2.4.x的内核相对于2.2.x在IP协议栈部分有比较大的改动， Netfilter-iptables更是其一大特色，由于它功能强大，并且与内核完美结合，因此迅速成为Linux平台下进行网络应用扩展的主要利器，这些扩展不仅包括防火墙的实现--这只是Netfilter-iptables的基本功能--还包括各种报文处理工作（如报文加密、报文分类统计等），甚至还可以借助Netfilter-iptables机制来实现虚拟专用网（VPN）。本文将致力于深入剖析Netfilter-iptables的组织结构，并详细介绍如何对其进行扩展。Netfilter目前已在ARP、IPv4和IPv6中实现，考虑到IPv4是目前网络应用的主流，本文仅就IPv4的Netfilter实现进行分析。

要想理解Netfilter的工作原理，必须从对Linux IP报文处理流程的分析开始，Netfilter正是将自己紧密地构建在这一流程之中的。

1． IP Packet Flowing

IP协议栈是Linux操作系统的主要组成部分，也是Linux的特色之一，素以高效稳定著称。Netfilter与IP协议栈是密切结合在一起的，要想理解Netfilter的工作方式，必须理解IP协议栈是如何对报文进行处理的。下面将通过一个经由IP Tunnel传输的TCP报文的流动路径，简要介绍一下IPv4协议栈（IP层）的结构和报文处理过程。

IP Tunnel是2.0.x内核就已经提供了的虚拟局域网技术，它在内核中建立一个虚拟的网络设备，将正常的报文（第二层）封装在IP报文中，再通过TCP/IP网络进行传送。如果在网关之间建立IP Tunnel，并配合ARP报文的解析，就可以实现虚拟局域网。

我们从报文进入IP Tunnel设备准备发送开始。

1.1报文发送

ipip模块创建tunnel设备（设备名为tunl0~tunlx）时，设置报文发送接口（hard_start_xmit）为ipip_tunnel_xmit()，流程见下图：

图1 报文发送流程

1.2 报文接收

报文接收从网卡驱动程序开始，当网卡收到一个报文时，会产生一个中断，其驱动程序中的中断服务程序将调用确定的接收函数来处理。以下仍以IP Tunnel报文为例，网卡驱动程序为de4x5。流程分成两个阶段：驱动程序中断服务程序阶段和IP协议栈处理阶段，见下图：

图2 报文接收流程之驱动程序阶段

如果报文需要转发，则在上图红箭头所指处调用ip_forward()：

图4 报文转发流程

从上面的流程可以看出，Netfilter以NF_HOOK()的形式出现在报文处理的过程之中。

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2． Netfilter Frame

Netfilter是2.4.x内核引入的，尽管它提供了对2.0.x内核中的ipfw以及2.2.x内核中的ipchains的兼容，但实际上它的工作和意义远不止于此。从上面对IP报文的流程分析中可以看出，Netfilter和IP报文的处理是完全结合在一起的，同时由于其结构相对独立，又是可以完全剥离的。这种机制也是Netfilter-iptables既高效又灵活的保证之一。

在剖析Netfilter机制之前，我们还是由浅入深的从Netfilter的使用开始。

2.1 编译

在Networking Options中选定Network packet filtering项，并将其下的IP：Netfilter Configurations小节的所有选项设为Module模式。编译并安装新内核，然后重启，系统的核内Netfilter就配置好了。以下对相关的内核配置选项稍作解释，也可以参阅编译系统自带的Help：

【Kernel/User netlink socket】建立一类PF_NETLINK套接字族，用于核心与用户进程通信。当Netfilter需要使用用户队列来管理某些报文时就要使用这一机制；

【Network packet filtering (replaces ipchains)】Netfilter主选项，提供Netfilter框架；

【Network packet filtering debugging】Netfilter主选项的分支，支持更详细的Netfilter报告；

【IP: Netfilter Configuration】此节下是netfilter的各种选项的集合：

【Connection tracking (required for masq/NAT)】连接跟踪，用于基于连接的报文处理，比如NAT；

【IP tables support (required for filtering/masq/NAT)】这是Netfilter的框架，NAT等应用的容器；

【ipchains (2.2-style) support】ipchains机制的兼容代码，在新的Netfilter结构上实现了ipchains接口；

【ipfwadm (2.0-style) support】2.0内核防火墙ipfwadm兼容代码，基于新的Netfilter实现。

2.2 总体结构

Netfilter是嵌入内核IP协议栈的一系列调用入口，设置在报文处理的路径上。网络报文按照来源和去向，可以分为三类：流入的、流经的和流出的，其中流入和流经的报文需要经过路由才能区分，而流经和流出的报文则需要经过投递，此外，流经的报文还有一个FORWARD的过程，即从一个NIC转到另一个NIC。Netfilter就是根据网络报文的流向，在以下几个点插入处理过程：

NF_IP_PRE_ROUTING，在报文作路由以前执行；

NF_IP_FORWARD，在报文转向另一个NIC以前执行；

NF_IP_POST_ROUTING，在报文流出以前执行；

NF_IP_LOCAL_IN，在流入本地的报文作路由以后执行；

NF_IP_LOCAL_OUT，在本地报文做流出路由前执行。

如图所示：