网络地址转换（NAT）之报文跟踪

这是有关网络地址转换network address translation（NAT）的系列文章中的第一篇。这一部分将展示如何使用 iptables/nftables 报文跟踪功能来定位 NAT 相关的连接问题。

引言

网络地址转换（NAT）是一种将容器或虚拟机暴露在互联网中的一种方式。传入的连接请求将其目标地址改写为另一个地址，随后被路由到容器或虚拟机。相同的技术也可用于负载均衡，即传入的连接被分散到不同的服务器上去。

当网络地址转换没有按预期工作时，连接请求将失败，会暴露错误的服务，连接最终出现在错误的容器中，或者请求超时，等等。调试此类问题的一种方法是检查传入请求是否与预期或已配置的转换相匹配。

连接跟踪

NAT 不仅仅是修改 IP 地址或端口号。例如，在将地址 X 映射到 Y 时，无需添加新规则来执行反向转换。一个被称为 “conntrack” 的 netfilter 系统可以识别已有连接的回复报文。每个连接都在 conntrack 系统中有自己的 NAT 状态。反向转换是自动完成的。

规则匹配跟踪

nftables 工具（以及在较小的程度上，iptables）允许针对某个报文检查其处理方式以及该报文匹配规则集合中的哪条规则。为了使用这项特殊的功能，可在合适的位置插入“跟踪规则”。这些规则会选择被跟踪的报文。假设一个来自 IP 地址 C 的主机正在访问一个 IP 地址是 S 以及端口是 P 的服务。我们想知道报文匹配了哪条 NAT 转换规则，系统检查了哪些规则，以及报文是否在哪里被丢弃了。

由于我们要处理的是传入连接，所以我们将规则添加到 prerouting 钩子上。prerouting 意味着内核尚未决定将报文发往何处。修改目标地址通常会使报文被系统转发，而不是由主机自身处理。

初始配置

# nft 'add table inet trace_debug'
# nft 'add chain inet trace_debug trace_pre { type filter hook prerouting priority -200000; }'
# nft "insert rule inet trace_debug trace_pre ip saddr $C ip daddr $S tcp dport $P tcp flags syn limit rate 1/second meta nftrace set 1"

# iptables -t raw -I PREROUTING -s $C -d $S -p tcp --tcp-flags SYN SYN --dport $P -m limit --limit 1/s -j TRACE

# nft monitor trace

trace id f0f627 ip raw prerouting packet: iif "veth0" ether saddr ..

# iptables --version
iptables v1.8.5 (legacy)

# xtables-monitor --trace

nft "insert rule inet trace_debug trace_pre ip daddr 10.1.2.3 tcp dport 1222 tcp flags syn limit rate 6/minute meta nftrace set 1"