[转帖]iptables的状态检测机制
1.什么是状态检测每个网络连接包括以下信息：源地址、目的地址、源端口和目的端口，叫作套接字对(socket pairs)；协议类型、连接状态(tcp协议)和超时时间等。防火墙把这些信息叫作状态(stateful)，能够检测每个连接状态的防火墙叫作状态包过滤防火墙。它除了能够完成简单包过滤防火墙的包过滤工作外，还在自己的内存中维护一个跟踪连接状态的表，比简单包过滤防火墙具有更大的安全性。
iptables中的状态检测功能是由state选项来实现的。对这个选项，在iptables的手册页中有以下描述：
state
这个模块能够跟踪分组的连接状态(即状态检测)。
--state state
这里，state是一个用逗号分割的列表，表示要匹配的连接状态。有效的状态选项包括：invaild，表示分组对应的连接是未知的；established，表示分组对应的连接已经进行了双向的分组传输，也就是说连接已经建立；new，表示这个分组需要发起一个连接，或者说，分组对应的连接在两个方向上都没有进行过分组传输；related，表示分组要发起一个新的连接，但是这个连接和一个现有的连接有关，例如：ftp的数据传输连接和控制连接之间就是related关系。
对于本地产生分组，在prerouting或者output链中都可以对连接的状态进行跟踪。在进行状态检测之前，需要重组分组的分片。这就是为什么在iptables中不再使用ipchains的ip_always_defrag开关。
udp和tcp连接的状态表由/proc/net/ip_conntrack进行维护。稍后我们再介绍它的内容。
状态表能够保存的最大连接数保存在/proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max中。它取决于硬件的物理内存。
2.iptables的状态检测是如何工作的？
2.1.iptables概述
在讨论iptables状态检测之前，我们先大体看一下整个netfilter框架。如果要在两个网络接口之间转发一个分组，这个分组将以以下的顺序接收规则链的检查：
prerouting链
如果必要对这个分组进行目的网络地址转换(dnat)和mangle处理。同时，iptables的状态检测机制将重组分组，并且以以下某种方式跟踪其状态：
分组是否匹配状态表中的一个已经实现(established)的连接。
它是否是和状态表中某个udp/tcp连接相关(related)的一个icmp分组。
这个分组是否要发起一个新(new)的连接。
如果分组和任何连接无关，就被认为是无效(invalid)的。
forward链
把分组的状态和过滤表中的规则进行匹配，如果分组与所有的规则都无法匹配，就使用默认的策略进行处理。
postrouting链
如果有必要，就对分组进行源网络地址转换(snat)，
注意：所有的分组都必须和过滤表的规则进行比较。如果你修改了规则，要拒绝所有的网络流量，那么即使分组的状态匹配状态表中的一个established条目，也将被拒绝。
下面，我们对udp、tcp和icmp三个协议分别进行分析。
2.2.udp连接
udp(用户数据包协议)是一种无状态协议，以为这个协议没有序列号。不过，这并不意味着我们不能跟踪udp连接。虽然没有序列号，但是我们还可以使用其它的一些信息跟踪udp连接的状态。下面是状态表中关于udp连接的条目：
udp 17 19 src=192.168.1.2 dst=192.168.1.50 sport=1032 dport=53 src=192.168.1.50 dst=192.168.1.2 sport=53 dport=1032 use=1
这个状态表项只有在iptables过滤规则允许建立新的连接时，才能建立。以下的规则可以产生这类状态表项，这两条规则只允许向外的udp连接：
iptables -a input -p udp -m state --state established -j accept
iptables -a output -p udp -m state --state new,established -j accept
上面的状态表项包含如下信息：
连接的协议是udp(ip协议号17)。
这个状态表项还有19秒中就超时。
发起连接方向上的源、目的地址和源、目的端口。
应答方向上的源、目的地址和源、目的端口。这个连接使用unreplied标记，表示还没有收到应答。
udp连接的超时时间在/usr/src/linux/net/ipv4/netfilter/ip_conntrack_proto_udp.c文件中设置，如果改变了这个值，需要重新编译linux内核源代码才能生效。下面是udp连接超时时间的相关的源代码：
#define udp_timeout (30*hz)
#define udp_stream_timeout (180*hz)
一个udp请求等待应答的时间是30*hz(这个值一般是30秒)。在上面的例子中，等待的时间已经消耗了11秒，还剩余19秒，如果在这段时间之内没有收到应答分组，这个表项就会被删除。一旦收到了应答，这个值就被重置为30，unreplied标志也被删除。这个表项编程如下形式：
udp 17 28 src=192.168.1.2 dst=192.168.1.50 sport=1032 dport=53 src=192.168.1.50 dst=192.168.1.2 sport=53 dport=1032 use=1
如果在这一对源、目的地址和源、目的端口上，发生了多个请求和应答，这个表项就作为一个数据流表项，它的超时时间是180秒。这种情况下，这个表项就变成如下形式：
udp 17 177 src=192.168.1.2 dst=192.168.1.50 sport=1032 dport=53 src=192.168.1.50 dst=192.168.1.2 sport=53 dport=1032 use=1
这时我们看到这个表项使用assured标志。一旦连接表项使用assured标志，那么即使在网络负沉重的情况下，也不会被丢弃。如果状态表已经饱和，当新的连接到达时，使用unreplied标志的表项会受被丢弃。
2.3.tcp连接
一个tcp连接是通过三次握手的方式完成的。首先，客户程序发出一个同步请求(发出一个syn分组)；接着，服务器端回应一个syn|ack分组；最后返回一个ack分组，连接完成。整个过程如下所示：
client server
syn --->
<--- syn+ack
ack --->
<--- ack
ack --->
.........
.........
syn和ack是由tcp分组头的标志决定的。在每个tcp分组头还有32位的序列号和应答号用于跟踪会话。
为了跟踪一个tcp连接的状态，你需要使用下面这样的规则：
iptables -a input -p tcp -m state --state established -j accept
iptables -a output -p tcp -m state --state new,established -j accept
2.3.1.连接建立过程中状态表的变化
下面，我们详细讨论在连接建立的每个阶段中，状态表发生的变化：
一旦一个初始syn分组进入output链，并且输出规则允许这个分组建立一个新的连接，状态表的相关表项将如下所示：
cp 6 119 syn_sent src=140.208.5.62 dst=207.46.230.218 sport=1311 dport=80 src=207.46.230.218 dst=140.208.5.62 sport=80 dport=1311 use=1
其中，tcp连接状态是syn_sent，连接被标记为unreplied。
现在，我们等待syn+ack分组的响应。一旦得到响应，这个tcp连接表项就变为：
tcp 6 57 syn_recv src=140.208.5.62 dst=207.46.230.218 sport=1311 dport=80 src=207.46.230.218 dst=140.208.5.62 sport=80 dport=1311 use=1
连接的状态变为syn_recv，unreplied标志被清除。
现在我们需要等待完成握手的ack分组。ack分组到达后，我们首先对其序列号进行一些检查，如果正确，就把这个连接的状态变为established，并且使用assured标记这个连接。这时，这个连接的状态如下所示：
cp 6 431995 established src=140.208.5.62 dst=207.46.230.218 sport=1311 dport=80 src=207.46.230.218 dst=140.208.5.62 sport=80 dport=1311 use=1
2.3.2.透视状态表
上面，我们涉及了很多cp连接的状态。现在，我们分析一下tcp连接的状态检测。实际上，状态表只知道new、established、related和invalid。
要注意：状态检测的状态不等于tcp状态。当一个syn分组的响应syn+ack分组到达，netfilter的状态检测模块就会认为连接已经建立。但是，这时还没有完成三次握手，因此tcp连接还没有建立。
另外，包过滤规则不能删除状态表中的表项，只有连接超时，对应的状态表项才会被删除。ack分组能够建立一个new状态表项。向防火墙之后一台并不存在主机发送ack分组，并不会返回rst分组，可以证明这个结论。因此，你需要使用以下的规则明确新的tcp连接应该是syn分组建立的：
iptables -a input -p tcp !--syn -m state --state new -j drop
这样可以阻止空会话的继续进行。
2.3.3.超时
所谓状态表项的超时值是指每个表项存在的最大时间，这些超时值的大小在/usr/src/linux/net/ipv4/netfilter/ip_conntrack_proto_tcp.c文件中设置。以下是相关的代码：
static unsigned long tcp_timeouts[]
= { 30 mins, /* tcp_conntrack_none, */
5 days, /* tcp_conntrack_established, */
2 mins, /* tcp_conntrack_syn_sent, */
60 secs, /* tcp_conntrack_syn_recv, */
2 mins, /* tcp_conntrack_fin_wait, */
2 mins, /* tcp_conntrack_time_wait, */
10 secs, /* tcp_conntrack_close, */
60 secs, /* tcp_conntrack
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