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netfilter源代码及规则存储分析.doc
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2022-07-06
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netfilter源代码及规则存储分析
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Netfilter 分析:这是完整的 Netfilter 源码分析
一、概述
1.Netfilter/IPTables 框架简介
2.主要源代码文件
二、Netfilter/IPTables-IPv4 总体架构
1.Netfilter 的 HOOK 机制
2.IPTables 基础模块
3.具体功能模块
三、HOOK 的实现
1.Netfilter-IPv4 中的 HOOK
2.HOOK 的调用
3.HOOK 点的实现
4.HOOK 的注册和注销
四、IPTables 系统
1.表-规则系统
2.表的实现
3.规则的实现
4.规则的使用
5.规则的扩展
五、数据报过滤模块——filter 表
1.概述
2.filter 表的定义和初始化
3.filter 表的实现
六、连接跟踪模块(Conntrack)
1.概述
2.连接状态的管理
3.连接跟踪的实现
4.协议的扩展
七、网络地址转换模块(Network Address Translation)
1.概述
2.基于连接跟踪的相关数据结构
3.nat 表的实现
4.协议的扩展
八、数据报修改模块──mangle 表
1.概述
2.mangle 表的实现
3.数据报的修改
九、其它高级功能模块
一、概述
1. Netfilter/IPTables 框架简介
Netfilter/IPTables 是继 2.0.x 的 IPfwadm、2.2.x 的 IPchains 之后,新一代的 Linux 防火墙机制。
Netfilter 采用模块化设计,具有良好的可扩充性。其重要工具模块 IPTables 连接到 Netfilter 的架构
中,并允许使用者对数据报进行过滤、地址转换、处理等操作。
Netfilter 提供了一个框架,将对网络代码的直接干涉降到最低,并允许用规定的接口将其他包处理
代码以模块的形式添加到内核中,具有极强的灵活性。
2. 主要源代码文件
Netfilter 主文件:net/core/netfilter.c
Netfilter 主头文件:include/linux/netfilter.h
IPv4 相关: c 文件:net/ipv4/netfilter/*.c
头文件:include/linux/netfilter_ipv4.h
include/linux/netfilter_ipv4/*.h
IPv4 协议栈主体的部分 c 文件,特别是与数据报传送过程有关的部分:
ip_input.c,ip_forward.c,ip_output.c,ip_fragment.c 等
二、Netfilter/IPTables-IPv4 总体架构
Netfilter 主要通过表、链实现规则,可以这么说,Netfilter 是表的容器,表是链的容器,
链是规则的容器,最终形成对数据报处理规则的实现。
详细地说,Netfilter/IPTables 的体系结构可以分为三个大部分:
1. Netfilter 的 HOOK 机制
Netfilter 的通用框架不依赖于具体的协议,而是为每种网络协议定义一套 HOOK 函数。这些 HOOK
函数在数据报经过协议栈的几个关键点时被调用,在这几个点中,协议栈将数据报及 HOOK 函数标号作为
参数,传递给 Netfilter 框架。
对于它在网络堆栈中增加的这些 HOOK,内核的任何模块可以对每种协议的一个或多个 HOOK 进
行注册,实现挂接。这样当某个数据报被传递给 Netfilter 框架时,内核能检测到是否有任何模块对该
协议和 HOOK 函数进行了注册。若注册了,则调用该模块的注册时使用的回调函数,这样这些模块就有机
会检查、修改、丢弃该数据报及指示 Netfilter 将该数据报传入用户空间的队列。
这样,HOOK 提供了一种方便的机制:在数据报通过 Linux 内核的不同位置上截获和操作处理数据报。
2. IPTables 基础模块
IPTables 基础模块实现了三个表来筛选各种数据报,具体地讲,Linux2.4 内核提供的这三种数
据报的处理功能是相互间独立的模块,都基于 Netfilter 的 HOOK 函数和各种表、链实现。这三个表包括:
filter 表,nat 表以及 mangle 表。
3. 具体功能模块
数据报过滤模块
连接跟踪模块(Conntrack)
网络地址转换模块(NAT)
数据报修改模块(mangle)
其它高级功能模块
于是,Netfilter/IPTables 总体架构如图所示
三、HOOK 的实现
1. Netfilter-IPv4 中的 HOOK
Netfilter 模块需要使用 HOOK 来启用函数的动态钩接,它在 IPv4 中定义了五个 HOOK(位于文
件 include/linux/netfilter_ipv4.h,Line 39),分别对应 0-4 的 hooknum
简单地说,数据报经过各个 HOOK 的流程如下:
数据报从进入系统,进行 IP 校验以后,首先经过第一个 HOOK 函数 NF_IP_PRE_ROUTING 进行处理;
然后就进入路由代码,其决定该数据报是需要转发还是发给本机的;若该数据报是发被本机的,则该数
据经过 HOOK 函数 NF_IP_LOCAL_IN 处理以后然后传递给上层协议;若该数据报应该被转发则它被
NF_IP_FORWARD 处理;经过转发的数据报经过最后一个 HOOK 函数 NF_IP_POST_ROUTING 处理以后,再传
输到网络上。本地产生的数据经过 HOOK 函数 NF_IP_LOCAL_OUT 处理后,进行路由选择处理,然后经过
NF_IP_POST_ROUTING 处理后发送出去。
总之,这五个 HOOK 所组成的 Netfilter-IPv4 数据报筛选体系如图(注:下面所说 Netfilter/IPTables
均基于 IPv4,不再赘述)
详细地说,各个 HOOK 及其在 IP 数据报传递中的具体位置如图
NF_IP_PRE_ROUTING (0)
数 据 报 在 进 入 路 由 代 码 被 处 理 之 前 , 数 据 报 在 IP 数 据 报 接 收 函 数 ip_rcv() ( 位 于
net/ipv4/ip_input.c,Line379)的最后,也就是在传入的数据报被处理之前经过这个 HOOK。在 ip_rcv()
中挂接这个 HOOK 之前,进行的是一些与类型、长度、版本有关的检查。
经过这个 HOOK 处理之后,数据报进入 ip_rcv_finish()(位于 net/ipv4/ip_input.c,Line306),
进行查路由表的工作,并判断该数据报是发给本地机器还是进行转发。
在这个 HOOK 上主要是对数据报作报头检测处理,以捕获异常情况。
涉及功能(优先级顺序):Conntrack(-200)、mangle(-150)、DNAT(-100)
NF_IP_LOCAL_IN (1)
目 的 地 为 本 地 主 机 的 数 据 报 在 IP 数 据 报 本 地 投 递 函 数 ip_local_deliver() ( 位 于
net/ipv4/ip_input.c,Line290)的最后经过这个 HOOK。
经过这个 HOOK 处理之后,数据报进入 ip_local_deliver_finish()(位于 net/ipv4/ip_input.c,
Line219)
这样,IPTables 模块就可以利用这个 HOOK 对应的 INPUT 规则链表来对数据报进行规则匹配的筛选
了。防火墙一般建立在这个 HOOK 上。
涉及功能:mangle(-150)、filter(0)、SNAT(100)、Conntrack(INT_MAX-1)
NF_IP_FORWARD (2)
目的地非本地主机的数据报,包括被 NAT 修改过地址的数据报,都要在 IP 数据报转发函数
ip_forward()(位于 net/ipv4/ip_forward.c,Line73)的最后经过这个 HOOK。
经过这个 HOOK 处理之后,数据报进入 ip_forward_finish()(位于 net/ipv4/ip_forward.c,
Line44)
另外,在 net/ipv4/ipmr.c 中的 ipmr_queue_xmit()函数(Line1119)最后也会经过这个 HOOK。(ipmr
为多播相关,估计是在需要通过路由转发多播数据时的处理)
这样,IPTables 模块就可以利用这个 HOOK 对应的 FORWARD 规则链表来对数据报进行规则匹配的筛
选了。
涉及功能:mangle(-150)、filter(0)
NF_IP_LOCAL_OUT (3)
本地主机发出的数据报在 IP 数据报构建/发送函数 ip_queue_xmit()(位于 net/ipv4/ip_output.c,
Line339)、以及 ip_build_and_send_pkt()(位于 net/ipv4/ip_output.c,Line122)的最后经过这个
HOOK。(在数据报处理中,前者最为常用,后者用于那些不传输有效数据的 SYN/ACK 包)
经过这个 HOOK 处理后,数据报进入 ip_queue_xmit2()(位于 net/ipv4/ip_output.c,Line281)
另外,在 ip_build_xmit_slow()(位于 net/ipv4/ip_output.c,Line429)和 ip_build_xmit()(位
于 net/ipv4/ip_output.c , Line638 ) 中 用 于 进 行 错 误 检 测 ; 在 igmp_send_report() ( 位 于
net/ipv4/igmp.c,Line195)的最后也经过了这个 HOOK,进行多播时相关的处理。
这样,IPTables 模块就可以利用这个 HOOK 对应的 OUTPUT 规则链表来对数据报进行规则匹配的筛选
了。
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