Linux下的NAT及防火墙的混合应用

2．2 NAT原理
2.2.1在进入NAT设置之前，我们要先讨论一下NAT的工作原理
在引言部分，我们已经提到了一个NAT应用实例，从这个实例中可以看出NAT和防火墙是一体的，换句话说，NAT就是防火墙。NAT对防火墙来说是子集的关系。
在本节，我们会深入讨论NAT的原理部分，为了更清晰的认识NAT,我们借用INTERNET标准化组织发布的RFC3022文档的部分内容。
NAT有三种类型：静态NAT(Static NAT)、网络地址端口转换DNAT（destination- NAT）、动态地址NAT(Pooled NAT)。我们主要讨论前面２种nat．
静态nat解决问题的办法是：在内部网络中使用内部地址，通过NAT把内部地址翻译成合法的IP地址在Internet上使用，其具体的做法是把IP包内的地址域用合法的IP地址来替换。NAT设备维护一个状态表（路由表，所以也称NAT为软路由），用来把非法的IP地址映射到合法的IP地址上去。每个包在NAT设备中都被翻译成正确的IP地址，发往下一级，这意味着给处理器带来了一定的负担。但对于一般的网络来说，这种负担是微不足道的。
网络地址端口转换NAT,也叫做反向NAT,他解决问题的方法是：在内部网络中，使用内部地址的计算机开设了网络服务（80，21等），当外部ip想访问这些服务时，NAT网关把外部访问ip翻译成内部ip,也就是说，把内部开设的服务，映射到一个合法的ip和端口上，已供外部访问。
假如想进一步了解他的工作原理，NAT其实就是一种IP包欺诈，也可以说是对IP报头的修改，请看下表
4位版本
4位首部长度
8位服务类型
16位总长度（字节数）
16位标识
3位标志
13位片偏移
8位生存时间（ttl）
8位协议
16位首部校验和
32位源ip地址
32位目的ip地址
其他选项
携带数据
IP数据包格式和报头中的各字段
NAT网关（外202.204.208.5；内192.168.0.1）收到本地局域网内的客户机（192.168.0.2），发来的ip数据，先判断是否是本地子网中发来的，假如通过，则按照她的目的ip地址查找本地路由表进行转发，NAT在包被继续向前送出之前转换32位源地址 192.168.0.1成202.204.208.5。相应的，IP包往回传时依据相同的地址进行转换。
2.2.2 NAT设置
我们知道了NAT的原理，就可以进行NAT的配置了，我们前面说过了NAT就是防火墙，在RED HAT9.0下自带防火墙 IPTABLS
我们在做好网络设置后，假如要实现客户端（win98）通过服务端上网（静态NAT），可以在命令行下直接打入
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -j SNAT - to 202.204.208.5
说明：
-t nat : 调用nat表，调用这个表说明遇到了产生新的连接的包。
-A ：该命令将一条规则附加到链的末尾。
POSTROUTING：指定正当信息包打算离开防火墙时改变它们的规则。
-o eth1：输出接口为ETH1
-j SNAT：跳转，也叫触发条件，当满足Snat规则是便发生跳转
整条语句的意思为：　当防火墙遇到产生新的连接的包，则在他要离开防火墙时改变他的源ip为202.204.208.5并且从ETH1出口送出。
nat的规则指定完成后，还要打开IP转发功能：
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
这样，客户端就可以通过208.5上网了。
假如208.5的客户端192.168.0.2开设了80端口的web服务，如何让外部访问到这个局域网内部的服务呢？
这就用到了Dnat（也叫反向nat，端口跳转），在命令行下打入:
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth1 -d 202.204.208.5 -p tcp -dport 80 -j DNAT -to-destination 192.168.0.2:80
语句说明：当有通过eth1接口的tcp协议访问202.204.208.5的80端口的时候，则触发跳转，跳转至局域网的192.168.0.2的80端口。
但是这同时也出现一个问题，在同一局域网内的机器，无法访问202.204.208.5的80端口。以下是原因：
假设192.168.0.3不通过http://192.168.0.2:80这种方式进行浏览
在命令行下打入：
iptables -t nat -A POSTROUTING -p tcp -s 192.168.0.0/24 -d 192.168.0.2/32 -j SNAT -to 192.168.0.1
语句解释：当192.168.0.1-255这个范围的ip访问192.168.0.2这个ip的时候，当数据包离开的时候修改源ip地址为 192.168.0.1，这相当于在局域网内部，又作了一次NAT转换。局域网内部通过192.168.0.1作为转发，而不是直接进行通信，这就避免了无法访问局域网内部ip的情况。
目前，nat的功能就已经实现，但是并没有对包进行过滤。
三．网络攻击和防火墙
3.1什么事网络攻击
当混乱的Internet和你良好的、有序的Linux服务器网络之间进行连接时，你最好能知道哪些东西可以进入你的大门。这就需要制定包过滤策略，既然是包过滤，肯定是要过滤掉那些对网络有害的或者是无用的包，但哪些包是有害的呢？我们既然是在防守，不妨听听敌人的想法。
作为一个老练的入侵者，他并不会盲目的展开攻击和入侵，他首先会确定自己的目标，当然，确定目标的方法有2种，一是根据个人的好恶或审美观点确定目标，二是根据广义扫描器（反馈结果简单，但是速度很快的扫描器）的反馈结果，选择整体安全性不高的网络作为攻击目标。
接下来要做的就是了解这个网络服务器，就象和人交往一样，你对那个人越了解，就越清楚那个人的弱点，从而你对它的伤害就越致命。对人的了解通过交谈，对服务器的了解要通过扫描；首先要确定的是这台服务器都开有什么服务，这很简单，通过tcp协议的3次握手：
1． 当请求端对要扫描的服务器端口送一个包含SYN标志的TCP报文，这个报文指明客户端使用的端口以及TCP连接的初始端口。
2．服务器在接受到客户端的SYN包问候，假如客户端请求连接的端口存在，则返回一个SYN+ACK的报文，表示客户端的请求被接受。同时TCP序号被加一。那么扫描器接受到SYN+ACK报文后，会向入侵者报告，扫描的这个端口是打开的，从而使入侵者判断这是什么服务。
3． 客户端也返回一个确认报文ACK给服务器端，同样TCP序列号被加一，到此一个TCP连接完成。
4． 假如服务器的这个端口不存在，或者没有返回SYN+ACK报文，则扫描端发出一个FIN标志报文，撤销这个TCP连接。
当确定了服务器开设了什么端口以后，有经验的入侵者可以从端口判断出这台服务器开设的具体服务，然后就是按照不同的服务进行漏洞攻击或入侵了。
从以上攻击步骤看出，不要让服务器完全暴露在网络中，是非常重要的，也就是首先对端口进行过滤，只允许指定的服务通过制定的端口穿越防火墙。这也就引出了RFC2979规定的互联网防火墙规则配置的基本准则之一：
一切未被允许的就是禁止的。
基于该准则，防火墙应该封锁所有的信息流，然后对希望提供的服务逐项开放。这是一种非常实用的方法，可以造成一种十分安全的环境，因为只有经过仔细挑选的服务才被允许实用。
3.2如何防御网络攻击
从我们上例来看，我们只开设了web服务使用标准的80端口。
那我们要在防火墙中进行如下设置：
iptables -P INPUT -j DROP #我们用-P来拦截主机上所有通讯
iptables -A INPUT -p tcp -dport 80 -j ACCEPT #打开80端口的tcp协议
假如我们在将来还要还要添加适当端口，可以用上句的格式逐一添加
这样我们就实现了对网络服务器主机的端口过滤功能，这种方法也只是降低受到攻击的次数要防御这种攻击，还要分别制定防火墙策略。
1． 死亡之ping （ping of death）
ping,这个软件是测试网络间是否畅通用的，他应用于icmp协议，但并不依赖于哪个端口，由于在早期的阶段，路由器对包的最大尺寸都有限制，许多操作系统对TCP/IP栈的实现在ICMP包上都是规定64KB，并且在对包的标题头进行读取之后，要根据该标题头里包含的信息来为有效载荷生成缓冲区，当产生畸形的，声称自己的尺寸超过ICMP上限的包也就是加载的尺寸超过64K上限时，就会出现内存分配错误，导致TCP/IP堆栈崩溃，致使接受方当机。
为了解决这个问题，我们可以在防火墙中加入以下内容
iptables -A INPUT -p icmp -icmp-type echo-request -i eth1 -j DROP
这句话的意思是，从接口eth1进入的icmp协议的请求全部丢弃。
2． SYN Flood (拒绝服务攻击)
SYN Flood 是目前最流行的拒绝服务攻击与分布式拒绝服务攻击的方式之一，这是一种利用TCP协议缺陷，发送大量伪造的TCP连接请求，从而使得被攻击方资源耗尽的攻击方式。
前面已经提过TCP的三次握手，问题就出在TCP连接的三次握手中，假设一个用户向服务器发送了SYN报文后突然死机或掉线，那么服务器在发出SYN+ ACK应答报文后是无法收到客户端的ACK报文的（第三次握手无法完成），这种情况下服务器一般会重试（再次发送SKY+ACK给客户端）并等待一段是句丢弃这个未完成的连接，这段时间的长度我们称为（SYN Timeout）,一般来说这个时间是分钟为单位（半分钟-2分钟）；一个用户出现异常导致服务器的一个线程等待1分钟并不是什么很大的问题，但如果有一个恶意的攻击者大量模拟这种情况，服务器端将为了维护一个非常大的半连接列表而消耗非常多的资源----数以万计的半连接，即使是简单的保存并遍历也会消耗很多的CPU资源与时间，何况还要不断对这个列表中的IP进行SYN+ACK的重试。实际上如果服务器的TCP/IP栈不够强大，最后的结果往往是堆栈溢出崩溃---即使服务器端的系统足够强大，服务器端也将忙于处理攻击者伪造的TCP连接请求而无暇理睬合法请求（客户端的正常请求相较于非法请求来说非常小），此时从正常连接的角度来说，服务器失去了响应，这种情况我们称为服务器收到了洪水攻击。
从防御角度来说，可以缩短SYN- Timeout时间，由于SYN FLOOD攻击效果取决于服务器上保持的SYN半连接数，这个值等于SYN攻击的频度* SYN Timeout，所以通过缩短从接受到SYN报文到区定这个报文物校并丢弃连接的时间，，可以降低服务器的负荷。
我们可以在用IPTABLES执行如下语句：
iptables -A FORWARD -p tcp --syn -m limit --limit 1/s -j ACCEPT
在所有的IPTABLES规则制定完后，可以用$ iptables-save > iptables-script把写入的全部的规则写入到文件，然后 在 /etc/rc.d/rc.local
加入：iptables-restore iptables-script
这样每次重新启动系统将自动载入iptables设定好的规则。
【结论】
本设计实现了Linux服务器在局域网内的代理上网应用和网络防火墙应用，大量使用了Linux下的防火墙iptables。并且对tcp/ip协议作了透彻的讲解，对网络的典型攻击方式进行了明确的阐述。证明Linux在作为网络网关服务器有充分的方式，不仅系统强壮，并且配置性很强。希望给广大喜欢网络及网络管理的同学提供了新的思路。