iptables 还能这么玩，厉害了

在学习docker和k8s时大量的用到了iptables，那么iptables到底怎么玩，这篇文章告诉你答案。提起iptables/netfilter，我们应该听说过但在日常的工作中用到的机会并不多，那平时用不到是不是就不需要了解了呢，那肯定不是的，做技术嘛肯定是要有所追求的，当你越过每座山峰之后，你就能看到远处美好的风景[图片上传失败...(image-fa5084-1591493797514)]

那么iptables到底是个什么东西呢？说白了iptables就是一个用户态的命令行工具来操作内核态的netfilter，对进入本机的网络包进行一系列操作，比如 accept、reject、drop等等。下图说明了iptables的数据流向。

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传说中的iptables由四表五链构成，那就看看这是个什么东西吧~

四表

raw表:主要用来决定是否对数据包进行状态跟踪(用的不多)。
mangle表:修改数据包的服务类型、TTL、并且可以配置路由实现QOS内核模块(用的不多)。
nat表:主要用来做网络地址转换SNAT、DNAT。
filter表:主要对数据包进行过滤，比如禁止某个ip数据包访问。

五链

PREROUTING链:在对数据包进行路由之前经过此链的处理，比如常见的做DNAT转换。
INPUT链:收到访问本机ip地址时经过此链处理，比如常见的在filter表上设置input链，拒绝或只允许某个ip访问。
FORWARD链:转发数据包时应用此链上的规则。
OUTPUT链:数据流出方向应用此链上的规则。
POSTROUTING链:对数据路由后应用此链上的规则，比如常见的做SNAT转换。

由上图可知，当一个数据包进入宿主机的某张网卡时，在四张表中的顺序如下:raw -> manager -> nat -> filter 。

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数据如何在五条链中流转，根据目标ip是否是本机某张网卡的ip来判断。①:是本机数据包:prerouting -> input -> 本机进程处理数据 -> output -> postrouting 发送到网络中。
②:不是本机数据包:prerouting -> forward -> postrouting 发送到网络中。每条链中可以添加多条规则，执行时按照顺序执行，匹配到相应的规则后执行相应的动作，由于是顺序执行当链中的规则数量过多时，性能会有明显的损耗。
简单介绍了iptables的四表五链后，是时候具体来操作一波iptables看看效果了。iptables基本语法
iptables [-t 表名] 命令选项［链名］［条件匹配］［-j 目标动作或跳转］-t 表名不写的话默认是filter表 命令选项

-A 在指定链的末尾添加一条规则
-D 删除指定链的第几条规则，后面加上具体数字
-I 默认在链的头部插入一条规则，也可以指定插入第几条前面(-I chain num)
-F 删除链中所有的规则
-L 列出现有链中的全部规则

通用参数

-p 协议，tcp、udp、icmp等
-s 源地址
-d 目的地址
--sport 源地址端口
--dport 目的地址端口
-i 指定入口网卡
-o 指定出口网卡

处理动作

ACCEPT 允许数据包通过
DROP 丢弃数据包，数据发送方无法接受响应，直到过了超时时间
REJECT 拒绝此数据包，数据发送方能感知到被拒绝
SNAT 做源地址转换，如内网下访问外网，把源地址ip修改成路由器的公网ip
DNAT 做目标地址转换
MASQUERADE SNAT的另一种模式，适用于ip地址不固定的情况下

iptables 的语法大致就是以上内容，接下来搞几个简单的例子来测试一下，我在本地搭了3台虚拟机，ip 地址分别为 192.168.113.99、192.168.113.100、192.168.113.101。所有的iptables规则都在192.168.113.101这台机器上设置。
只允许192.168.113.100ping操作

iptables -t filter -A INPUT -p icmp ! 192.168.113.100 -j REJECT

这里在filter 表的INPUT链上添加了一条记录，非 192.168.113.100 ip的ping 包直接拒绝掉，只有 192.168.113.100 可以ping通。

发往192.168.113.100 的imcp包全部丢弃

iptables -t filter -A OUTPUT -p icmp -d 192.168.113.100 -j DROP

这里在filter 表的OUTPUT链上添加了一条记录，丢弃了192.168.113.100 ping的响应包。只允许特定的端口放开

iptables -t filter -A INPUT -p tcp -m multiport --dport 22,80,8080 -j ACCEPT

查看filter 表上的具体规则

iptables -t filter -nvL

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如图所示，操作filter 表的INPUT链，开放了9000:10000之间的tcp端口，同时也开放了22、80、8080端口，过input链时会从上往下顺序执行，当匹配到在这个范围内的端口时，把数据包传给用户态进程。最终没有匹配，会执行最后一条DROP掉。注意:如果第三条规则放到最前面，那就跪了，那ssh客户端直接断开连接了，就表示禁止访问所有tcp端口了。

接下来操作nat表，做nat地址的相关转换。当然，想要开启forward数据转发的话，需要如下操作，linux内核默认是关闭forward转发的。

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

把192.168.113.101:12000转发到192.168.113.100:8080

iptables -t nat -I PREROUTING -p tcp --dport 12000 -j DNAT --to-destination 192.168.113.100:8080

首先-t 操作nat表，在PREROUTING链上针对tcp协议，当发现访问本机是12000端口时，做DNAT协议转换，--to-destination 也可以简写成--to ，修改dst ip地址为 192.168.113.100。最后在POSTROUTING做SNAT转换，判断发往目标ip : port 为192.168.113.100 : 8080，修改源 ip 为192.168.113.101。

// SNAT 也可以这样写，适用于ip不固定的情况下
iptables -t nat -I POSTROUTING -p tcp -d 192.168.113.100 --dport 8080 -j MASQUERADE

iptables lb负载均衡

k8s里面service的实现有3种方式，当阅读官方文档发现有一种是根据iptables实现的，当集群中的pod数量比较多时，基于iptables做流量转发和lb策略性能会有所损耗(链表形式)

)。所以后续k8s默认使用ipvs实现了。之后再写k8sservice的实现时会说明ipvs的实现。接下来看看iptables如何做lb

分别在192.168.113.99、192.168.113.100 使用docker 启动两个nginx容器，占用虚拟机的8080端口，在192.168.101上设置iptables规则，如下图所示:

docker run -it --rm -p 8080:80 nginx

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iptables两种负载均衡策略

随机:random

// DNAT 转换
iptables -A PREROUTING -t nat -p tcp  --dport 12000 -m statistic --mode random --probability 0.5 -j DNAT --to-destination 192.168.113.100:8080
iptables -A PREROUTING -t nat -p tcp  --dport 12000 -j DNAT --to-destination 192.168.113.99:8080
// SNAT 转换
iptables -t nat -I POSTROUTING -p tcp -d 192.168.113.100 --dport 8080 -j SNAT --to-source 192.168.113.101
iptables -t nat -I POSTROUTING -p tcp -d 192.168.113.99 --dport 8080 -j SNAT --to-source 192.168.113.101

由于有两个后端服务，做DNAT时第一个ip --probability 0.5 指定了50%的命中概率，没有命中第一条的概率也是50%，当没有命中第一条时就走到了第二条，所以两个服务被访问的概率都是50%。

轮训:nth

// DNAT 转换
iptables -A PREROUTING -t nat -p tcp  --dport 12000 -m statistic --mode nth --every 2 --packet 0 -j DNAT --to-destination 192.168.113.100:8080
iptables -A PREROUTING -t nat -p tcp  --dport 12000  -j DNAT --to-destination 192.168.113.99:8080
// SNAT 转换
iptables -t nat -I POSTROUTING -p tcp -d 192.168.113.100 --dport 8080 -j SNAT --to-source 192.168.113.101
iptables -t nat -I POSTROUTING -p tcp -d 192.168.113.99 --dport 8080 -j SNAT --to-source 192.168.113.101

轮训算法中有两个参数 :n 指每n个包，p 指第p个包。第一条规则指每2个包，第一个包走第一条规则，那第二个包就走第二条规则了。

总结:基于iptables的这两种方式，很容易实现四层网络代理转发，但是基于iptables做四层转发是单点的，挂了就GG了，所以业界最主流的玩法是lvs+keepalived做四层代理转发。而且lvs的性能比iptables更高。

前面我们对iptables做的操作都是直接在默认的5个链上操作的，一台服务器上可能有很多个iptables规则，如果全部放一块修改一处可能会对其他的有影响，而iptables支持自定义链，这时候我们把相同类型的规则全部放到同一个链中，便于维护。k8s和docker中就定义了好几个链。

// 创建一个mysql的自定义链
iptables -t filter -N MYSQL
// mysql 的链中只允许 192.168.113.99 的ip访问，其余全部reject掉
iptables -t filter -I MYSQL -s 192.168.113.99 -j ACCEPT
iptables -t filter -A MYSQL -j REJECT
// 将mysql的链添加到filter表的INPUT链中
iptables -t filter -I INPUT -p tcp --dport 3306 -j MYSQL

自定义链规则如下:

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参考文档:

https://scalingo.com/blog/iptables.html
https://www.zsythink.net/archives/1625
https://www.zsythink.net/archives/1199

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