netfilter-iptable

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

什么是Netfilter/iptable

Netfilter/iptables是Linux内核内置的报文过滤框架，程序可以通过该框架完成报文过滤、地址转换(NAT)以及连接跟踪等功能。

Netfilter/iptables由两部分组成，一部分是Netfilter的”钩子(hook)“，这些”钩子”由Linux内核协议栈提供，内核模块可以通过注册”钩子”来完成各种各样的功能。
另一部分是iptables的规则，这些规则规定了”钩子”如何工作。

下图很直观的说明了用户空间的iptables和内核空间的ip_tables模块、Netfilter之间的关系。

Netfilter

Netfilter是嵌入Linux内核协议栈的，设置在报文处理路径上的一系列调用入口。
Netfilter一共有5个”钩子”设置在IP协议栈的报文处理路径上，这5个”钩子”就是内嵌在内核协议栈的检查点。
我们可以把处理函数注册到各个检查点，当报文经过各个检查点时，就可以通过”钩子”函数对报文进行处理完成相应功能。

下图说明了5个”钩子”在内核协议栈的位置。

“钩子”的存储及管理机制

在内核中，“钩子”函数由一个全局二维数组nf_hooks按照协议族归类存储，在每个协议族中，根据钩子点顺序排列，在钩子点内则根据钩子函数的优先级排列。
例如ipv4和ipv6就是两个协议族，每个协议族都包含5个”钩子”，每个”钩子”下面保存了注册在这个”钩子”上的函数地址。

这个二维数组的每一项代表了一个钩子被调用的点，NF_PROTO代表协议栈，NF_HOOK代表协议栈中某个路径点。
所有模块都可以通过nf_register_hook()函数将一个钩子函数挂入想要被调用点的链表中(通过Protocol和hook指定一个点)。
这样，该钩子函数就能够处理从指定Protocol和指定hook点流过的数据包。
Netfilter在不同协议栈的不同点上放置钩子函数，当数据包经过某个协议栈(NF_PROTO)的某个点(NF_HOOK)时，该协议栈会通过NF_HOOK()函数调用对应钩子链表(nf_hooks[NF_PROTO][NF_HOOK])中注册的每一个钩子项来处理该数据包。

Netfilter定义了每个钩子函数的返回值，每个钩子函数只能返回下面的返回值，而不能自定义返回值。

NF_DROP(0)：数据包被丢弃，即不被下一个钩子函数处理，同时也不再被协议栈处理，并释放数据包。
NF_ACCEPT(1)：数据包被接受，即交给下一个钩子或协议栈继续处理。
NF_STOLEN(2)：数据包被停止处理，即不被下一个钩子函数处理，同时也不再被协议栈处理，但不释放数据包。
NF_QUEUE(3)：将数据包交给nf_queue子系统处理，即不被下一个钩子函数处理，同时也不再被协议栈处理，也不释放数据包。
NF_REPEAT(4)：数据包将被该返回值的钩子函数再次处理一遍。
NF_STOP(5): 数据包停止被该HOOK点的后续钩子函数处理，交给协议栈继续处理。

“钩子”的使用方法

“钩子”的使用首先实例化一个nf_hook_ops对象，然后对其进行必要的初始化设置，最后通过nf_register_hook()函数将其注册到二维数组nf_hooks中。
我们首先初始化nf_hook_ops中的常用字段：


static struct nf_hook_ops nf_hook_test_ops = 
{
    .hook = test_hook_func;
    .hooknum = NF_INET_PRE_ROUTING;
    .pf = PF_INET;
    .owner = THIS_MODULE;
    .priority = NF_IP_PRI_FIRST;
}

其中：

hook是钩子函数
hooknum是钩子点
pf是协议栈
priority是钩子函数的优先级

然后在模块加载和退出函数中注册和移除钩子函数：


int init_module(void) {
    nf_register_hook(&nf_hook_test_ops);
}
void cleanup_module() {
    nf_unregister_hook(&nf_hook_test_ops);
}

下面是回调函数的声明：


static unsigned int test_hook(unsigned int hooknum, struct sk_buff *skb,
    const struct net_device *in, const struct net_device *out,
    int (*okfn)(struct sk_buff*)

从上述过程可以看出，钩子函数的使用与iptables没有任何关系，也就是说如果某个模块需要对协议栈的报文进行处理，但不需要用户空间的参数，那么完全可以只注册钩子函数，而不需要编写iptables的模块。

即使需要用户空间的参数，也可以通过proc或者netlink等其他用户态和内核态通信方式来传递参数，这样就可以更灵活的使用Netfilter了。