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【Linux】iptables 命令详解

backend 2025/5/17 6:35:20

iptables 命令详解：作用与常用参数

1. iptables 的作用

iptables 是 Linux 系统上最常用的 防火墙工具，用于配置内核的 netfilter 包过滤框架，主要功能包括：

包过滤（Packet Filtering）：允许/拒绝网络数据包（如防火墙规则）。
网络地址转换（NAT）：实现 SNAT（源地址转换）、DNAT（目标地址转换）。
端口转发（Port Forwarding）：将外部请求转发到内部服务器。
流量统计（Traffic Accounting）：记录数据包和字节计数。
流量整形（Traffic Shaping）：结合 tc 实现 QoS。

2. iptables 的 5 个关键链（Chains）

iptables 规则基于 表（Tables） 和 链（Chains） 组织，默认有 5 个链：

链名	作用
INPUT	处理进入本机的数据包（如 SSH、HTTP 请求）。
OUTPUT	处理从本机发出的数据包（如 ping、curl 请求）。
FORWARD	处理经过本机路由的数据包（如网关服务器）。
PREROUTING	在路由决策前修改数据包（DNAT、端口转发）。
POSTROUTING	在数据包离开前修改源地址（SNAT、MASQUERADE）。

3. iptables 的 4 个核心表（Tables）

表名	作用
filter	默认表，用于包过滤（允许/拒绝流量）。
nat	用于网络地址转换（NAT）。
mangle	修改数据包内容（如 TTL、TOS）。
raw	绕过连接跟踪（`conntrack`），用于高性能场景。

4. iptables 常用参数

（1）通用参数

参数	作用
`-t <表名>`	指定操作的表（如 `-t nat`、`-t filter`，默认 `filter`）。
`-A <链名>`	追加规则到链尾（如 `-A INPUT`）。
`-I <链名> [规则号]`	插入规则到链首或指定位置（如 `-I INPUT 2`）。
`-D <链名> <规则号>`	删除指定规则（如 `-D INPUT 3`）。
`-L`	列出规则（`-L INPUT` 查看特定链）。
`-F`	清空链中的所有规则（`-F INPUT` 清空 INPUT 链）。
`-P <链名> <动作>`	设置链的默认策略（如 `-P INPUT DROP`）。
`-v`	显示详细信息（如数据包计数 `pkts` 和字节 `bytes`）。
`-n`	禁用 DNS 反向解析，加快输出速度。

（2）规则匹配参数

参数	作用
`-p <协议>`	匹配协议（如 `-p tcp`、`-p udp`、`-p icmp`）。
`--dport <端口>`	匹配目标端口（需配合 `-p tcp/udp`，如 `--dport 80`）。
`--sport <端口>`	匹配源端口（如 `--sport 22`）。
`-s <IP>`	匹配源 IP（如 `-s 192.168.1.100`）。
`-d <IP>`	匹配目标 IP（如 `-d 10.0.0.1`）。
`-i <网卡>`	匹配输入网卡（如 `-i eth0`）。
`-o <网卡>`	匹配输出网卡（如 `-o wlan0`）。
`-m <模块>`	使用扩展模块（如 `-m state --state ESTABLISHED`）。

（3）动作（Target）参数

参数	作用
`-j ACCEPT`	允许数据包通过。
`-j DROP`	丢弃数据包（无响应）。
`-j REJECT`	拒绝数据包（返回 `ICMP` 拒绝消息）。
`-j LOG`	记录日志（`/var/log/messages`）。
`-j DNAT`	目标地址转换（如 `-j DNAT --to-destination 192.168.1.2:80`）。
`-j SNAT`	源地址转换（如 `-j SNAT --to-source 1.2.3.4`）。
`-j MASQUERADE`	动态 SNAT（适用于拨号或 DHCP 获取 IP）。

5. 常用示例

（1）查看规则

iptables -L -n -v          # 查看 filter 表规则（默认）
iptables -t nat -L -n -v   # 查看 nat 表规则
iptables -L INPUT -n -v    # 查看 INPUT 链规则

（2）允许/拒绝流量

iptables -A INPUT -p tcp --dport 22 -j ACCEPT   # 允许 SSH
iptables -A INPUT -p tcp --dport 80 -j DROP    # 拒绝 HTTP
iptables -A INPUT -s 192.168.1.0/24 -j ACCEPT  # 允许局域网访问

（3）NAT 与端口转发

# SNAT（内网机器通过网关访问外网）
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE# DNAT（将外网 80 端口转发到内网 192.168.1.2）
iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.1.2:80

（4）保存与恢复规则

iptables-save > /etc/iptables.rules   # 保存规则
iptables-restore < /etc/iptables.rules # 恢复规则

6. 总结

iptables 核心功能：包过滤、NAT、端口转发、流量统计。
关键表与链：filter、nat、mangle、raw + INPUT/OUTPUT/FORWARD/PREROUTING/POSTROUTING。
高频参数：
- -A（追加规则）、-I（插入规则）、-D（删除规则）。
- -p（协议）、--dport（端口）、-s/-d（IP）。
- -j ACCEPT/DROP/REJECT/DNAT/SNAT。

进阶建议：

学习 nftables（iptables 的下一代替代品）。
使用 fail2ban 动态封禁恶意 IP。
结合 conntrack 监控连接状态。

–

iptables 频繁查询对系统性能的影响及优化建议

引言

频繁执行该命令可能会对系统性能（尤其是 DNS 服务器）造成负面影响

1. iptables -t nat -nvL 的 CPU 开销

1.1 命令执行过程

iptables -t nat -nvL 是一个只读查询命令，主要功能是：

遍历 nat 表的所有规则（DNAT/SNAT 等）。
计算并显示每个规则的 数据包计数（pkts） 和 字节计数（bytes）。

1.2 CPU 资源占用分析

规则遍历开销：
如果 nat 表规则较多（如数千条），每次执行 iptables -nvL 都需要遍历整个规则链，消耗 CPU 时间。
原子计数器读取：
iptables 的 pkts/bytes 计数器是原子变量（atomic），内核需要安全读取这些值，可能触发 CPU 缓存同步（尤其在多核系统上）。

1.3 对 DNS 服务器的影响

DNS 服务器（如 BIND、CoreDNS）通常是 CPU 密集型 服务，依赖快速处理 UDP 查询。如果 iptables -nvL 高频执行（如每秒多次），可能导致：

CPU 时间片争抢：DNS 工作线程的 CPU 时间被 iptables 占用。
查询延迟增加：DNS 响应时间从毫秒级上升，甚至触发客户端超时重试，进一步加剧负载。

示例量化分析：

假设 nat 表有 1000 条规则，单次 iptables -nvL 耗时 5ms。
每秒执行 10 次 → 占用 50ms CPU 时间/秒（约 5% 单核 CPU）。
在 高负载 DNS 服务器 上，额外 5% CPU 占用可能导致 尾延迟（P99）显著上升。

2. iptables 的内核锁竞争问题

2.1 xtables 锁机制

iptables 通过内核的 xt_table 锁（互斥锁） 保护规则表的读写一致性：

读操作（如 iptables -L）和 写操作（如 iptables -A）会竞争同一把锁。
旧版内核（< 5.3）使用全局锁，所有 iptables 操作串行化，即使只是查询也会阻塞规则更新。

2.2 锁竞争对 DNS 的影响

如果 DNS 服务器与 iptables 规则管理运行在同一台机器上，可能出现：

DNS 线程阻塞：
- 当 iptables -nvL 执行时，若后台有脚本修改规则（如 iptables -A），查询线程会被阻塞，直到锁释放。
- 表现：DNS 查询延迟波动（如 P99 从 10ms 升至 100ms）。
极端情况：丢包或超时：
- 若规则更新极频繁（如 Kubernetes kube-proxy 动态调整规则），iptables -L 可能长时间阻塞，甚至导致 DNS 查询超时。

如何检测锁竞争？

# 使用 perf 监控 xtables 锁等待（需内核支持）
perf probe -a 'xt_table_lock'
perf stat -e 'probe:xt_table_lock' -a sleep 10

3. 优化建议

3.1 降低查询频率

避免每秒多次查询，改为 每分钟 1 次 或 仅在需要时执行：

# 示例：Crontab 每分钟记录一次
* * * * * /sbin/iptables -t nat -nvL >> /var/log/iptables-nat.log

3.2 使用更高效的工具

改用 nftables（现代 Linux 默认防火墙，锁机制更高效）：
```
nft list table ip nat  # 替代 iptables -t nat -nvL
```
使用 conntrack 监控连接状态（避免遍历规则）：
```
conntrack -L -j  # 以 JSON 格式显示 NAT 会话
```

3.3 优化系统环境

减少 iptables 规则规模：
- 合并冗余规则，使用 ipset 优化大型规则集。
分离关键服务：
- 将 DNS 服务器与 iptables 管理节点隔离，避免资源竞争。
监控与告警：
- 使用 htop、dstat 观察 CPU 和锁竞争情况：
```
dstat -tc --top-cpu  # 查看 CPU 占用最高的进程
```

4. 总结

问题	影响	解决方案
CPU 占用高	DNS 查询延迟增加，可能超时	降低查询频率，改用 `nftables`
内核锁竞争	DNS 线程阻塞，响应变慢或丢包	减少规则规模，分离 DNS 与防火墙节点
I/O 压力	日志写入冲突，可能耗尽磁盘	限制日志大小，使用 `logrotate`