linux ebpf_防火墙拦截dns解析

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自基于Netfilter的iptables取代ipchains之后，Linux防火墙技术貌似一直停留在iptables，虽然近年来nftables被宣称有取代iptables之势，但事实上并无起色。

无论是晚期ipchains，还是iptables，或者nftables，其底层基础均是Netfilter，一个精心设计的五点HOOKs框架，在软件意义上，这个设计非常棒，但是涉及到单机性能问题，总是退让三分。

这让人不得开心颜，于是很多人花大量的时间精力投入到了防火墙优化中，当然，包括我自己在内。

如今，新一代的Linux防火墙技术出现了！是的，它就是基于eBPF的bpfilter！

eBPF是一个非常古老但最近才大行其道的技术，Linux内核中被埋下了越来越多的eBPF调用点，bpfilter正是基于这些非固定的，不断增多的HOOK点来其作用的，这和Netfilter固定的HOOK非常不同。

比如，XDP就是一个eBPF调用点。它位于网络协议栈的最底层，网卡层面，这里做数据包过滤非常高效，并且可以依托硬件特性将数据包过滤行为offload到硬件中，很棒的主意。

看起来非常令人遗憾的是，BPF(伯克利包过滤器)从名字上看虽然本身就是一个包过滤器，但是对于Linux系统而言，在包过滤领域，BPF除了用于抓包之外，在其它方面很少其关键作用。

不过，现在它的时代来了。事情正在起变化。

目前Linux内核中，XDP，TC，Socket是TCP/IP网络协议栈中三个关键的eBPF程序的调用点，可以想象，这种eBPF调用点会越来越多，它不像Netfilter那样是固定的5个或者说几个HOOK点。

所谓的eBPF调用点理解起来非常简单，就是在这些点上，内核会调用通过用户态灌进来的eBPF字节码，目前在网络协议栈领域最常用的eBPF调用点就是XDP了。

好了，大致框架就是以上这些，下面是试一试的时间。

为了让这一切run起来，我们要解决几个问题：

• 如何编写eBPF过滤程序。
• 如何编译eBPF过滤程序。
• 如何将编译好的eBPF字节码灌进XDP。

目前，bpfilter的POC已经完美回到了上面的问题，详见：
https://lwn.net/Articles/747504/
https://www.netronome.com/blog/bpf-ebpf-xdp-and-bpfilter-what-are-these-things-and-what-do-they-mean-enterprise/
很棒的一个点就是，为了让iptables平滑过渡，bpfilter准备了一个非常trick的机制，可以将配置下发下来的iptables规则JIT编译成eBPF字节码到XDP。

然而这些都是宏观的东西，下面我来演示一下Step by Step的微观细节，我要解决一个实际问题，即：

• 禁止enp0s3所有数据包。

如何编写eBPF程序呢？很容易，下面的C代码便是：

#include <linux/bpf.h>

#define __section(NAME) \ __attribute__((section(NAME), used))

__section("prog")
int drop_all(struct xdp_md *ctx)
{ 
   
	return XDP_DROP;
}

char __license[] __section("license") = "GPL";

如何编译它呢？

root@zhaoya-VirtualBox:~/xdp# clang -Wall -target bpf -c simple.c -o simple.o

如何使能它到enp0s3呢？

root@zhaoya-VirtualBox:~/xdp# ip link set dev enp0s3 xdp obj simple.o

作为骨灰级的Netfilter，iproute2玩家，我是一直跟随着最新进展，iproute2真的牛X到不行。

很多年前我玩Cisco ACL就知道，Cisco的做法是将ACL规则优化编译加载到网卡，如今Linux的eBPF字节码在XDP运行，也是一样的路子。

循序渐进，下面的例子稍微有点难度，需要自己来解析数据包，禁止所有的TCP数据包：

#include <linux/bpf.h>
#include <linux/in.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <linux/ip.h>

#define __section(NAME) __attribute__((section(NAME), used))

__section("prog")
int drop_tcp(struct xdp_md *ctx)
{ 
   
	int ipsize = 0;

	void *data = (void *)(long)ctx->data;
	struct iphdr *ip;

	ip = data + sizeof(struct ethhdr);

	if (ip->protocol == IPPROTO_TCP) { 
   
		return XDP_DROP;
	}

	return XDP_PASS;
}

char _license[] __section("license") = "GPL";

难道我们为了编写一条数据包过滤规则都要写个C程序吗？很多人并不具备编程能力，或者仅仅是不精通C，看起来根本没有必要必须写一个C程序。

好在有很多的前端可以帮我们生成字节码。

事实上我们常用的tcpdump就有这样的功能，当我们用-d，-dd执行tcpdump时，打印出来的就是过滤程序：

root@zhaoya-VirtualBox:~/xdp# tcpdump -i enp0s3 dst 11.22.33.44 -d
(000) ldh      [12]
(001) jeq      #0x800 jt 2 jf 4
(002) ld       [30]
(003) jeq      #0xb16212c jt 8 jf 9
(004) jeq      #0x806 jt 6 jf 5
(005) jeq      #0x8035 jt 6 jf 9
(006) ld       [38]
(007) jeq      #0xb16212c jt 8 jf 9
(008) ret      #262144
(009) ret      #0
root@zhaoya-VirtualBox:~/xdp# tcpdump -i enp0s3 dst 11.22.33.44 -dd
{ 
    0x28, 0, 0, 0x0000000c },
{ 
    0x15, 0, 2, 0x00000800 },
{ 
    0x20, 0, 0, 0x0000001e },
{ 
    0x15, 4, 5, 0x0b16212c },
{ 
    0x15, 1, 0, 0x00000806 },
{ 
    0x15, 0, 3, 0x00008035 },
{ 
    0x20, 0, 0, 0x00000026 },
{ 
    0x15, 0, 1, 0x0b16212c },
{ 
    0x6, 0, 0, 0x00040000 },
{ 
    0x6, 0, 0, 0x00000000 },
root@zhaoya-VirtualBox:~/xdp#

唉，又要搬家，这种日子持续了将近5年，终于快要结束了。作于两趟搬运之间的间隙，腰酸背痛！

浙江温江皮鞋湿，下雨进水不会胖。