用iptables实现NAT

[Tony]

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摘要：本文是“用iptales实现包过虑型防火墙”的姊妹篇，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。我们可以再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，
因为只在应用层以下进行处理，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

下图是linux2.4的原理图：

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：

<M> Full NAT
<M> MASQUERADE target support
<M> 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。