟悉Linux防火墙的表、链结构
• 理解数据包匹配的基本流程
• 学会编写iptables规则

1.1 Linux防火墙基础

Linux 系统中的防火墙——netfilter 和 iptables，包括防火墙的结构和匹配流程，以及如何编写防火墙规则

Linux 的防火墙体系主要工作在网络层，针对 TCP/IP 数据包实施过滤和限制，属于典型的包过滤防火墙（或称为网络层防火墙）。Linux 系统的防火墙体系基于内核编码实现，具有非常稳定的性能和高效率，也因此获得广泛的应用

在许多安全技术资料中，netfilter 和 iptables 都用来指 Linux 防火墙，往往使读者产生迷惑。netfilter 和 iptables 的主要区别如下

• netfilter：指的是 Linux 内核中实现包过滤防火墙的内部结构，不以程序或文件的形式存在，属于“内核态”（Kernel Space，又称为内核空间）的防火墙功能体系
• iptables：指的是用来管理 Linux 防火墙的命令程序，通常位于/sbin/iptables 目录下， 属于“用户态”（User Space，又称为用户空间）的防火墙管理体系

正确认识 netfilter 和 iptables 的关系，有助于理解 Linux 防火墙的工作方式。后续课程内容中将不再严格区分 netfilter 和 iptables，两者均可表示 Linux 防火墙

1.1.1 iptables的表、链结构

iptables 的作用是为包过滤机制的实现提供规则（或称为策略），通过各种不同的规则，告诉 netfilter 对来自某些源、前往某些目的或具有某些协议特征的数据包应该如何处理。为了更加方便地组织和管理防火墙规则，iptables 采用了“表”和“链”的分层结构，如图

其中，每个规则“表”相当于内核空间的一个容器，根据规则集的不同用途划分为默认的四个表；在每个“表”容器内包括不同的规则“链”，根据处理数据包的不同时机划分为五种链； 而决定是否过滤或处理数据包的各种规则，则是按先后顺序存放在各规则链中

1. 规则表

为了从规则集的功能上有所区别，iptables 管理着四个不同的规则表，其功能分别由独立的内核模块实现。这四个表的名称、包含的链及各自的用途如下

• filter 表：filter 表用来对数据包进行过滤，根据具体的规则要求决定如何处理一个数据包。filter 表对应的内核模块为 iptable_filter，表内包含三个链，即 INPUT、FORWARD、 OUTPUT
• nat 表：nat（Network Address Translation，网络地址转换）表主要用来修改数据包的IP 地址、端口号等信息。nat 表对应的内核模块为 iptable_nat，表内包含三个链，即 PREROUTING、POSTROUTING、OUTPUT
• mangle 表：mangle 表用来修改数据包的 TOS（Type Of Service，服务类型）、TTL（Time To Live，生存周期），或者为数据包设置 Mark 标记，以实现流量整形、策略路由等高级应 用 。 mangle 表 对 应 的 内 核 模 块 为 iptable_mangle ， 表 内 包 含 五 个 链 ， 即 PREROUTING、POSTROUTING、INPUT、OUTPUT、FORWARD
• raw 表：raw 表是自 1.2.9 以后版本的 iptables 新增的表，主要用来决定是否对数据包进行状态跟踪。raw 表对应的内核模块为 iptable_raw，表内包含两个链，即 OUTPUT、 PREROUTING

在 iptables 的四个规则表中，mangle 表和 raw 表的应用相对较少。因此，本课程仅介绍 filter 表和 nat 表的防火墙应用，关于 mangle、raw 表的使用，请参阅其他资料

2. 规则链

在处理各种数据包时，根据防火墙规则的不同介入时机，iptables 默认划分为五种不同的规则链。这五种链的名称、各自的介入时机如下

• INPUT 链：当收到访问防火墙本机地址的数据包（入站）时，应用此链中的规则
• OUTPUT 链：当防火墙本机向外发送数据包（出站）时，应用此链中的规则
• FORWARD 链：当接收到需要通过防火墙中转发送给其他地址的数据包（转发）时， 应用此链中的规则
• PREROUTING 链：在对数据包做路由选择之前，应用此链中的规则
• POSTROUTING 链：在对数据包做路由选择之后，应用此链中的规则

其中，INPUT、OUTPUT 链主要用在“主机型防火墙”中，即主要针对服务器本机进行保护的防火墙；而 FORWARD、PREROUTING、POSTROUTING 链多用在“网络型防火墙” 中，如使用 Linux 防火墙作为网关服务器，在公司内网与 Internet 之间进行安全控制

1.1.2 数据包过滤的匹配流程

iptables 管理着四个默认表和五种链，各种防火墙规则依次存放在链中。那么当一个数据包到达防火墙以后，会优先使用哪一个表、哪一个链中的规则呢？数据包进出防火墙时的处理过程是怎样的

下面从不同角度分别介绍数据包过滤的匹配流程

1. 规则表之间的顺序

当数据包抵达防火墙时，将依次应用 raw 表、mangle 表、nat 表和 filter 表中对应链内的规则（如果存在），应用顺序为 raw→mangle→nat→filte

2. 规则链之间的顺序

根据规则链的划分原则，不同链的处理时机是比较固定的，因此规则链之间的应用顺序取决于数据包的流向，如图

• 入站数据流向：来自外界的数据包到达防火墙后，首先被 PREROUTING 链处理（是否修改数据包地址等），然后进行路由选择（判断该数据包应发往何处）；如果数据包的目标地址是防火墙本机（如 Internet 用户访问网关的 Web 服务端口），那么内核将其传递给 INPUT 链进行处理（决定是否允许通过等），通过以后再交给系统上层的应用程序 （如 httpd 服务器）进行响应
• 转发数据流向：来自外界的数据包到达防火墙后，首先被 PREROUTING 链处理，然后再进行路由选择；如果数据包的目标地址是其他外部地址（如局域网用户通过网关访问 QQ 服务器），则内核将其传递给 FORWARD 链进行处理（允许转发或拦截、丢弃），最后交给 POSTROUTING 链（是否修改数据包的地址等）进行处理
• 出站数据流向：防火墙本机向外部地址发送的数据包（如在防火墙主机中测试公网DNS服务时），首先进行路由选择，确定了输出路径后，再经由 OUTPUT 链处理，最后再交给 POSTROUTING 链（是否修改数据包的地址等）进行处理

3. 规则链内部各条防火墙规则之间的顺序

当数据包经过每条规则链时，依次按第一条规则、第二条规则……的顺序进行匹配和处理。链内的过滤遵循“匹配即停止”的原则，一旦找到一条相匹配的规则（使用 LOG 日志操作的规则除外，2.2.3 节会介绍），则不再检查本链内后续的其他规则。如果比对完整个链，也找不到与数据包相匹配的规则，就按照该规则链的默认策略进行处理

1.2 编写防火墙规则

本节主要介绍 netfilter 防火墙的管理工具——iptables 命令的使用，包括基本的语法格式、数据包控制类型，以及如何管理、编写防火墙规则等

1.2.1 iptables的安装

CentOS 7.3 默认使用 firewalld 防火墙，如果想使用 iptables 防火墙，必须先关闭 firewalld 防火墙

[root@node1 ~]# systemctl status firewalld.service 
● firewalld.service - firewalld - dynamic firewall daemon
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/firewalld.service; disabled; vendor preset: enabled)
   Active: inactive (dead)
     Docs: man:firewalld(1)
[root@node1 ~]# 

Firewalld 防火墙关闭之后，可以通过 yum 方式再安装 iptables，因为默认CentOS7.3 系统中并没有安装 iptables，执行以下命令即可安装 iptables

[root@node1 ~]# yum -y install iptables iptables-services

启动 iptables 防火墙并设置开机启动

[root@node1 ~]# systemctl start iptables.service 
[root@node1 ~]# systemctl enable iptables.service 
Created symlink from /etc/systemd/system/basic.target.wants/iptables.service to /usr/lib/systemd/system/iptables.service.
[root@node1 ~]#

1.2.2 基本语法、数据包控制类型

使用 iptables 命令管理、编写防火墙规则时，基本的命令格式如下所示

iptables [-t 表名] 管理选项 [链名] [匹配条件] [-j 控制类型]

其中，表名、链名用来指定 iptables 命令所操作的表和链，未指定表名时将默认使用 filter 表；管理选项表示 iptables 规则的操作方式，如插入、增加、删除、查看等；匹配条件用来指定要处理的数据包的特征，不符合指定条件的数据包将不会处理；控制类型指的是数据包 的处理方式，如允许、拒绝、丢弃等

对于防火墙，数据包的控制类型非常关键，直接关系到数据包的放行、封堵及做相应的日志记录等。在 iptables 防火墙体系中，最常用的几种控制类型如下

• ACCEPT：允许数据包通过
• DROP：直接丢弃数据包，不给出任何回应信息
• REJECT：拒绝数据包通过，必要时会给数据发送端一个响应信息
• LOG：在/var/log/messages 文件中记录日志信息，然后将数据包传递给下一条规则。防火墙规则的“匹配即停止”对于 LOG 操作来说是一个特例，因为 LOG 只是一种辅助动作，并没有真正处理数据包

下面介绍一个防火墙规则操作示例：在 filter 表（-t filter）的 INPUT 链中插入（-I）一 条规则，拒绝（-j REJECT）发给本机的使用 ICMP 协议的数据包（-p icmp）

[root@node1 ~]# iptables -t filter -I INPUT -p icmp -j REJECT 

上述操作产生的直接效果是其他主机无法 ping 通本机

1.2.3 添加、查看、删除规则等基本操作

在熟练编写各种防火墙规则之前，首先需要掌握如何查看规则、添加规则、删除规则、清空链内规则等基本操作。下面将介绍 iptables 命令中常用的几个管理选项，如表

 其中，添加、删除、清空和查看规则是最常见的管理操作，下面通过一些规则操作示例来展示相关选项的使用

1. 添加新的规则

添加新的防火墙规则时，使用管理选项“-A”、“-I”，前者用来追加规则，后者用来插入规则。例如，若要在 filter 表 INPUT 链的末尾添加一条防火墙规则，可以执行以下操作（其中 “-p 协议名”作为匹配条件

[root@node1 ~]# iptables -t filter -A INPUT -p tcp -j ACCEPT

当使用管理选项“-I”时，允许同时指定新添加规则的顺序号，未指定序号时默认作为第一条。例如，以下操作添加的两条规则将分别位于 filter 表的第一条、第二条（其中省略了“-t filter”选项，默认使用 filter 表

[root@node1 ~]# iptables -I INPUT -p udp -j ACCEPT 
[root@node1 ~]# iptables -I INPUT -p icmp -j ACCEPT 

2. 查看规则列表

查看已有的防火墙规则时，使用管理选项“-L”，结合“--line-numbers”选项还可显示各条规则在链内的顺序号。例如，若要查看 filter 表 INPUT 链中的所有规则，并显示规则序号，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -L INPUT --line-numbers 
Chain INPUT (policy ACCEPT)
num  target     prot opt source               destination         
1    ACCEPT     icmp --  anywhere             anywhere            
2    ACCEPT     udp  --  anywhere             anywhere            
3    REJECT     icmp --  anywhere             anywhere             reject-with icmp-port-unreachable
4    ACCEPT     all  --  anywhere             anywhere             state RELATED,ESTABLISHED
5    ACCEPT     icmp --  anywhere             anywhere            
6    ACCEPT     all  --  anywhere             anywhere            
7    ACCEPT     tcp  --  anywhere             anywhere             state NEW tcp dpt:ssh
8    REJECT     all  --  anywhere             anywhere             reject-with icmp-host-prohibited
9    ACCEPT     tcp  --  anywhere             anywhere            
[root@node1 ~]# 

当防火墙规则的数量较多时，若能够以数字形式显示地址和端口信息，可以减少地址解析的环节，在一定程度上加快命令执行的速度。例如，若要以数字地址形式查看 filter 表 INPUT 链中的所有规则，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -n -L INPUT 
Chain INPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         
ACCEPT     icmp --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
ACCEPT     udp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
REJECT     icmp --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            reject-with icmp-port-unreachable
ACCEPT     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            state RELATED,ESTABLISHED
ACCEPT     icmp --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
ACCEPT     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
ACCEPT     tcp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            state NEW tcp dpt:22
REJECT     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            reject-with icmp-host-prohibited
ACCEPT     tcp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
[root@node1 ~]# 

3. 删除、清空规则

删除一条防火墙规则时，使用管理选项“-D”。例如，若要删除 filter 表 INPUT 链中的第三条规则，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -D INPUT 3
[root@node1 ~]# iptables -n -L INPUT     //确认删除结果
Chain INPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         
ACCEPT     icmp --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
ACCEPT     udp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
ACCEPT     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            state RELATED,ESTABLISHED
ACCEPT     icmp --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
ACCEPT     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
ACCEPT     tcp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            state NEW tcp dpt:22
REJECT     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            reject-with icmp-host-prohibited
ACCEPT     tcp  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
[root@node1 ~]#

清空指定链或表中的所有防火墙规则，使用管理选

[root@node1 ~]# iptables -t filter -P FORWARD DROP
[root@node1 ~]# iptables -P OUTPUT ACCEPT

项“-F”。例如，若要清空 filter 表 INPUT 链中的所有规则，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -F INPUT 
[root@node1 ~]# iptables -n -L INPUT 
Chain INPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         
[root@node1 ~]#

4. 设置默认策略

iptables 的各条链中，默认策略是规则匹配的最后一个环节——当找不到任何一条能够匹配数据包的规则时，则执行默认策略。默认策略的控制类型为 ACCEPT（允许）、DROP（丢弃）两种。例如，执行以下操作可以将 filter 表中 FORWARD 链的默认策略设为丢弃，OUTPUT 链的默认策略设为允许

[root@node1 ~]# iptables -t filter -P FORWARD DROP
[root@node1 ~]# iptables -P OUTPUT ACCEPT

需要注意的是，当使用管理选项“-F”清空链时，默认策略不受影响。因此若要修改默认策略，必须通过管理选项“-P”重新进行设置。另外，默认策略并不参与链内规则的顺序编排，因此在其他规则之前或之后设置并无区别

1.2.4 规则的匹配条件

在编写防火墙规则时，匹配条件的设置起着决定性的作用。只有清晰、准确地设置好匹配条件，防火墙才知道要对符合什么条件的数据包进行处理，避免“误杀”。对于同一条防火墙规则，可以指定多个匹配条件，表示这些条件必须都满足规则才会生效。根据数据包的各种特征，结合 iptables 的模块结构，匹配条件的设置包括三大类：通用匹配、隐含匹配、显式匹配

1. 通用匹配

通用匹配也称为常规匹配，这种匹配方式可以独立使用，不依赖于其他条件或扩展模块。 常见的通用匹配包括协议匹配、地址匹配、网络接口匹配

（1）协议匹配

编写 iptables 规则时使用“-p 协议名”的形式指定，用来检查数据包所使用的网络协议 （--protocol），如 tcp、udp、icmp 和 all（针对所有 IP 数据包）等，可用的协议类型存放于Linux 系统的/etc/procotols 文件中。例如，若要丢弃通过 icmp 协议访问防火墙本机的数据包，允许转发经过防火墙的除 icmp 协议之外的数据包，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -I INPUT -p icmp -j DROP 
[root@node1 ~]# iptables -A FORWARD ! -p icmp -j ACCEPT    //!感叹号表示取反

（2）地址匹配

编写 iptables 规则时使用“-s 源地址”或“-d 目标地址”的形式指定，用来检查数据包的源地址（--source）或目标地址（--destination）。IP 地址、网段地址等都是可以接受的，但不建议使用主机名、域名地址（解析过程会影响效率）。例如，若要拒绝转发源地址为 192.168.1.11 的数据，允许转发源地址位于 192.168.7.0/24 网段的数据，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A FORWARD -s 192.168.1.11 -j REJECT 
[root@node1 ~]# iptables -A FORWARD -s 192.168.7.0/24 -j REJECT

查看

[root@node1 ~]# iptables -n -L FORWARD 
Chain FORWARD (policy DROP)
target     prot opt source               destination         
REJECT     all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            reject-with icmp-host-prohibited
ACCEPT    !icmp --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0           
REJECT     all  --  192.168.1.11         0.0.0.0/0            reject-with icmp-port-unreachable
REJECT     all  --  192.168.7.0/24       0.0.0.0/0            reject-with icmp-port-unreachable
[root@node1 ~]#

当遇到小规模的网络扫描或攻击时，封锁 IP 地址是比较有效的方式。例如，若检测到来自某个网段(如 10.20.30.0/24)的频繁扫描、登录穷举等不良企图，可立即添加防火墙规则进行封锁

[root@node1 ~]# iptables -I INPUT -s 10.20.30.0/24 -j DROP 
[root@node1 ~]# iptables -I FORWARD -s 10.20.30.0/24 -j DROP

（3）网络接口匹配

编写 iptables 规则时使用“-i 接口名”和“-o 接口名”的形式，用于检查数据包从防火墙的哪一个接口进入或发出，分别对应入站网卡（--in-interface）、出站网卡（--out-interface）例如，若要丢弃从外网接口（ens33）访问防火墙本机且源地址为私有地址的数据包，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -i ens33 -s 10.0.0.0/8 -j DROP 
[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -i ens33 -s 172.16.0.0/12 -j DROP 
[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -i ens33 -s 192.168.0.0/16 -j DROP 

2. 隐含匹配

这种匹配方式要求以指定的协议匹配作为前提条件，相当于子条件，因此无法独立使用，其对应的功能由 iptables 在需要时自动（隐含）载入内核。常见的隐含匹配包括端口匹配、TCP 标记匹配、ICMP 类型匹配

（1）端口匹配

编写 iptables 规则时使用“--sport 源端口”或“--dport 目标端口”的形式，针对的协议为TCP 或 UDP，用来检查数据包的源端口（--source-port）或目标端口（--destination-port）。 单个端口号或者以冒号“:”分隔的端口范围都是可以接受的，但不连续的多个端口不能采用这种方式。例如，若要允许为网段 192.168.4.0/24 转发 DNS 查询数据包，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A FORWARD -s 192.168.4.0/24 -p udp --dport 53 -j ACCEPT 
[root@node1 ~]# iptables -A FORWARD -d 192.168.4.0/24 -p udp --sport 53 -j ACCEPT 

再例如，构建 Vsftpd 服务器时，若要开放 20、21 端口，以及用于被动模式的端口范围为 24500～24600，可以参考以下操作设置防火墙规则

[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -p tcp --dport 20:21 -j ACCEPT 
[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -p tcp --dport 24500:24600 -j ACCEPT

（2）ICMP类型匹配

编写 iptables 规则时使用“--icmp-type ICMP 类型”的形式，针对的协议为 ICMP，用来检查 ICMP 数据包的类型（--icmp-type）。ICMP 类型使用字符串或数字代码表示，如 “Echo-Request”（代码为 8）、“Echo-Reply”（代码为 0）、“Destination-Unreachable”（代码为 3），分别对应 ICMP 协议的请求、回显、目标不可达。例如，若要禁止从其他主机 ping 本机，但是允许本机 ping 其他主机，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type 8 -j DROP 
[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type 0 -j DROP 
[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type 3 -j DROP 
[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -p icmp -j DROP 

关于可用的 ICMP 协议类型，可以执行“iptables -p icmp -h”命令，在帮助信息的最后部分列出了所有支持的类型

[root@node1 ~]# iptables -p icmp -h
...输出信息...
echo-reply (pong)
destination-unreachable
   network-unreachable
   host-unreachable
   protocol-unreachable
   port-unreachable
   fragmentation-needed
...输出信息...

3. 显式匹配

这种匹配方式要求有额外的内核模块提供支持，必须手动以“-m 模块名称”的形式调用相应的模块，然后方可设置匹配条件。添加了带显式匹配条件的规则以后，可以执行“lsmod | grep xt_”命令查看到相关的内核扩展模块（如 xt_multiport、xt_iprange、xt_mac、xt_state）。 常见的显式匹配包括多端口匹配、IP 范围匹配、MAC 地址匹配、状态匹配

（1）多端口匹配

编写 iptables 规则时使用“-m multiport --dports 端口列表”、“-m multiport --sports 端口列表”的形式，用来检查数据包的源端口、目标端口，多个端口之间以逗号进行分隔。例如，若要允许本机开放 25、80、110、143 端口，以便提供电子邮件服务，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -p tcp -m multiport --dport 25,80,110,143 -j ACCEPT

（2）IP范围匹配

编写 iptables 规则时使用“-m iprange --src-range IP 范围”、“-m iprange --dst-range IP 范围”的形式，用来检查数据包的源地址、目标地址，其中 IP 范围采用“起始地址-结束地址”的形式表示。例如，若要禁止转发源 IP 地址位于 192.168.4.21 与 192.168.4.28 之间的 TCP 数据包，可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A FORWARD -p tcp -m iprange --src-range 192.168.4.21-192.168.4.28 -j DROP

（3）MAC地址匹配

编写 iptables 规则时使用“-m mac --mac-source MAC 地址”的形式，用来检查数据包的源 MAC 地址。由于 MAC 地址本身的局限性，此类匹配条件一般只适用于内部网络。例如，若要根据 MAC 地址封锁主机，禁止其访问本机的任何应用，可以参考以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A INPUT -m mac --mac-source 00:0c:29:c0:55:3f -j DROP

（4）状态匹配

编写 iptables 规则时使用“-m state --state 连接状态”的形式，基于 iptables 的状态跟踪机制用来检查数据包的连接状态（State）。常见的连接状态包括 NEW（与任何连接无关的）、 ESTABLISHED（响应请求或者已建立连接的）和 RELATED（与已有连接有相关性的，如 FTP 数据连接）。例如，若要禁止转发与正常 TCP 连接无关的非--syn 请求数据包（如伪造 的网络攻击数据包），可以执行以下操作

[root@node1 ~]# iptables -A FORWARD -m state --state NEW -p tcp ! --syn -j DROP

再例如，若只开放本机的 Web 服务（80 端口），但对发给本机的 TCP 应答数据包予以放行，其他入站数据包均丢弃，则对应的入站控制规则可参考以下操作

[root@node1 ~]# iptables -I INPUT -p tcp -m multiport --dport 80 -j ACCEPT 
[root@node1 ~]# iptables -I INPUT -p tcp -m state --state ESTABLISHED -j ACCEPT 
[root@node1 ~]# iptables -P INPUT DROP