本文主要介绍如何使用iptbales实现linux2.4下的强大的NAT功能。关于iptables的详细语法请参考“用iptales实现包过虑型防火墙”一文。需要申明的是,本文绝对不是 NAT-HOWTO的简单重复或是中文版,在整个的叙述过程中,作者都在试图用自己的语言来表达自己的理解,自己的思想。

  一、概述

  1. 什么是NAT

  在传统的标准的TCP/IP通信过程中,所有的路由器仅仅是充当一个中间人的角色,也就是通常所说的存储转发,路由器并不会对转发的数据包进行修改,更为确切的说,除了将源MAC地址换成自己的MAC地址以外,路由器不会对转发的数据包做任何修改。NAT(Network Address Translation网络地址翻译)恰恰是出于某种特殊需要而对数据包的源ip地址、目的ip地址、源端口、目的端口进行改写的操作。

  2. 为什么要进行NAT

  我们来看看再什么情况下我们需要做NAT。

  假设有一家ISP提供园区Internet接入服务,为了方便管理,该ISP分配给园区用户的IP地址都是伪IP,但是部分用户要求建立自己的WWW服务器对外发布信息,这时候我们就可以通过NAT来提供这种服务了。我们可以在防火墙的外部网卡上绑定多个合法IP地址,然后通过NAT技术使发给其中某一个IP地址的包转发至内部某一用户的WWW服务器上,然后再将该内部WWW服务器响应包伪装成该合法IP发出的包。

  再比如使用拨号上网的网吧,因为只有一个合法的IP地址,必须采用某种手段让其他机器也可以上网,通常是采用代理服务器的方式,但是代理服务器,尤其是应用层代理服务器,只能支持有限的协议,如果过了一段时间后又有新的服务出来,则只能等待代理服务器支持该新应用的升级版本。如果采用NAT来解决这个问题,

  因为是在应用层以下进行处理,NAT不但可以获得很高的访问速度,而且可以无缝的支持任何新的服务或应用。

  还有一个方面的应用就是重定向,也就是当接收到一个包后,不是转发这个包,而是将其重定向到系统上的某一个应用程序。最常见的应用就是和squid配合使用成为透明代理,在对http流量进行缓存的同时,可以提供对Internet的无缝访问。

  3. NAT的类型

  在linux2.4的NAT-HOWTO中,作者从原理的角度将NAT分成了两种类型,即源NAT(SNAT)和目的NAT(DNAT),顾名思义,所谓SNAT就是改变转发数据包的源地址,所谓DNAT就是改变转发数据包的目的地址。 

  二、原理

  在“用iptales实现包过虑型防火墙”一文中我们说过,netfilter是Linux 核心中一个通用架构,它提供了一系列的"表"(tables),每个表由若干"链"(chains)组成,而每条链中可以有一条或数条规则(rule)组成。并且系统缺省的表是"filter"。但是在使用NAT的时候,我们所使用的表不再是"filter",而是"nat"表,所以我们必须使用"-t nat"选项来显式地指明这一点。因为系统缺省的表是"filter",所以在使用filter功能时,我们没有必要显式的指明"-t filter"。

  同filter表一样,nat表也有三条缺省的"链"(chains),这三条链也是规则的容器,它们分别是:

  PREROUTING:可以在这里定义进行目的NAT的规则,因为路由器进行路由时只检查数据包的目的ip地址,所以为了使数据包得以正确路由,我们必须在路由之前就进行目的NAT;

  POSTROUTING:可以在这里定义进行源NAT的规则,系统在决定了数据包的路由以后在执行该链中的规则。

  OUTPUT:定义对本地产生的数据包的目的NAT规则。

    三、操作语法

  如前所述,在使用iptables的NAT功能时,我们必须在每一条规则中使用"-t nat"显示的指明使用nat表。然后使用以下的选项:

  1. 对规则的操作

  加入(append) 一个新规则到一个链 (-A)的最后。

  在链内某个位置插入(insert) 一个新规则(-I),通常是插在最前面。

  在链内某个位置替换(replace) 一条规则 (-R)。

  在链内某个位置删除(delete) 一条规则 (-D)。

  删除(delete) 链内第一条规则 (-D)。

  2. 指定源地址和目的地址

  通过–source/–src/-s来指定源地址(这里的/表示或者的意思,下同),通过–destination/–dst/-s来指定目的地址。可以使用以下四中方法来指定ip地址:

  a. 使用完整的域名,如“www.linuxaid.com.cn”;

  b. 使用ip地址,如“192.168.1.1”;

  c. 用x.x.x.x/x.x.x.x指定一个网络地址,如“192.168.1.0/255.255.255.0”;

  d. 用x.x.x.x/x指定一个网络地址,如“192.168.1.0/24”这里的24表明了子网掩码的有效位数,这是 UNIX环境中通常使用的表示方法。

  缺省的子网掩码数是32,也就是说指定192.168.1.1等效于192.168.1.1/32。

  3. 指定网络接口

  可以使用–in-interface/-i或–out-interface/-o来指定网络接口。从NAT的原理可以看出,对于PREROUTING链,我们只能用-i指定进来的网络接口;而对于POSTROUTING和OUTPUT我们只能用-o指定出去的网络接口。

  4. 指定协议及端口

  可以通过–protocol/-p选项来指定协议,如果是udp和tcp协议,还可–source-port/–sport和 –destination-port/–dport来指明端口。

  四、准备工作

  1. 编译内核,编译时选中以下选项,具体可参看“用iptales实现包过虑型防火墙”一文:

   Full NAT

   MASQUERADE target support

   REDIRECT target support

  2. 要使用NAT表时,必须首先载入相关模块:

  modprobe ip_tables

  modprobe ip_nat_ftp

  iptable_nat 模块会在运行时自动载入。

    五、使用实例

  1. 源NAT(SNAT)

  比如,更改所有来自192.168.1.0/24的数据包的源ip地址为1.2.3.4:

  iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24 -o eth0 -j SNAT –to 1.2.3.4

  这里需要注意的是,系统在路由及过虑等处理直到数据包要被送出时才进行SNAT。

  有一种SNAT的特殊情况是ip欺骗,也就是所谓的Masquerading,通常建议在使用拨号上网的时候使用,或者说在合法ip地址不固定的情况下使用。比如

  # iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE

  可以看出,这时候我们没有必要显式的指定源ip地址等信息。

  2. 目的SNAT(DNAT)

  比如,更改所有来自192.168.1.0/24的数据包的目的ip地址为1.2.3.4:

  iptables -t nat -A PREROUTING -s 192.168.1.0/24 -i eth1 -j DNAT –to 1.2.3.4

  这里需要注意的是,系统是先进行DNAT,然后才进行路由及过虑等操作。

  有一种DNAT的特殊情况是重定向,也就是所谓的Redirection,这时候就相当于将符合条件的数据包的目的ip地址改为数据包进入系统时的网络接口的ip地址。通常是在与squid配置形成透明代理时使用,假设squid的监听端口是3128,我 们可以通过以下语句来将来自192.168.1.0/24,目的端口为80的数据包重定向到squid监听

  端口:

  iptables -t nat -A PREROUTING -i eth1 -p tcp -s 192.168.1.0/24 –dport 80

  -j REDIRECT –to-port 3128

    六、综合例子

  1. 使用拨号带动局域网上网

  小型企业、网吧等多使用拨号网络上网,通常可能使用代理,但是考虑到成本、对协议的支持等因素,建议使用ip欺骗方式带动区域网上网。

  成功升级内核后安装iptables,然后执行以下脚本:

  #载入相关模块

  modprobe ip_tables

  modprobe ip_nat_ftp

  #进行ip伪装

  iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE

  2. ip映射

  假设有一家ISP提供园区Internet接入服务,为了方便管理,该ISP分配给园区用户的IP地址都是伪IP,但是部分用户要求建立自己的WWW服务器对外发布信息。我们可以再防火墙的外部网卡上绑定多个合法IP地址,然后通过ip映射使发给其中某一 个IP地址的包转发至内部某一用户的WWW服务器上,然后再将该内部WWW服务器响应包伪装成该合法IP发出的包。

  我们假设以下情景:

  该ISP分配给A单位www服务器的ip为:

  伪ip:192.168.1.100

  真实ip:202.110.123.100

  该ISP分配给B单位www服务器的ip为:

  伪ip:192.168.1.200

  真实ip:202.110.123.200

  linux防火墙的ip地址分别为:

  内网接口eth1:192.168.1.1

  外网接口eth0:202.110.123.1

  然后我们将分配给A、B单位的真实ip绑定到防火墙的外网接口,以root权限执行以下命令:

  ifconfig eth0 add 202.110.123.100 netmask 255.255.255.0

  ifconfig eth0 add 202.110.123.200 netmask 255.255.255.0

  成功升级内核后安装iptables,然后执行以下脚本:

  #载入相关模块

  modprobe ip_tables

  modprobe ip_nat_ftp

  首先,对防火墙接收到的目的ip为202.110.123.100和202.110.123.200的所有数据包进行目的NAT(DNAT):

  iptables -A PREROUTING -i eth0 -d 202.110.123.100 -j DNAT –to 192.168.1.100

  iptables -A PREROUTING -i eth0 -d 202.110.123.200 -j DNAT –to 192.168.1.200

  其次,对防火墙接收到的源ip地址为192.168.1.100和192.168.1.200的数据包进行源NAT(SNAT):

  iptables -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.1.100 -j SNAT –to 202.110.123.100

  iptables -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.1.200 -j SNAT –to 202.110.123.200

  这样,所有目的ip为202.110.123.100和202.110.123.200的数据包都将分别被转发给192.168.1.100和192.168.1.200;而所有来自192.168.1.100和192.168.1.200的数据包都将分 别被伪装成由202.110.123.100和202.110.123.200,从而也就实现了ip映射。