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2019
03
23:22:29

IPtables中SNAT、DNAT和MASQUERADE的含义

1.概述

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

2.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。 
3.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:

3.1 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)。 
3.2 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：

使用完整的域名，如“www.linuxaid.com.cn”； 
使用ip地址，如“192.168.1.1”； 
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”; 
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。 
3.3 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。

3.4 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。

4.准备工作

4.1 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
4.2 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。

5.使用实例

5.1 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。

5.2 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

6.综合例子

6.1 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

6.2 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。




IPtables中可以灵活的做各种网络地址转换（NAT），网络地址转换主要有两种：SNAT和DNAT。


SNAT是source networkaddress translation的缩写，即源地址目标转换。比如，多个PC机使用ADSL路由器共享上网，每个PC机都配置了内网IP，PC机访问外部网络的时候，路由器将数据包的报头中的源地址替换成路由器的ip，当外部网络的服务器比如网站web服务器接到访问请求的时候，他的日志记录下来的是路由器的ip地址，而不是pc机的内网ip，这是因为，这个服务器收到的数据包的报头里边的“源地址”，已经被替换了，所以叫做SNAT，基于源地址的地址转换。


DNAT是destination networkaddress translation的缩写，即目标网络地址转换，典型的应用是，有个web服务器放在内网配置内网ip，前端有个防火墙配置公网ip，互联网上的访问者使用公网ip来访问这个网站，当访问的时候，客户端发出一个数据包，这个数据包的报头里边，目标地址写的是防火墙的公网ip，防火墙会把这个数据包的报头改写一次，将目标地址改写成web服务器的内网ip，然后再把这个数据包发送到内网的web服务器上，这样，数据包就穿透了防火墙，并从公网ip变成了一个对内网地址的访问了，即DNAT，基于目标的网络地址转换。


MASQUERADE，地址伪装，算是snat中的一种特例，可以实现自动化的snat。


在iptables中有着和SNAT相近的效果，但也有一些区别，但使用SNAT的时候，出口ip的地址范围可以是一个，也可以是多个，例如：


如下命令表示把所有10.8.0.0网段的数据包SNAT成192.168.5.3的ip然后发出去，


iptables-t nat -A POSTROUTING -s 10.8.0.0/255.255.255.0 -o eth0 -j SNAT --to-source192.168.5.3


如下命令表示把所有10.8.0.0网段的数据包SNAT成192.168.5.3/192.168.5.4/192.168.5.5等几个ip然后发出去


iptables-t nat -A POSTROUTING -s 10.8.0.0/255.255.255.0 -o eth0 -j SNAT --to-source192.168.5.3-192.168.5.5


这就是SNAT的使用方法，即可以NAT成一个地址，也可以NAT成多个地址，但是，对于SNAT，不管是几个地址，必须明确的指定要SNAT的ip，假如当前系统用的是ADSL动态拨号方式，那么每次拨号，出口ip192.168.5.3都会改变，而且改变的幅度很大，不一定是192.168.5.3到192.168.5.5范围内的地址，这个时候如果按照现在的方式来配置iptables就会出现问题了，因为每次拨号后，服务器地址都会变化，而iptables规则内的ip是不会随着自动变化的，每次地址变化后都必须手工修改一次iptables，把规则里边的固定ip改成新的ip，这样是非常不好用的。


MASQUERADE就是针对这种场景而设计的，他的作用是，从服务器的网卡上，自动获取当前ip地址来做NAT。


比如下边的命令：


iptables-t nat -A POSTROUTING -s 10.8.0.0/255.255.255.0 -o eth0 -j MASQUERADE


如此配置的话，不用指定SNAT的目标ip了，不管现在eth0的出口获得了怎样的动态ip，MASQUERADE会自动读取eth0现在的ip地址然后做SNAT出去，这样就实现了很好的动态SNAT地址转换。



 iptables nat 原理

同filter表一样，nat表也有三条缺省的"链"(chains)：

    PREROUTING:目的DNAT规则

  把从外来的访问重定向到其他的机子上，比如内部SERVER，或者DMZ。

          因为路由时只检查数据包的目的ip地址，所以必须在路由之前就进行目的PREROUTING DNAT;

          系统先PREROUTING DNAT翻译——>再过滤（FORWARD）——>最后路由。

          路由和过滤（FORWARD)中match 的目的地址，都是针对被PREROUTING DNAT之后的。

    POSTROUTING:源SNAT规则

            在路由以后在执行该链中的规则。

            系统先路由——>再过滤（FORWARD)——>最后才进行POSTROUTING SNAT地址翻译

其match 源地址是翻译前的。

    OUTPUT:定义对本地产生的数据包的目的NAT规则



========================内网访问外网  -J SNAT============================


            -j SNAT

    -j SNAT：源网络地址转换，SNAT就是重写包的源IP地址

    SNAT 只能用在nat表的POSTROUTING链里

        only valid in the nat table, in the POSTROUTING chain.


    -j SNAT --to-source  ipaddr[-ipaddr][:port-port]

    ipaddr:

    a single new source IP address

    range of IP addresses

    or you can add several --to-source options.  a  simple  round-robin  takes place between these adresses.

   port range(only valid if the rule also specifies -p tcp or -p udp)

              If no port range is specified, then source ports below  512  will be

              mapped  to  other  ports  below 512

 


    -j MASQUERADE

    用于外网口public地址是DHCP动态获取的（如ADSL）

iptables -t nat  -A POSTROUTING –o eth1 –s 192.168.1.0/24 –j MASQUERADE

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



    MASQUERADE        --to-ports port[-port]

only valid if the rule also specifies -p tcp or -p udp.



   固定public 地址（外网接口地址）的最基本内访外SNAT

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -o eth0 -j SNAT --to 你的eth0地址


            

    多个内网段SNAT,就是多条SNAT语句即可

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.100.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE



 非外网口地址为NAT用，必须先要绑定到接口上，如eth0 :1,eth0 :2





================================外网访问内网 –J DNAT===========================


 

DNAT

       only valid in  PREROUTING

       --to-destination ipaddr[-ipaddr][:port-port]

DNAT：目的网络地址转换，重写包的目的IP地址


   典型的DNAT的例子

外部接口ip：210.83.2.206

内部接口ip：192.168.1.1


ftp服务器　：　ip 192.168.1.3

web服务器　：　ip 192.168.1.4

iptables -t nat -A PREROUTING -d 210.83.2.206 -p tcp --dport 21 -j DNAT --to 192.168.1.3

iptables -t nat -A PREROUTING -d 210.83.2.206 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.1.4




    DNAT静态映射

  IPTABLES没有CISCO那种static map



    DNAT用于内部SERVER的load-balance（即CISCO的rotery）

iptables –t nat –A PREROUTING –d 219.142.217.161 –j DNAT --to-destination 192.168.1.24-192.168.1.25



    DNAT  带端口映射(改变SERVER的端口)

一个FTP SERVER从内部192.168.100.125:21映射到216.94.87.37:2121的例子

iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp -d 216.94.87.37 --dport 2121 -j DNAT --to-destination 192.168.100.125:21

通常外网DNAT访问内网SERVER，内网SERV ER回包的源地址是经过另一个单独的SNAT进程的。而不属于DNAT STATIC进程的一部分。

这样对于P-t-P的网络应用，就必须另设一个和DNAT相适应的SNAT。

对于穿过NAT，被NAT映射改变端口号的应用，也必须用一个单独的SNAT对回包的端口进行映射

iptables -t nat -A POSTROUTING -p tcp -s 192.168.100.125 --sport 21 -j SNAT --to-source 216.94.87.37:2121

不这样做的话，FTP SERVER会返回21到外网的客户机，外网用户发出一个to 2121的FTP request,收到一个from 21的，会不认

上面的好象不必，做过实验了：

/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22



    DNAT照样要做RULE，DNAT只是翻译，仍要做ACCEPT。（而且注意是FORWARD，不是INPUT）

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9000 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9001 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 22 -j ACCEPT


##########NAT CHAIN###############

/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9001 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9001

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9000 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9000




   DNAT的FORWARD RULE总是出错，原来：DNAT RULE是在PREROUTING语句之后执行的，即DNAT RULE要match翻译过来的新接口号

一开始按翻译前的原始接口做RULE，发觉9000和9001都通过，但2022总通不过

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9000 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9001 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 2022 -j ACCEPT


##########NAT CHAIN###############

/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9001 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9001

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9000 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9000

后来发现原来9000和9001都是端口不变的翻译，只有2022是由2022到22的翻译。

而FORWARD是在PREROUTING执行后执行的，此时2022已经被翻译成22了，当然不匹配2022那个rule了

改正：

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9000 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9001 -j ACCEPT

/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 22 -j ACCEPT





==============================NAT  troubleshooting===================================

           

    -i ，-o 参数在NAT中的用途

对于PREROUTING链，只能用-i,通常是外网口

对于POSTROUTING和OUTPUT，只能用-o，通常也是外网口


    linux iptables通常都用外网口地址做NAT public地址

用非外网口的同网段地址做DNAT public地址，失败

失败原因是，非外网口地址为DNAT用，必须要绑定到接口上，如eth0 :1,eth0 :2


    连续public 地址SNAT （也要先绑定到子接口上eth0:x）

iptables –t nat –A POSTROUTING –s 192.168.1.0 –j SNAT --to-source 219.142.217.161-219.142.217.166

一段连续的地址，这样可以实现负载平衡。每个流会被随机分配一个IP。



    不存在所谓的PAT。理由：没有PAT相关的RFC

PAT是CISCO自己的概念


    Linux实现的就是完整的NAT和NAPT（可以进行端口替换，参见RFC3022）

但是端口并没有bind到本地协议栈上。所以不受本地端口资源65535的限制。


   源端口必须>1024

iptables –t nat –A POSTROUTING -p tcp,udp –s 192.168.1.0 –j SNAT --to-source 219.142.217.161:1024-32000

这样包的源端口就被限制在1024-32000了



    端口转换限定

iptables –A POSTROUTING –o eth1 –s 192.168.1.0/24 –j MASQUERADE  --to-ports 1024-30000

只转换1024以上低于30000的源端口


    对于”内网访问内网SERVER在外网的地址”的特殊处理

o    网内客户机10.4.3.119发起一个访问请求给映射后的地址124.126.86.138（10.4.3.150）

o    防火墙收到这个向124.126.86.138请求后根据策略表匹配发现是一个对内部服务器10.4.3.150映射，防火墙会通过纯路由的方式将数据包转发给服务器 10.4.3.150

o    服务器10.4.3.150收到请求后，发现源地址为10.4.3.119的客户机发来了一个请求，并且这台主机与自己在同一个网段内，于是直接将回应包SYN+ACK发送给主机10.4.3.119（就不再经过FW）

o    10.4.3.119收到这个包后会感觉很奇怪，因为它从来就没有给10.4.3.150发送过连接请求报文（他只给124.126.86.138)发送过，所以就会将回应报文丢弃

     解决：增加一个朝向内部网10.4.3.150访问的POSTROUTING SNAT

/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9001 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9001

/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9000 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9000

/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING  -d 10.4.3.150 -j SNAT --to 10.4.0.198

把发往内部server ip 10.4.3.150的包的源地址改成FW内网口地址10.4.0.198

这样就能从内部访问内部SERVER的外部地址




   上例的另一种情况：禁止server在内网访问他自己在外网的公有地址

iptables -t nat -A PREROUTING -d 219.142.217.161 -j DNAT --to 192.168.1.24

iptables -t nat -A PREROUTING -d 210.83.2.206 -s ! 192.168.1.24 -p tcp --dport 21 -j DNAT --to 192.168.1.24

-s !内网SERVER地址 DNAT --to 内网server地址







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作者:hqy | 分类:技术文章 | 浏览:3698 | 评论:0
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