考虑一种网络拓扑应用情景，一个内部局域网中有多台服务器提供不同的服务，如web服务、FTP服务、ssh、telnet等，通过服务器(或网关、防火墙)连接外部网络，如果外部网络上的主机需要访问这些服务器，则需要在网关上实现转发。

再转述成另一种应用场合，多台设备连接到一台服务器，服务器有2个网卡，分别连接内外网。外网无法直接访问设备上的数据、服务。在服务器上实现转发后，则可达到目的。
网络拓扑如下：

比如，可以通过服务器的8081端口访问1号设备的web服务，8082端口访问2号设备web，这样可以在外部网络对内网设备进行参数配置、调整。类似地，通过2321访问1号设备的telnet服务，2322访问2号设备telnet，以方便登陆设备系统，进行设备状态监控，日志处理，等等。
本文将直接引用此网络拓扑图中的名称及IP地址。实际使用配置根据实际情况修改。另外说明一下，不必拘泥于本文给出的名称。像拓扑图中的“设备”，可以使用一台安装linux的服务器替换。其它的类似。

一、原理

在Linux系统使用iptables实现防火墙、数据转发等功能。iptables有不同的表(tables)，每个tables有不同的链(chain)，每条chain有一个或多个规则(rule)。本文利用NAT(network address translation，网络地址转换)表来实现数据包的转发。iptables命令要用-t来指定表，如果没有指明，则使用系统缺省的表“filter”。所以使用NAT的时候，就要用“-t nat”选项了。
NAT表有三条缺省的链，它们分别是PREROUTING、POSTROUTING和OUTPUT。
先给出NAT结构，如下图：

PREROUTING：在数据包传入时，就进到PREROUTIING链。该链执行的是修改数据包内的目的IP地址，即DNAT（变更目的IP地址）。 PREROUTING只能进行DNAT。因为进行了DNAT，才能在路由表中做判断，决定送到本地或其它网口。
POSTROUTING：相对的，在POSTROUTING链后，就传出数据包，该链是整个NAT结构的最末端。执行的是修改数据包的源IP地址，即SNAT。
POSTROUTING只能进行SNAT。
OUTPUT：定义对本地产生的数据包的目的NAT规则。
每个数据包都会依次经过三个不同的机制，首先是PREROUTING(DNAT)，再到路由表，最后到POSTROUTING(SNAT)。下面给出数据包流方向：

文中的网络拓扑图所示的数据包，是从eth0入，eth1出。但是，无论从eth0到eth1，还是从eth1到eth0，均遵守上述的原理。就是说，SNAT和DNAT并没有规定只能在某一个网口(某一侧)。
顺便给出netfilter的完整结构图：

二、实现

首先要在服务器上使能转发，命令如下：

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

根据拓扑图，一一实现不同IP、不同端口的映射，如下命令为一种示例形式：

# 第一台设备的telnet服务
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2321 -j DNAT --to 100.100.100.101:23
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.101 -p tcp --dport 23 -j SNAT --to 100.100.100.44
# 第二台设备的telnet服务
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2322 -j DNAT --to 100.100.100.102:23
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.102 -p tcp --dport 23 -j SNAT --to 100.100.100.44

# 第一台设备的web服务
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8081 -j DNAT --to 100.100.100.101:80
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.101 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to 100.100.100.44
# 第二台设备的web服务
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8082 -j DNAT --to 100.100.100.102:80
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.102 -p tcp --dport 80 -j SNAT --to 100.100.100.44

以第一台设备转发命令为例，用白话解释一下。
第一条是PREROUTING链，只能进行DNAT，该命令对从eth0进入且目的IP为172.18.44.44(注：可以用-s指明数据包来源地址，但这时无法知道来源IP是多少，虽然可以用网段的做法，但用-d则指定必须一定唯一的是本机的eth0地址，相对好一点)，端口号为2321的数据包进行目的地址更改，更改为100.100.100.101，端口为23，亦即此包的目的地为第一台设备的telnet服务。
第二条是POSTROUTING链，只能进行SNAT，即对先前已经DNAT过的数据包修改源IP地址。
这样，这个数据包达到第一台设备时，源IP地址、目的IP地址，均为100.100.100.0/24网段了。
上述命令的SNAT有些冗余，可以做简化，命令如下：

# 第一台设备的telnet、web服务
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2321 -j DNAT --to 100.100.100.101:23
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8081 -j DNAT --to 100.100.100.101:80
# 第二台设备的telnet、web服务
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 2322 -j DNAT --to 100.100.100.102:23
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -d 172.18.44.44 -p tcp --dport 8082 -j DNAT --to 100.100.100.102:80
# 源IP地址SNAT
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth1 -d 100.100.100.0/24 -j SNAT --to 100.100.100.44

实际中使用的命令可能还有变化(简化)，本文不再展示。

三、测试

为了保证文中所述的正确性，本节列出操作结果，以及实验过程的信息。
服务器(网关)上的路由表如下：

root@latelee:test# route
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
100.100.100.0   *               255.255.255.0   U     0      0        0 eth1
172.18.0.0      *               255.255.0.0     U     0      0        0 eth0

可以看到服务器上有2个网卡，网段都不相同。(注：此处没有设置默认网关，下一篇文章将需默认网关)
iptables的NAT表如下：

root@latelee:~# iptables -L -t nat
Chain PREROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         
DNAT       tcp  --  anywhere             172.18.44.44         tcp dpt:2324 to:100.100.100.101:23

Chain INPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         

Chain OUTPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         

Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         
SNAT       all  --  anywhere             100.100.100.0/24     to:100.100.100.44

可以看到，PREROUTING和POSTROUTING各有一条规则，这些规则由上文命令所产生。
对应的，在第一号设备上查看路由信息，如下：

root@latelee:~# route
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
100.100.100.0 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0
172.18.0.0 255.255.0.0 U 0 0 0 eth1
default 100.100.100.44 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0

可以看到这台设备有2个网卡，默认网关为服务器的IP地址。但是，其中一个网卡eth1竟然和PC所在网段相同！如果没有进行源IP地址修改(伪装)，会匹配到eth1这个网口，无法匹配eth0。
在外网的PC上对设备进行telnet，设备抓包信息如下：

IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.2323: Flags [P.], seq 1:4, ack 16, win 256, length 3
IP 100.100.100.101.2323 > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 16:19, ack 4, win 2190, length 3
IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.2323: Flags [P.], seq 4:25, ack 19, win 256, length 21
IP 100.100.100.101.2323 > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 19:34, ack 25, win 2190, length 15

可见，所有包的IP段都相同。
在服务器上对内网eth1进行抓包，由于进行了DNAT和SNAT，此网卡数据包IP地址还是100.100.100.0/24网段，如下：

IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.telnet: Flags [.], ack 1, win 256, length 0
IP 100.100.100.101.telnet > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 1:16, ack 1, win 2190, length 15
IP 100.100.100.44.32253 > 100.100.100.101.telnet: Flags [P.], seq 1:4, ack 16, win 256, length 3
IP 100.100.100.101.telnet > 100.100.100.44.32253: Flags [P.], seq 16:19, ack 4, win 2190, length 3

但是，在服务器eth0抓包，将会是172.18.0.0/16的网段数据包：

IP 172.18.44.142.32253 > 172.18.44.44.2324: Flags [P.], seq 18:20, ack 154, win 255, length 2
IP 172.18.44.44.2324 > 172.18.44.142.32253: Flags [P.], seq 154:156, ack 20, win 2190, length 2
IP 172.18.44.44.2324 > 172.18.44.142.32253: Flags [F.], seq 156, ack 20, win 2190, length 0
IP 172.18.44.142.32253 > 172.18.44.44.2324: Flags [.], ack 157, win 255, length 0
IP 172.18.44.142.32253 > 172.18.44.44.2324: Flags [F.], seq 20, ack 157, win 255, length 0
IP 172.18.44.44.2324 > 172.18.44.142.32253: Flags [.], ack 21, win 2190, length 0

从抓包分析，本文所用命令已经能正确进行DNAT和SNAT了。

四、其它

本文使用的网络拓扑图中有多台设备，故只有使用特定端口转发，但如果转发的只有一台设备的话，在iptables命令中就无须指定端口，从而简化命令。
参考资料：
《Linux网络安全技术与实现》

李迟 2016.9.25 周日