TTL操作用来改变数据包的生存时间域，我们可以让所有数据包只有一个特殊的TTL。它的存在有一个很好的理由，那就是我们可以欺骗一些ISP。为什么要欺骗他们呢？因为他们不愿意让我们共享一个连接。那些ISP会查找一台单独的计算机是否使用不同的TTL，并且以此作为判断连接是否被共享的标志。
MARK用来给包设置特殊的标记。iproute2能识别这些标记，并根据不同的标记（或没有标记）决定不同的路由。用这些标记我们可以做带宽限制和基于请求的分类。
3.3. nat 表
此表仅用于NAT，也就是转换包的源或目标地址。注意，就象我们前面说过的，只有流的第一个包会被这个链匹配，其后的包会自动被做相同的处理。实际的操作分为以下几类：
*
DNAT
*
SNAT
*
MASQUERADE
DNAT操作主要用在这样一种情况，你有一个合法的IP地址，要把对防火墙的访问重定向到其他的机子上（比如DMZ）。也就是说，我们改变的是目的地址，以使包能重路由到某台主机。
SNAT改变包的源地址，这在极大程度上可以隐藏你的本地网络或者DMZ等。一个很好的例子是我们知道防火墙的外部地址，但必须用这个地址替换本地网络地址。有了这个操作，防火墙就能自动地对包做SNAT和De-SNAT(就是反向的SNAT),以使LAN能连接到Internet。如果使用类似 192.168.0.0/24这样的地址，是不会从Internet得到任何回应的。因为IANA定义这些网络（还有其他的）为私有的，只能用于LAN内部。
MASQUERADE的作用和MASQUERADE完全一样，只是计算机的负荷稍微多一点。因为对每个匹配的包，MASQUERADE都要查找可用的IP地址，而不象SNAT用的IP地址是配置好的。当然，这也有好处，就是我们可以使用通过PPP、 PPPOE、SLIP等拨号得到的地址，这些地址可是由ISP的DHCP随机分配的。
3.4. Filter 表
filter 表用来过滤数据包，我们可以在任何时候匹配包并过滤它们。我们就是在这里根据包的内容对包做DROP或ACCEPT的。当然，我们也可以预先在其他地方做些过滤，但是这个表才是设计用来过滤的。几乎所有的target都可以在这儿使用。大量具体的介绍在后面，现在你只要知道过滤工作主要是在这儿完成的就行了。
Chapter 4. 状态机制
本章将详细介绍状态机制。通读本章，你会对状态机制是如何工作的有一个全面的了解。我们用一些例子来进行说明状态机制。实践出真知嘛。
4.1. 概述
状态机制是iptables中特殊的一部分，其实它不应该叫状态机制，因为它只是一种连接跟踪机制。但是，很多人都认可状态机制这个名字。文中我也或多或或少地用这个名字来表示和连接跟踪相同的意思。这不应该引起什么混乱的。连接跟踪可以让Netfilter知道某个特定连接的状态。运行连接跟踪的防火墙称作带有状态机制的防火墙，以下简称为状态防火墙。状态防火墙比非状态防火墙要安全，因为它允许我们编写更严密的规则。
在iptables里，包是和被跟踪连接的四种不同状态有关的。它们是NEW，ESTABLISHED，RELATED和INVALID。后面我们会深入地讨论每一个状态。使用--state匹配操作，我们能很容易地控制 “谁或什么能发起新的会话”。
所有在内核中由Netfilter的特定框架做的连接跟踪称作conntrack（译者注：就是connection tracking 的首字母缩写）。conntrack可以作为模块安装，也可以作为内核的一部分。大部分情况下，我们想要，也需要更详细的连接跟踪，这是相比于缺省的 conntrack而言。也因为此，conntrack中有许多用来处理TCP， UDP或ICMP协议的部件。这些模块从数据包中提取详细的、唯一的信息，因此能保持对每一个数据流的跟踪。这些信息也告知conntrack流当前的状态。例如，UDP流一般由他们的目的地址、源地址、目的端口和源端口唯一确定。
在以前的内核里，我们可以打开或关闭重组功能。然而，自从iptables和Netfilter，尤其是连接跟踪被引入内核，这个选项就被取消了。因为没有包的重组，连接跟踪就不能正常工作。现在重组已经整合入 conntrack，并且在conntrack启动时自动启动。不要关闭重组功能，除非你要关闭连接跟踪。
除了本地产生的包由OUTPUT链处理外，所有连接跟踪都是在PREROUTING链里进行处理的，意思就是， iptables会在PREROUTING链里从新计算所有的状态。如果我们发送一个流的初始化包，状态就会在OUTPUT链里被设置为NEW，当我们收到回应的包时，状态就会在PREROUTING链里被设置为ESTABLISHED。如果第一个包不是本地产生的，那就会在PREROUTING链里被设置为NEW状态。综上，所有状态的改变和计算都是在nat表中的PREROUTING链和OUTPUT链里完成的。
4.2. conntrack记录
我们先来看看怎样阅读/proc/net/ip_conntrack里的conntrack记录。这些记录表示的是当前被跟踪的连接。如果安装了ip_conntrack模块，cat /proc/net/ip_conntrack 的显示类似：
tcp 6 117 SYN_SENT src=192.168.1.6 dst=192.168.1.9 sport=32775 \
dport=22 [UNREPLIED] src=192.168.1.9 dst=192.168.1.6 sport=22 \
dport=32775 use=2
conntrack模块维护的所有信息都包含在这个例子中了，通过它们就可以知道某个特定的连接处于什么状态。首先显示的是协议，这里是tcp，接着是十进制的6（译者注：tcp的协议类型代码是6）。之后的117是这条conntrack记录的生存时间，它会有规律地被消耗，直到收到这个连接的更多的包。那时，这个值就会被设为当时那个状态的缺省值。接下来的是这个连接在当前时间点的状态。上面的例子说明这个包处在状态 SYN_SENT，这个值是iptables显示的，以便我们好理解，而内部用的值稍有不同。SYN_SENT说明我们正在观察的这个连接只在一个方向发送了一TCP SYN包。再下面是源地址、目的地址、源端口和目的端口。其中有个特殊的词UNREPLIED，说明这个连接还没有收到任何回应。最后，是希望接收的应答包的信息，他们的地址和端口和前面是相反的。
连接跟踪记录的信息依据IP所包含的协议不同而不同，所有相应的值都是在头文件linux/include/netfilter- ipv4/ip_conntrack*.h中定义的。IP、TCP、UDP、ICMP协议的缺省值是在linux/include/netfilter- ipv4/ip_conntrack.h里定义的。具体的值可以查看相应的协议，但我们这里用不到它们，因为它们大都只在conntrack内部使用。随着状态的改变，生存时间也会改变。
Note
最近patch-o-matic里有一个新的补丁，可以把上面提到的超时时间也作为系统变量，这样我们就能够在系统空闲时改变它们的值。以后，我们就不必为了改变这些值而重编译内核了。
这些可通过/proc/sys/net/ipv4/netfilter下的一些特殊的系统调用来改变。仔细看看/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_*里的变量吧。
当一个连接在两个方向上都有传输时，conntrack记录就删除[UNREPLIED]标志，然后重置。在末尾有 [ASSURED]的记录说明两个方向已没有流量。这样的记录是确定的，在连接跟踪表满时，是不会被删除的，没有[ASSURED]的记录就要被删除。连接跟踪表能容纳多少记录是被一个变量控制的，它可由内核中的ip- sysctl函数设置。默认值取决于你的内存大小，128MB可以包含8192条目录，256MB是16376条。你也可以在 /proc/sys/net/ipv4/ip_conntrack_max里查看、设置。
4.3. 数据包在用户空间的状态
就象前面说的，包的状态依据IP所包含的协议不同而不同，但在内核外部，也就是用户空间里，只有4种状态：NEW，ESTABLISHED，RELATED 和INVALID。它们主要是和状态匹配一起使用。下面就简要地介绍以下这几种状态：
Table 4-1. 数据包在用户空间的状态
State（状态） Explanation（注释）
NEW NEW说明这个包是我们看到的第一个包。意思就是，这是conntrack模块看到的某个连接第一个包，它即将被匹配了。比如，我们看到一个SYN 包，是我们所留意的连接的第一个包，就要匹配它。第一个包也可能不是SYN包，但它仍会被认为是NEW状态。这样做有时会导致一些问题，但对某些情况是有非常大的帮助的。例如，在我们想恢复某条从其他的防火墙丢失的连接时，或者某个连接已经超时，但实际上并未关闭时。
ESTABLISHED ESTABLISHED已经注意到两个方向上的数据传输，而且会继续匹配这个连接的包。处于ESTABLISHED状态的连接是非常容易理解的。只要发送并接到应答，连接就是ESTABLISHED的了。一个连接要从NEW变为ESTABLISHED，只需要接到应答包即可，不管这个包是发往防火墙的，还是要由防火墙转发的。ICMP的错误和重定向等信息包也被看作是ESTABLISHED，只要它们是我们所发出的信息的应答。
RELATED RELATED是个比较麻烦的状态。当一个连接和某个已处于ESTABLISHED状态的连接有关系时，就被认为是RELATED的了。换句话说，一个连接要想是RELATED的，首先要有一个ESTABLISHED的连接。这个ESTABLISHED连接再产生一个主连接之外的连接，这个新的连接就是 RELATED的了，当然前提是conntrack模块要能理解RELATED。ftp是个很好的例子，FTP-data 连接就是和FTP-control有RELATED的。还有其他的例子，比如，通过IRC的DCC连接。有了这个状态，ICMP应答、FTP传输、DCC 等才能穿过防火墙正常工作。注意，大部分还有一些UDP协议都依赖这个机制。这些协议是很复杂的，它们把连接信息放在数据包里，并且要求这些信息能被正确理解。
INVALID INVALID说明数据包不能被识别属于哪个连接或没有任何状态。有几个原因可以产生这种情况，比如，内存溢出，收到不知属于哪个连接的ICMP 错误信息。一般地，我们DROP这个状态的任何东西。
这些状态可以一起使用，以便匹配数据包。这可以使我们的防火墙非常强壮和有效。以前，我们经常打开1024以上的所有端口来放行应答的数据。现在，有了状态机制，就不需再这样了。因为我们可以只开放那些有应答数据的端口，其他的都可以关闭。这样就安全多了。
4.4. TCP 连接
本节和下面的几节，我们来详细讨论这些状态，以及在TCP、UDP和ICMP这三种基本的协议里怎样操作它们。当然，也会讨论其他协议的情况。我们还是从TCP入手，因为它本身就是一个带状态的协议，并且具有很多关于iptables状态机制的详细信息。
一个TCP连接是经过三次握手协商连接信息才建立起来的。整个会话由一个SYN包开始，然后是一个 SYN/ACK包，最后是一个ACK包，此时，会话才建立成功，能够发送数据。最大的问题在于连接跟踪怎样控制这个过程。其实非常简单。
默认情况下，连接跟踪基本上对所有的连接类型做同样的操作。看看下面的图片，我们就能明白在连接的不同阶段，流是处于什么状态的。就如你看到的，连接跟踪的代码不是从用户的观点来看待TCP连接建立的流程的。连接跟踪一看到SYN包，就认为这个连接是NEW状态，一看到返回的SYN/ACK包，就认为连接是 ESTABLISHED状态。如果你仔细想想第二步，应该能理解为什么。有了这个特殊处理，NEW和ESTABLISHED包就可以发送出本地网络，且只有ESTABLISHED的连接才能有回应信息。如果把整个建立连接的过程中传输的数据包都看作NEW，那么三次握手所用的包都是NEW状态的，这样我们就不能阻塞从外部到本地网络的连接了。因为即使连接是从外向内的，但它使用的包也是NEW状态的，而且为了其他连接能正常传输，我们不得不允许NEW状态的包返回并进入防火墙。更复杂的是，针对TCP连接内核使用了很多内部状态，它们的定义在 RFC 793 - Transmission Control Protocol的21-23页。但好在我们在用户空间用不到。后面我们会详细地介绍这些内容。
正如你看到的，以用户的观点来看，这是很简单的。但是，从内核的角度看这一块还有点困难的。我们来看一个例子。认真考虑一下在/proc/net/ip_conntrack里，连接的状态是如何改变的。
tcp 6 117 SYN_SENT src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 sport=1031 \
dport=23 [UNREPLIED] src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 sport=23 \
dport=1031 use=1
从上面的记录可以看出，SYN_SENT状态被设置了，这说明连接已经发出一个SYN包，但应答还没发送过来，这可从[UNREPLIED]标志看出。
tcp 6 57 SYN_RECV src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 sport=1031 \
dport=23 src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 sport=23 dport=1031 \
use=1
现在我们已经收到了相应的SYN/ACK包，状态也变为SYN_RECV，这说明最初发出的SYN包已正确传输，并且SYN/ACK包也到达了防火墙。 这就意味着在连接的两方都有数据传输，因此可以认为两个方向都有相应的回应。当然，这是假设的。
tcp 6 431999 ESTABLISHED src=192.168.1.5 dst=192.168.1.35 \
sport=1031 dport=23 src=192.168.1.35 dst=192.168.1.5 \
sport=23 dport=1031 use=1
现在我们发出了三步握手的最后一个包，即ACK包，连接也就进入ESTABLISHED状态了。再传输几个数据包，连接就是[ASSURED]的了。
下面介绍TCP连接在关闭过程中的状态。
如上图，在发出最后一个ACK包之前，连接（指两个方向）是不会关闭的。注意，这只是针对一般的情况。连接也可以通过发送关闭，这用在拒绝一个连接的时候。在RST包发送之后，要经过预先设定的一段时间，连接才能断掉。
连接关闭后，进入TIME_WAIT状态，缺省时间是2分钟。之所以留这个时间，是为了让数据包能完全通过各种规则的检查，也是为了数据包能通过拥挤的路由器，从而到达目的地。
如果连接是被RST包重置的，就直接变为CLOSE了。这意味着在关闭之前只有10秒的默认时间。RST包是不需要确认的，它会直接关闭连接。针对TCP连接，还有其他一些状态我们没有谈到。下面给出一个完整的状态列表和超时值。
Table 4-2. 内部状态
State Timeout value
NONE 30 minutes
ESTABLISHED 5 days
SYN_SENT 2 minutes
SYN_RECV 60 seconds
FIN_WAIT 2 minutes
TIME_WAIT 2 minutes
CLOSE 10 seconds
CLOSE_WAIT 12 hours
LAST_ACK 30 seconds
LISTEN> 2 minutes
这些值不是绝对的，可以随着内核的修订而变化，也可以通过/proc/sys/net/ipv4/netfilter/ip_ct_tcp_*的变量更改。这些默认值都是经过实践检验的。它们的单位是jiffies（百分之一秒），所以3000就代表30秒。
Note
注意状态机制在用户空间里的部分不会查看TCP包的标志位（也就是说TCP标志对它而言是透明的）。如果我们想让NEW状态的包通过防火墙，就要指定NEW状态，我们理解的NEW状态的意思就是指SYN包，可是iptables又不查看这些标志位。这就是问题所在。有些没有设置SYN或ACK的包，也会被看作NEW状态的。这样的包可能会被冗余防火墙用到，但对只有一个防火墙的网络是很不利的（可能会被攻击哦）。那我们怎样才能不受这样的包的影响呢？你可以使用未设置SYN的NEW状态包里的命令。还有一个办法，就是安装patch-o-matic里的tcp-window-tracking扩展功能，它可以使防火墙能根据TCP的一些标志位来进行状态跟踪。
4.5. UDP连接
UDP连接是无状态的，因为它没有任何的连接建立和关闭过程，而且大部分是无序列号的。以某个顺序收到的两个数据包是无法确定它们的发出顺序的。但内核仍然可以对UDP连接设置状态。我们来看看是如何跟踪UDP连接的，以及conntrack的相关记录。
从上图可以看出，以用户的角度考虑，UDP连接的建立几乎与TCP的一样。虽然conntrack信息看起来有点儿不同，但本质上是一样的。下面我们先来看看第一个UDP包发出后的conntrack记录。
udp 17 20 src=192.168.1.2 dst=192.168.1.5 sport=137 dport=1025 \
[UNREPLIED] src=192.168.1.5 dst=192.168.1.2 sport=1025 \
dport=137 use=1
从前两个值可知，这是一个UDP包。第一个是协议名称，第二个是协议号，第三个是此状态的生存时间，默认是30秒。接下来是包的源、目地址和端口，还有期待之中回应包的源、目地址和端口。[UNREPLIED]标记说明还未收到回应。
udp 17 170 src=192.168.1.2 dst=192.168.1.5 sport=137 \
dport=1025 src=192.168.1.5 dst=192.168.1.2 sport=1025 \
dport=137 use=1
一旦收到第一个包的回应，[UNREPLIED]标记就会被删除，连接就被认为是ESTABLISHED的，但在记录里并不显示 ESTABLISHED标记。相应地，状态的超时时间也变为180秒了。在本例中，只剩170秒了，10秒后，就会减少为160秒。有个东西是不可少的，虽然它可能会有些变化，就是前面提过的[ASSURED]。要想变为 [ASSURED]状态，连接上必须要再有些流量。
udp 17 175 src=192.168.1.5 dst=195.22.79.2 sport=1025 \
dport=53 src=195.22.79.2 dst=192.168.1.5 sport=53 \
dport=1025 [ASSURED] use=1
可以看出来，[ASSURED]状态的记录和前面的没有多大差别，除了标记由[UNREPLIED]变成[ASSURED]。如果这个连接持续不了 180秒，那就要被中断。180秒是短了点儿，但对大部分应用足够了。只要遇到这个连接的包穿过防火墙，超时值就会被重置为默认值，所有的状态都是这样的。
4.6. ICMP 连接
ICMP也是一种无状态协议，它只是用来控制而不是建立连接。ICMP包有很多类型，但只有四种类型有应答包，它们是回显请求和应答（Echo request and reply），时间戳请求和应答（Timestamp request and reply），信息请求和应答（Information request and reply），还有地址掩码请求和应答（Address mask request and reply），这些包有两种状态，NEW和ESTABLISHED 。时间戳请求和信息请求已经废除不用了，回显请求还是常用的，比如ping命令就用的到，地址掩码请求不太常用，但是可能有时很有用并且值得使用。看看下面的图，就可以大致了解ICMP连接的NEW和ESTABLISHED状态了。
如图所示，主机向目标发送一个回显请求，防火墙就认为这个包处于NEW状态。目标回应一个回显应答，防火墙就认为包处于ESTABLISHED了。当回显请求被发送时，ip_conntrack里就有这样的记录了：
icmp 1 25 src=192.168.1.6 dst=192.168.1.10 type=8 code=0 \
id=33029 [UNREPLIED] src=192.168.1.10 dst=192.168.1.6 \
type=0 code=0 id=33029 use=1
可以看到，ICMP的记录和TCP、UDP的有点区别，协议名称、超时时间和源、目地址都一样，不同之处在于没有了端口，而新增了三个新的字段： type，code和id。字段type说明ICMP的类型。code说明ICMP的代码，这些代码在附录ICMP类型里有说明。id是ICMP包的 ID。每个ICMP包被发送时都被分配一个ID，接受方把同样的ID 分配给应答包，这样发送方能认出是哪个请求的应答。
