Linux conntrack和iptables技术解析

本文主要是介绍Linux conntrack和iptables技术解析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

Linux conntrack和iptables技术解析

1. netfilter解析
- 1.1 netfilter的基础原理
- 1.2 netfilter的相关hook
2. conntrack解析
- 2.1 conntrack的基础原理
- 2.2 conntrack的表记录解析
3. iptables解析
- 3.1 iptables基础原理
- 3.2 融合conntrack表的iptables规则
4. 疑问和思考
- 4.1 conntrack和iptables的优先级以及流量解析？
6. 参考文档

conntrack和iptables是Linux操作系统中的两个网络工具，用于网络连接跟踪和流量过滤。

conntrack是一个内核模块，用于在网络连接建立时跟踪和记录连接的信息。它可以记录连接的源地址、目的地址、端口等信息，并且能够在连接关闭后继续跟踪一段时间。通过conntrack，系统管理员可以查看和管理网络连接状态，如查看活动连接、删除连接等。

iptables是一个防火墙工具，用于管理和配置Linux操作系统的数据包过滤规则。它可以根据数据包的源地址、目的地址、端口等信息来过滤网络流量，以实现访问控制、防火墙功能等。iptables可以使用多种过滤策略，如允许、拒绝、重定向等，以及进行网络地址转换（NAT）等功能。

在使用iptables进行流量过滤时，可以利用conntrack模块跟踪连接状态。这样可以根据连接状态来过滤数据包，如只允许已建立的连接通过，或者只允许新建连接的数据包通过等。

1. netfilter解析

1.1 netfilter的基础原理

netfilter是linux内核中的一个数据包处理框架，用于替代原有的ipfwadm和ipchains等数据包处理程序。netfilter的功能包括数据包过滤，修改，SNAT/DNAT等。netfilter在内核协议栈的不同位置实现了5个hook点，其它内核模块(比如ip_tables)可以向这些hook点注册处理函数，这样当数据包经过这些hook点时，其上注册的处理函数就被依次调用，用户层工具像iptables一般都需要相应内核模块ip_tables配合以完成与netfilter的交互。netfilter hooks、ip{6}_tables、connection tracking、和NAT子系统一起构成了netfilter框架的主要部分。

   --->PRE------>[ROUTE]--->FWD---------->POST------>Conntrack    |       Mangle   ^    MangleMangle       |       Filter   |    NAT (Src)NAT (Dst)    |                |    Conntrack(QDisc)      |             [ROUTE]v                |IN Filter       OUT Conntrack|  Conntrack     ^  Mangle|  Mangle        |  NAT (Dst)v                |  Filter

netfilter全链路架构
在这里插入图片描述
netfilter成为iptables和conntrack的基础，通过在相关链路配置相关的hook，相关流量经过对应的链路时，会触动相关hook，从而回调相关的操作函数，对流量进行nat等操作转换。

在这里插入图片描述

1.2 netfilter的相关hook

在这里插入图片描述

// include/uapi/linux/netfilter_ipv4.h#define NF_IP_PRE_ROUTING    0 /* After promisc drops, checksum checks. */
#define NF_IP_LOCAL_IN       1 /* If the packet is destined for this box. */
#define NF_IP_FORWARD        2 /* If the packet is destined for another interface. */
#define NF_IP_LOCAL_OUT      3 /* Packets coming from a local process. */
#define NF_IP_POST_ROUTING   4 /* Packets about to hit the wire. */
#define NF_IP_NUMHOOKS       5

每个 hook 点可以注册多个处理函数（handler）。在注册时必须指定这些 handlers 的优先级，这样触发 hook 时能够根据优先级依次调用处理函数。

2. conntrack解析

2.1 conntrack的基础原理

conntrack是实现nat地址转换的灵魂，一个连接仅在首次经过netfilters链条时会计算nat表，一旦conntrack记录下这次的改写关系，后续无论是去程包还是回程包都是依据conntrack表进行改写关系的处理，不会再重复执行nat表中的DNAT/SNAT规则。

conntrack本质是一个内核里的hash表，每个node上的conntrack在跟踪流过它的每一条连接

常用的命令如下

查看conntrack表记录: conntrack -L
清空conntrack表记录: conntrack -D
监控流事件: conntrack -E

在这里插入图片描述

2.2 conntrack的表记录解析

针对nat场景进行命令解析

udp      17 177 src=10.29.0.1 dst=10.29.0.19 sport=5331 dport=53 src=10.29.0.19 dst=10.29.0.1 sport=53 dport=15316 [ASSURED] mark=0 use=1

该conntrack表记录的解释是

10.29.0.1出包时，没有命中conntrack记录，iptables做了snat， 5331->15316
10.29.0.19回包时， 10.29.0.19回包到 10.29.0.1:15316, 命中这条conntrack记录
conntrack记录会根据出包、回包的关系表，把15316还原给5331，这时候iptables没有参与
10.29.0.1后续的流量出包、入包都是直接走的conntrack记录，自动完成snat， iptables没有参与，这样能够减少iptables作用的频率从而提升效率
如果后续长时间没有流量命中相关的conntrack记录，conntrack记录会自动老化删除，默认老化时间是5min

3. iptables解析

3.1 iptables基础原理

参考文档 Linux iptables和五链四表相关规则说明

3.2 融合conntrack表的iptables规则

在这里插入图片描述
conntrack虽然不属于iptables四表五链，但他维护的连接状态可以被四表五链使用，且四表五链在做NAT的时候，是依赖于conntrack的

4. 疑问和思考

4.1 conntrack和iptables的优先级以及流量解析？

在Linux系统中，conntrack表和iptables存在一定的优先级关系。当数据包到达系统时，它会首先经过conntrack表的处理，连接状态信息被记录下来。然后，数据包会进入iptables框架进行进一步处理，包括过滤、修改或转发。因此，可以说conntrack表的处理优先于iptables。