1.1 Linux防火墙基础
在 Internet 中，企业通过架设各种应用系统来为用户提供各种网络服务，如 Web 网站、
电子邮件系统、 FTP 服务器、数据库系统等。那么，如何来保护这些服务器，过滤企业不
需要的访问甚至是恶意的入侵呢？
本章将开始学习 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。
1.2 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 2.1 所示。
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 （ TimeTo 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。
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。
1.3 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→filter 。
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 2.2 所示，具体表述如下。
- 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，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。
1.4 编写防火墙规则
本次主要介绍 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。
1.4.1 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@Linux01 ~]# systemctl stop firewalld.service
[root@Linux01 ~]# systemctl disable firewalld.service
Removed symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service.
Removed symlink /etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service.
[root@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# yum -y install iptables iptables-services 启动 iptables 防火墙并设置开机启动。
[root@Linux01 ~]# systemctl start iptables.service
[root@Linux01 ~]# systemctl enable iptables.service
Created symlink from /etc/systemd/system/basic.target.wants/iptables.service to /usr/lib/systemd/system/iptables.service.
[root@Linux01 ~]# 1.5 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@Linux01 ~]# 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。
1.6 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 2-1 所示。
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@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# iptables -I INPUT -p udp -j ACCEPT
[root@Linux01 ~]# iptables -I INPUT 2 -p icmp -j ACCEPT 2. 查看规则表
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@Linux01 ~]# iptables -L INPUT --line-numbers
Chain INPUT (policy ACCEPT)
num target prot opt source destination
1 ACCEPT udp -- anywhere anywhere
2 ACCEPT icmp -- 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@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# iptables -n -L INPUT //"-n -L"可合写为"-nL"
Chain INPUT (policy ACCEPT)
target prot opt source destination
ACCEPT udp -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
ACCEPT icmp -- 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@Linux01 ~]#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@Linux01 ~]# iptables -D INPUT 3
[root@Linux01 ~]# iptables -n -L INPUT //确认删除效果
Chain INPUT (policy ACCEPT)
target prot opt source destination
ACCEPT udp -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0
ACCEPT icmp -- 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@Linux01 ~]# 清空指定链或表中的所有防火墙规则，使用管理选项 “-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@Linux01 ~]# iptables -F INPUT
[root@Linux01 ~]# iptables -n -L INPUT //确认删除效果
Chain INPUT (policy ACCEPT)
target prot opt source destination
[root@Linux01 ~]# 使用管理选项 “-F” 时，允许省略链名而清空指定表所有链的规则。例如，执行以下操作分别用来清空 filter 表、 nat 表、 mangle 表。
[root@Linux01 ~]# iptables -F
[root@Linux01 ~]# iptables -t nat -F
[root@Linux01 ~]# iptables -t mangle -F4. 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@Linux01 ~]# iptables -t filter -P FORWARD DROP
[root@Linux01 ~]# 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。
1.7 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@Linux01 ~]# iptables -I INPUT -p icmp -j DROP
[root@Linux01 ~]# iptables -A FORWARD ! -p icmp -j ACCEPT （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@Linux01 ~]# iptables -A FORWARD -s 192.168.1.11 -j REJECT
[root@Linux01 ~]# iptables -A FORWARD -s 192.168.7.0/24 -j ACCEPT 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@Linux01 ~]# iptables -I INPUT -s 10.20.30.0/24 -j DROP
[root@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# iptables -A INPUT -i ens33 -s 10.0.0.0/8 -j DROP
[root@Linux01 ~]# iptables -A INPUT -i ens33 -s 172.16.0.0/16 -j DROP
[root@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# iptables -A FORWARD -s 192.168.4.0/24 -p udp --dport 53 -j ACCEPT
[root@Linux01 ~]# iptables -A FORWARD -d 192.168.4.0/24 -p udp --dport 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@Linux01 ~]# iptables -A INPUT -p tcp --dport 20:21 -j ACCEPT
[root@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type 8 -j DROP
[root@Linux01 ~]# iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type 0 -j ACCEPT
[root@Linux01 ~]# iptables -A INPUT -p icmp --icmp-type 3 -j ACCEPT
[root@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# iptables -p icmp -h3. 显示匹配
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@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# 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@Linux01 ~]# iptables -I INPUT -p tcp -m multiport --dport 80 -j ACCEPT
[root@Linux01 ~]# iptables -I INPUT -p tcp -m state --state ESTABLISHED -j ACCEPT
[root@Linux01 ~]# iptables -P INPUT DROP
