Linux上的NAT与iptables

谈起Linux上的NAT，大多数人会跟你提到iptables。原因是因为iptables是目前在linux上实现NAT的一个非常好的接口。它通过和内核级直接操作网络包，效率和稳定性都非常高。这里简单列举一些NAT相关的iptables实例命令，可能对于大多数实现有多帮助。

这里说明一下，为了节省篇幅，这里把准备工作的命令略去了，仅仅列出核心步骤命令，所以如果你单单执行这些没有实现功能的话，很可能由于准备工作没有做好。如果你对整个命令细节感兴趣的话，可以直接访问我的《如何让你的Linux网关更强大》系列文章，其中对于各个脚本有详细的说明和描述。

# 案例1：实现网关的MASQUERADE

# 具体功能：内网网卡是eth1，外网eth0，使得内网指定本服务做网关可以访问外网

EXTERNAL="eth0"

INTERNAL="eth1"

# 这一步开启ip转发支持，这是NAT实现的前提

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

iptables -t nat -A POSTROUTING -o $EXTERNAL -j MASQUERADE

# 案例2：实现网关的简单端口映射

# 具体功能：实现外网通过访问网关的外部ip:80，可以直接达到访问私有网络内的一台主机192.168.1.10:80效果

LOCAL_EX_IP=11.22.33.44 #设定网关的外网卡ip，对于多ip情况，参考《如何让你的Linux网关更强大》系列文章

LOCAL_IN_IP=192.168.1.1 #设定网关的内网卡ip

INTERNAL="eth1" #设定内网卡

# 这一步开启ip转发支持，这是NAT实现的前提

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

# 加载需要的ip模块，下面两个是ftp相关的模块，如果有其他特殊需求，也需要加进来

modprobe ip_conntrack_ftp

modprobe ip_nat_ftp

# 这一步实现目标地址指向网关外部ip:80的访问都吧目标地址改成192.168.1.10:80

iptables -t nat -A PREROUTING -d $LOCAL_EX_IP -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.1.10

# 这一步实现把目标地址指向192.168.1.10:80的数据包的源地址改成网关自己的本地ip，这里是192.168.1.1

iptables -t nat -A POSTROUTING -d 192.168.1.10 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to $LOCAL_IN_IP

# 在FORWARD链上添加到192.168.1.10:80的允许，否则不能实现转发

iptables -A FORWARD -o $INTERNAL -d 192.168.1.10 -p tcp --dport 80 -j ACCEPT

# 通过上面重要的三句话之后，实现的效果是，通过网关的外网ip:80访问，全部转发到内网的192.168.1.10:80端口，实现典型的端口映射

# 特别注意，所有被转发过的数据都是源地址是网关内网ip的数据包，所以192.168.1.10上看到的所有访问都好像是网关发过来的一样，而看不到外部ip

# 一个重要的思想：数据包根据“从哪里来，回哪里去”的策略来走，所以不必担心回头数据的问题

# 现在还有一个问题，网关自己访问自己的外网ip:80，是不会被NAT到192.168.1.10的，这不是一个严重的问题，但让人很不爽，解决的方法如下：

iptables -t nat -A OUTPUT -d $LOCAL_EX_IP -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.1.10

获取系统中的NAT信息和诊断错误

了解/proc目录的意义

在Linux系统中，/proc是一个特殊的目录，proc文件系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间。它包含当前系统的一些参数（variables）和状态（status）情况。它以文件系统的方式为访问系统内核数据的操作提供接口

通过/proc可以了解到系统当前的一些重要信息，包括磁盘使用情况，内存使用状况，硬件信息，网络使用情况等等，很多系统监控工具（如HotSaNIC）都通过/proc目录获取系统数据。

另一方面通过直接操作/proc中的参数可以实现系统内核参数的调节，比如是否允许ip转发，syn-cookie是否打开，tcp超时时间等。

获得参数的方式：

第一种：cat /proc/xxx/xxx，如 cat /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter

第二种：sysctl xxx.xxx.xxx，如 sysctl net.ipv4.conf.all.rp_filter

改变参数的方式：

第一种：echo value > /proc/xxx/xxx，如 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter

第二种：sysctl [-w] variable=value，如 sysctl [-w] net.ipv4.conf.all.rp_filter=1

以上设定系统参数的方式只对当前系统有效，重起系统就没了，想要保存下来，需要写入/etc/sysctl.conf文件中

通过执行 man 5 proc可以获得一些关于proc目录的介绍

查看系统中的NAT情况

和NAT相关的系统变量

/proc/slabinfo：内核缓存使用情况统计信息（Kernel slab allocator statistics）

/proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max：系统支持的最大ipv4连接数，默认65536（事实上这也是理论最大值）

/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_conntrack_tcp_timeout_established 已建立的tcp连接的超时时间，默认432000，也就是5天

和NAT相关的状态值

/proc/net/ip_conntrack：当前的前被跟踪的连接状况，nat翻译表就在这里体现（对于一个网关为主要功能的Linux主机，里面大部分信息是NAT翻译表）

/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range：本地开放端口范围，这个范围同样会间接限制NAT表规模

# 1. 查看当前系统支持的最大连接数

cat /proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max

# 值：默认65536，同时这个值和你的内存大小有关，如果内存128M，这个值最大8192，1G以上内存这个值都是默认65536

# 影响：这个值决定了你作为NAT网关的工作能力上限，所有局域网内通过这台网关对外的连接都将占用一个连接，如果这个值太低，将会影响吞吐量

# 2. 查看tcp连接超时时间

cat /proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_conntrack_tcp_timeout_established

# 值：默认432000（秒），也就是5天

# 影响：这个值过大将导致一些可能已经不用的连接常驻于内存中，占用大量链接资源，从而可能导致NAT ip_conntrack: table full的问题

# 建议：对于NAT负载相对本机的 NAT表大小很紧张的时候，可能需要考虑缩小这个值，以尽早清除连接，保证有可用的连接资源；如果不紧张，不必修改

# 3. 查看NAT表使用情况（判断NAT表资源是否紧张）

# 执行下面的命令可以查看你的网关中NAT表情况

cat /proc/net/ip_conntrack

# 4. 查看本地开放端口的范围

cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

# 返回两个值，最小值和最大值

# 下面的命令帮你明确一下NAT表的规模

wc -l /proc/net/ip_conntrack

#或者

grep ip_conntrack /proc/slabinfo | grep -v expect | awk '{print $1 ',' $2;}'

# 下面的命令帮你明确可用的NAT表项，如果这个值比较大，那就说明NAT表资源不紧张

grep ip_conntrack /proc/slabinfo | grep -v expect | awk '{print $1 ',' $3;}'

# 下面的命令帮你统计NAT表中占用端口最多的几个ip，很有可能这些家伙再做一些bt的事情，嗯bt的事情:-)

# 上面这个命令有点瑕疵cut -d' ' -f10会因为命令输出有些行缺项而造成统计偏差，下面给出一个正确的写法：