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在Linux上实现一个可用的stateless双向静态NAT模块
关于Linux上如何配置NAT的资料已经不少，可谓铺天盖地！本文与此无关。本文提供一种iptables之外的方式。
iptables？不！why？因为iptables配置的NAT是stateful的，它的实现依赖一个叫做conntrack的模块，什么是conntrack？Oh，NO！这可是我的专长，但我不想在本文中说它，认识我的人都知道，我扯这个话题我能扯上12个小时...都还扯不完。也许你不知道什么是stateful NAT，但是如果你是一个有心人，或者说是一个技术还算精湛的Linux网络管理员或者爱好者，你肯定在配置NAT的时候遇到过这样那样的问题，比如“在一个连接已经建立的时候再配置NAT为何不能及时生效”，“为什么iptables配置NAT之后数据只能从一个方向主动发往另一个方向”之类的。这就是state在作怪，你知道的，IP是无state的，但是NAT加入了第四层的逻辑之后就有了state，这就是stateful NAT，也就是iptables -t nat ..配置出来的NAT固有的性质，你改变不了。起码我在iptables最新的版本中看到的NAT还是stateful的。有的时候..
有的时候，你可能，你必须...
你必须配置一种stateless的NAT，双向的，静态的。这个问题，唉..
这个问题折腾了我半年，2013年的前9个月，一个让我欢喜让我忧的三个季度，我的精力几乎全部扑在了一件事上，从寒冬到40+摄氏度的高温，从早上6点半出发去上班到半夜10点多还呆在机房...要不是大前天收拾书架时发现了一张当时还没有报销掉的120元的例行加班打车票，我本来不想写这个模块了。120块不算什么，但借此机会回忆往事，顺便补上残缺的那一部分，算是给自己报销了，而且价值远大于120元。我得承认，那三个季度里并不是stateless NAT显得最为重要，我之所以在一年后的今天把它拿出来，是因为其它的问题都被我当时就overcome了，不管花多久，曾经有过72小时惊魂解决conntrack confirm问题，有过由于混乱急躁和陌生女人一起吃烤肉被老婆诈出真相...但是就这个stateless NAT始终没有解决，没有解决，这是why？
我做的是一个产品而不是个人试验，我所在的是一个公司的团队而不是干私活儿，所有使用的技术必须经过技术预研，确保可行性，更重要的是，要保证所有人处在一样的节奏，也许是并行，大的旋律却始终是个一，这是在玩卡农啊。我不能加入一些个人色彩，比如个人的突发奇想(日后我坦白，这一点我做的不好！)，如果非要加入，那么必须有下面这么一个过程：
把领导，团队所有人拉进来开会，培训，确保任何研发人员和技术负责人都对使用的技术了如指掌不留死角。
但是哪有这个时间？！人性是脆弱的，不管人生多么坚强。任何人都可能突然哪天挂了，由于不可抗原因去别的城市或者国家了，和根本不熟识的同事由于接开水打了一架离职了...如果你做的东西也因此而离去了，对于一个公司而言，说明你根本没来过。......有点扯远了。
所以，即便当时我已经可以实现stateless NAT(当时我采用了路由target的方式，也许我之前的blog有写过)，我也不能拿来用，我只能找机会，找一个闲暇的午后，一个没有紧急任务的下午，让所有与此相关的人都了解了这个技术，然后用与不用就是一个需求问题了，最好的办法除了代码还是代码，对于程序员而言，说1G个字符都是瞎掰，没有能跑起来的代码都是扯淡，就算代码狠烂也无所谓，正因为如此现实主义的性格，我喜欢这个职业，不发狠话，不长篇阔论，不打架，不煽动，只要代码能跑起来，仅此而已。
对了，stateless NAT在Linux 2.4已经有好的实现了，就是使用tc/policy routing来完成，但是2.6内核下已经很难做到了。作者基于解耦合的考虑将这个模块留给了真正想实现它的人，也许我算一个。我之所以做如此多别人看来没有意义的事，因为我想表达一个理念，那就是“开发运维”和“运维开发”的理念，这类人一定是将来最炙手可热的人。当我面对无数次Cisco认证工程师的责难后，我的第一个想法不是骂他们或打他们(没人家词汇丰富且[注意：此处不能用‘或’，要用‘且’]打不过人家就尴尬了，即便这些都不是问题，不还有法律的吗...)，我的第一个想法就是，在Linux上能不能实现相同的功能，目的不是爆他们的菊花，而是让他觉得我可以爆他。幸运的是，我都做到了，每当此刻，我回到家里都会写几个模块然而测试，就像公司的技术预研一样。然后就呈现给朋友们，有兴趣的都可以去测试，这种事没钱赚，也得不到肯定，没用到git，也不是神马GPL开源，就是特殊的朋友圈分享，我十分讨厌分类，我十分喜欢随便。然后，然后，正如小小的话，我编码，写了一堆烂代码，Linux上基于Netfilter实现的一个双向，静态的，无状态的NAT，代码不复杂，只有几百行，但是....
但是，问题有二：
1.这个模块初级，但是可用，这是我自我肯定的一面；
2.这个模块有大量可疑改进的空间，我自我否定。
代码如下：
iptables？不！why？因为iptables配置的NAT是stateful的，它的实现依赖一个叫做conntrack的模块，什么是conntrack？Oh，NO！这可是我的专长，但我不想在本文中说它，认识我的人都知道，我扯这个话题我能扯上12个小时...都还扯不完。也许你不知道什么是stateful NAT，但是如果你是一个有心人，或者说是一个技术还算精湛的Linux网络管理员或者爱好者，你肯定在配置NAT的时候遇到过这样那样的问题，比如“在一个连接已经建立的时候再配置NAT为何不能及时生效”，“为什么iptables配置NAT之后数据只能从一个方向主动发往另一个方向”之类的。这就是state在作怪，你知道的，IP是无state的，但是NAT加入了第四层的逻辑之后就有了state，这就是stateful NAT，也就是iptables -t nat ..配置出来的NAT固有的性质，你改变不了。起码我在iptables最新的版本中看到的NAT还是stateful的。有的时候..
有的时候，你可能，你必须...
你必须配置一种stateless的NAT，双向的，静态的。这个问题，唉..
这个问题折腾了我半年，2013年的前9个月，一个让我欢喜让我忧的三个季度，我的精力几乎全部扑在了一件事上，从寒冬到40+摄氏度的高温，从早上6点半出发去上班到半夜10点多还呆在机房...要不是大前天收拾书架时发现了一张当时还没有报销掉的120元的例行加班打车票，我本来不想写这个模块了。120块不算什么，但借此机会回忆往事，顺便补上残缺的那一部分，算是给自己报销了，而且价值远大于120元。我得承认，那三个季度里并不是stateless NAT显得最为重要，我之所以在一年后的今天把它拿出来，是因为其它的问题都被我当时就overcome了，不管花多久，曾经有过72小时惊魂解决conntrack confirm问题，有过由于混乱急躁和陌生女人一起吃烤肉被老婆诈出真相...但是就这个stateless NAT始终没有解决，没有解决，这是why？
我做的是一个产品而不是个人试验，我所在的是一个公司的团队而不是干私活儿，所有使用的技术必须经过技术预研，确保可行性，更重要的是，要保证所有人处在一样的节奏，也许是并行，大的旋律却始终是个一，这是在玩卡农啊。我不能加入一些个人色彩，比如个人的突发奇想(日后我坦白，这一点我做的不好！)，如果非要加入，那么必须有下面这么一个过程：
把领导，团队所有人拉进来开会，培训，确保任何研发人员和技术负责人都对使用的技术了如指掌不留死角。
但是哪有这个时间？！人性是脆弱的，不管人生多么坚强。任何人都可能突然哪天挂了，由于不可抗原因去别的城市或者国家了，和根本不熟识的同事由于接开水打了一架离职了...如果你做的东西也因此而离去了，对于一个公司而言，说明你根本没来过。......有点扯远了。
所以，即便当时我已经可以实现stateless NAT(当时我采用了路由target的方式，也许我之前的blog有写过)，我也不能拿来用，我只能找机会，找一个闲暇的午后，一个没有紧急任务的下午，让所有与此相关的人都了解了这个技术，然后用与不用就是一个需求问题了，最好的办法除了代码还是代码，对于程序员而言，说1G个字符都是瞎掰，没有能跑起来的代码都是扯淡，就算代码狠烂也无所谓，正因为如此现实主义的性格，我喜欢这个职业，不发狠话，不长篇阔论，不打架，不煽动，只要代码能跑起来，仅此而已。
对了，stateless NAT在Linux 2.4已经有好的实现了，就是使用tc/policy routing来完成，但是2.6内核下已经很难做到了。作者基于解耦合的考虑将这个模块留给了真正想实现它的人，也许我算一个。我之所以做如此多别人看来没有意义的事，因为我想表达一个理念，那就是“开发运维”和“运维开发”的理念，这类人一定是将来最炙手可热的人。当我面对无数次Cisco认证工程师的责难后，我的第一个想法不是骂他们或打他们(没人家词汇丰富且[注意：此处不能用‘或’，要用‘且’]打不过人家就尴尬了，即便这些都不是问题，不还有法律的吗...)，我的第一个想法就是，在Linux上能不能实现相同的功能，目的不是爆他们的菊花，而是让他觉得我可以爆他。幸运的是，我都做到了，每当此刻，我回到家里都会写几个模块然而测试，就像公司的技术预研一样。然后就呈现给朋友们，有兴趣的都可以去测试，这种事没钱赚，也得不到肯定，没用到git，也不是神马GPL开源，就是特殊的朋友圈分享，我十分讨厌分类，我十分喜欢随便。然后，然后，正如小小的话，我编码，写了一堆烂代码，Linux上基于Netfilter实现的一个双向，静态的，无状态的NAT，代码不复杂，只有几百行，但是....
但是，问题有二：
1.这个模块初级，但是可用，这是我自我肯定的一面；
2.这个模块有大量可疑改进的空间，我自我否定。
代码如下：
/*
*
* 用法：
* 对目标地址为1.2.1.2的数据包做目标地址转换，目标转为192.168.1.8
* echo +1.2.1.2 192.168.1.8 dst >/proc/net/static_nat
* 上述命令会同时添加一条反向的SNAT映射
*
* 请解释：
* echo +192.168.184.250 192.168.184.154 src >/proc/net/static_nat
*
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <net/ip.h>
#include <net/netfilter/nf_conntrack.h>
#define DIRMASK 0x11
#define BUCKETS 1024
#define NAT_OPT_DEL 0x01
#define NAT_OPT_FIND 0x04
#define NAT_OPT_ACCT_BIT 0x02
enum nat_dir {
DIR_SNAT,
DIR_DNAT,
DIR_NUM
};
/*
* 记录统计信息
*/
struct nat_account {
u32 nat_packets;
u32 nat_bytes;
};
struct static_nat_entry {
__be32 addr[DIR_NUM];
enum nat_dir type;
struct nat_account acct[DIR_NUM];
struct hlist_node node[DIR_NUM];
};
static DEFINE_SPINLOCK(nat_lock);
/* 保存SNAT映射 */
struct hlist_head *src_list;
/* 保存DNAT映射 */
struct hlist_head *dst_list;
/*
* 用一个IP地址(对于PREROUTING是daddr，对于POSTROUTING是saddr)作为key来获取value。
*/
static __be32 get_address_from_map(struct sk_buff *skb, unsigned int dir, __be32 addr_key, unsigned int opt)
{
__be32 ret = 0, cmp_key, ret_value;
u32 hash;
struct hlist_head *list;
struct hlist_node *iter, *tmp;
struct static_nat_entry *ent;
hash = jhash_1word(addr_key, 1);
hash = hash%BUCKETS;
spin_lock(&nat_lock);
if (dir == DIR_DNAT) {
list = &dst_list[hash];
} else if (dir == DIR_SNAT) {
list = &src_list[hash];
} else {
spin_unlock(&nat_lock);
goto out;
}
hlist_for_each_safe(iter, tmp, list) {
ent = hlist_entry(iter, struct static_nat_entry, node[dir]);
/* 注意反转 */
cmp_key = (ent->type == dir) ?
ent->addr[0]:ent->addr[1];
ret_value = http://www.mamicode.com/(ent->type == dir) ?>
Makefile：
obj-m += nf_rawnat.o
all:
make -C /lib/modules/`uname -r`/build SUBDIRS=`pwd` modules
clean:
rm -rf *.ko *.o .tmp_versions .*.mod.o .*.o.cmd *.mod.c .*.ko.cmd Module.symvers modules.order
我不看好应用相关的私活儿并不代表我不喜欢，并不代表我不会。工作毕竟已经很累了，干嘛还要继续累啊。工作之余，要搞点别的，别的是什么呢？stateless NAT...这是很多人都不涉足的，我感叹，我悲哀，微斯人，吾谁与归？...在Linux上实现一个可用的stateless双向静态NAT模块
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