Linux 防火墙

1. linux防火墙简介

1.1 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

1.2 防火墙工具介绍

1.2.1 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。centos6默认的防火墙管理工具

1.2.2 firewalld

从CentOS 7 版开始引入了新的前端管理工具，功能和iptables一样，只是语法不同

1.2.3 nftables

centos8的新特性，它重用了netfilter框架的许多部分，例如连接跟踪和NAT功能。

• 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。

不过由于太新，基本用不到

2. iptables组成

iptables由五个表和五个链以及一些规则组成

2.1 五个链(勾子)

Netfilter在内核中选取五个位置放了五个hook(勾子，也就是链)，用户可以通过这五个链进行过滤，五个链分别为：

• PREROUTING
• INPUT
• OUTPUT
• FORWARD
• POSTROUTING

他们的关系和位置如下图：

• 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
• 如果数据包就是进入本机的，数据包就会沿着图向上移动，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

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

2.2 五个表table

五个表：

• filter表：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表：network address translation 地址转换规则表
• mangle表：修改数据标记位规则表
• raw表：关闭启用的连接跟踪机制，加快封包穿越防火墙速度
• security表：用于强制访问控制（MAC）网络规则，由Linux安全模块（如SELinux）实现

2.2.1 五个表的优先级

security -->raw–>mangle–>nat–>filter

2.2.2 表和链的对应关系

表里包含链，但是不是每个表都拥有完整的五个链

3. iptables

3.1 iptables规则说明

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

规则要添加在五个链上，才生效；添加在自定义链上不会自动生效

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

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

3.2 iptables用法

iptables命令格式详解：

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

3.2.1 -t table:指定表

raw, mangle, nat, [filter]默认

3.2.2 SUBCOMMAND：子命令

链管理类：

-N：new, 自定义一条新的规则链

-E：重命名自定义链；引用计数不为0的自定义链不能够被重命名，也不能被删除

-X：delete，删除自定义的空的规则链

-P：Policy，设置默认策略；对filter表中的链而言，其默认策略有：
		ACCEPT：接受
		DROP：丢弃

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

常用组合：-vnL

规则管理类：

-A：append，追加

-I：insert, 插入，要指明插入至的规则编号，默认为第一条

-D：delete，删除
		(1) 指明规则序号
		(2) 指明规则本身

-R：replace，替换指定链上的指定规则编号

-F：flush，清空指定的规则链

-Z：zero，置零
  iptables的每条规则都有两个计数器
		(1) 匹配到的报文的个数
		(2) 匹配到的所有报文的大小之和

处理动作：

-j targetname [per-target-options]

简单：ACCEPT，DROP

扩展：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

3.3 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地址或范围

-d 	--destination address[/mask][,...]：目标IP地址或范围

-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

3.4 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

3.4.1 隐式扩展

tcp协议的扩展选项

• –source-port, --sport port[:port]：匹配报文源端口,可为端口范围
• –destination-port, --dport port[:port]：匹配报文目标端口,可为范围
• –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

范例：

--tcp-flags SYN,ACK,FIN,RST SYN 表示要检查的标志位为SYN,ACK,FIN,RST四个，其中SYN必须为1，余下的必须为0
--tcp-flags SYN,ACK,FIN,RST SYN,ACK
--tcp-flags ALL ALL
--tcp_flags ALL NONE

• –syn：用于匹配第一次握手, 相当于：–tcp-flags SYN,ACK,FIN,RST SYN

udp 协议的扩展选项

• –source-port, --sport port[:port]：匹配报文的源端口或端口范围
• –destination-port,–dport port[:port]：匹配报文的目标端口或端口范围

icmp 协议的扩展选项

• –icmp-type {type[/code]|typename}
  type/code
  0/0 echo-reply icmp应答
  8/0 echo-request icmp请求

3.4.2 显示扩展及相关模块

显示扩展必须使用-m指定扩展模块

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

3.4.3 multiport扩展

以离散方式定义多端口匹配,最多指定15个端口，（匹配多个端口）

• –source-ports,–sports port[,port|,port:port]…
  指定多个源端口
• –destination-ports,–dports port[,port|,port:port]…
  指定多个目标端口
• –ports port[,port|,port:port]…
  多个源或目标端

范例：

[[e-mail] ~]# iptables -A INPUT -s 192.168.38.0/24 -p tcp -m multiport --dports 20:22,80 -j ACCEPT

3.4.4 iprange扩展

指明连续的（但一般不是整个网络）ip地址范围

• –src-range from[-to] 源IP地址范围
• –dst-range from[-to] 目标IP地址范围

范例：

[[e-mail] ~]# iptables -A INPUT -p tcp --dport 80 -m iprange --src-range 192.168.38.109-192.168.38.120 -j REJECT

3.4.5 mac扩展

mac 模块可以指明源MAC地址,，适用于：PREROUTING, FORWARD，INPUT chains

用法：–mac-source mac地址

范例：

iptables -A INPUT -s 172.16.0.100 -m mac --mac-source 00:50:56:12:34:56 -j ACCEPT
iptables -A INPUT -s 172.16.0.100 -j REJECT

3.4.6 string扩展

对报文中的应用层数据做字符串模式匹配检测

--algo {bm|kmp} 		字符串匹配检测算法
    bm：Boyer-Moore
    kmp：Knuth-Pratt-Morris  常用
--from offset 			开始偏移：要跳过的字段
--to offset 			结束偏移：检测前多少字段
--string pattern 		要检测的字符串模式
--hex-string pattern	要检测字符串模式，16进制格式

范例：

iptables -A OUTPUT -p tcp --sport 80 -m string --algo bm --from 42 --string "google" -j REJECT

因为是在OUTPUT链上定义的规则，而且源端口是80，所以这是在web服务器上执行的规则，此模块常用作禁止访问规定的网站

-A FORWARD -s 172.16.0.0/16 -m string --string "iqiyi.com" --algo kmp --to 65535 -j REJECT --reject-with icmp-port-unreachable

-A FORWARD -s 172.16.0.0/16 -m string --string "pptv.com" --algo kmp --to 65535 -j REJECT --reject-with icmp-port-unreachable

3.4.7 time模块

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]]]]] 指定年月底
--datestop YYYY[-MM[-DD[Thh[:mm[:ss]]]]]  
--timestart hh:mm[:ss] 开始时间
--timestop hh:mm[:ss]  结束时间
--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，不建议使用，CentOS 7系统默认为 UTC
注意： centos6 不支持kerneltz ，--localtz指定本地时区(默认)

常用范例：

-A FORWARD -s 172.18.0.0/16 -m time --timestart 08:50:00 --timestop 18:00:00 --weekdays Mon,Wed,Fri --datestop 2038-01-19T11:14:07 -j REJECT --reject-with icmp-port-unreachable

-A FORWARD -s 172.17.0.0/16 -m time --timestart 08:50:00 --timestop 18:00:00 --weekdays Mon,Wed,Fri --datestop 2038-01-19T11:14:07 -j REJECT --reject-with icmp-port-unreachable

3.4.8 connlimit扩展

根据每客户端IP做并发连接数数量匹配
可防止Dos(Denial of Service，拒绝服务)攻击

--connlimit-upto # 	：连接的数量小于等于#时匹配
--connlimit-above # ：连接的数量大于#时匹配

范例：

iptables -A INPUT -d 172.16.100.10 -p tcp --dport 22 -m connlimit --connlimitabove 2 -j REJECT

3.4.9 limit扩展

基于收发报文的速率做匹配
令牌桶过滤器

--limit #[/second|/minute|/hour|/day]	时间，10/miute，每分钟最多允许10个
--limit-burst number					个数,前多少个不限流

范例：

[[e-mail] ~]#iptables -A INPUT -p icmp -m limit --limit-burst 10 --limit 20/minute -j ACCEPT

3.4.10 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，比如追踪http和ftp等相关连接
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

已经追踪到的并记录下来的连接信息库

/proc/net/nf_conntrack

调整连接追踪功能所能够容纳的最大连接数量

/proc/sys/net/netfilter/nf_conntrack_max

查看连接跟踪有多少条目

/proc/sys/net/netfilter/nf_conntrack_count

不同的协议的连接追踪时长

/proc/sys/net/netfilter/

说明：

• 连接跟踪，需要加载模块： modprobe nf_conntrack_ipv4
• iptables的链接跟踪表最大容量为/proc/sys/net/nf_conntrack_max
• 当服务器连接多于最大连接数时会出现kernel: ip_conntrack: table full, dropping packet错误
• 各种状态的超时后，链接会从表中删除

连接过多的两个解决方法：

1. 加大nf_conntrack_max 值

   vi /etc/sysctl.conf
   net.nf_conntrack_max = 393216
   net.netfilter.nf_conntrack_max = 393216
   

2. 降低 nf_conntrack timeout时间

vi /etc/sysctl.conf
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established = 300
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_time_wait = 120
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_close_wait = 60
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_fin_wait = 120
iptables -t nat -L -n

范例：

iptables -A INPUT -d 172.16.1.10 -p tcp -m multiport --dports 22,80 -m state --state NEW,ESTABLISHED -j ACCEPT

iptables -A OUTPUT -s 172.16.1.10 -p tcp -m multiport --sports 22,80 -m state --state ESTABLISHED -j ACCEPT

范例：开放被动模式的ftp服务

centos8此模块不可用

yum install vsftpd
systemctl start vsftpd
modprobe nf_conntrack_ftp
iptables -F
iptables -A INPUT -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
iptables -A INPUT -p tcp --dport 21 -m state --state NEW -j ACCEPT
iptables -A OUTPUT -m state --state ESTABLISHED -j ACCEPT
iptables -P INPUT DROP
iptables -P OUTPUT DROP
iptables -vnL

3.5 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
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），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），匹配范围大的放在前面
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
7. 设置默认策略，建议白名单（只放行特定连接）
   • iptables -P，不建议
   • 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

3.6 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：

centos7,8

iptables-save > /etc/sysconfig/iptables

centos6

#将规则覆盖保存至/etc/sysconfig/iptables文件中
service iptables save

加载规则：
CentOS 7 重新载入预存规则文件中规则：

iptables-restore < /etc/sysconfig/iptables
-n, --noflush：不清除原有规则
-t, --test：仅分析生成规则集，但不提交

centos6：

#会自动从/etc/sysconfig/iptables 重新载入规则
service iptables restart

开机自动重载规则

• 用脚本保存各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
• 用规则文件保存各规则，开机时自动载入此规则文件中的规则
  在/etc/rc.d/rc.local文件添加

iptables-save > /etc/sysconfig/iptables

• 定义Unit File, CentOS 7，8 可以安装 iptables-services 实现iptables.service

yum install iptables-services
iptables-save > /etc/sysconfig/iptables
systemctl enable iptables.service

noflush：不清除原有规则
-t, --test：仅分析生成规则集，但不提交

centos6：

#会自动从/etc/sysconfig/iptables 重新载入规则
service iptables restart

**开机自动重载规则**

- 用脚本保存各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
- 用规则文件保存各规则，开机时自动载入此规则文件中的规则
  在/etc/rc.d/rc.local文件添加

iptables-save > /etc/sysconfig/iptables

- 定义Unit File, CentOS 7，8 可以安装 iptables-services 实现iptables.service

```bash
yum install iptables-services
iptables-save > /etc/sysconfig/iptables
systemctl enable iptables.service