iptables vs nftables：Linux 防火墙的现代演进与选择

本文将深入探讨 Linux 防火墙管理工具 iptables 和 nftables 之间的主要区别和各自优势，并强调 nftables 作为现代替代品如何为 Linux 网络安全带来更高效和灵活的解决方案。

快速概览：iptables 与 nftables

在 Linux 防火墙管理领域，iptables 和 nftables 是两个核心工具。了解它们的特性有助于我们更好地选择和管理系统安全。

iptables：久经考验的传统工具

iptables 自 21 世纪初以来一直是 Linux 系统防火墙的首选工具。它功能强大且经过了长时间的实战考验，但随着网络环境日益复杂，其局限性也逐渐显现：

协议分离：需要为 IPv4、IPv6 和 ARP 过滤使用独立的工具（如 iptables、ip6tables、arptables）。
规则管理：在处理大量复杂规则集时效率低下，配置容易变得冗长和混乱。
性能瓶颈：采用线性规则处理方式，规则集越大，性能下降越明显。

nftables：现代化的统一框架

nftables 于 2014 年引入 Linux 内核，旨在解决 iptables 的诸多限制，并提供一个更现代化、高效且灵活的防火墙管理框架：

统一语法：为所有网络协议（IPv4、IPv6、ARP、桥接等）提供统一的语法和配置方式。
更高效率：通过使用优化的数据结构（如集合 Sets 和映射 Maps）来处理规则，显著提升性能，尤其在高流量环境下表现更优。
原子更新：支持原子性规则更新，可以一次性加载整套新规则，避免停机或中间状态。
更简洁的语法：相比 iptables，nftables 的语法更加直观和简洁。

语法示例与核心差异对比

通过具体示例，我们可以更直观地理解 iptables 和 nftables 在常用场景下的语法差异和设计理念。

1. 阻塞特定端口流量 (SSH - 端口 22)

这是一个常见的防火墙操作，用于阻止对特定端口的访问。

iptables

iptables -A INPUT -p tcp --dport 22 -j DROP

nftables nftables 使用 inet 关键字表示同时适用于 IPv4 和 IPv6 的统一表，语法更简洁。
```
nft add rule inet filter input tcp dport 22 drop
```

2. 允许特定 IP 范围流量

允许来自特定 IP 地址范围的流量通过。

iptables

iptables -A INPUT -s 192.168.1.0/24 -j ACCEPT

nftables 使用 ip saddr (source address) 表达源地址，更具描述性且统一适用于 IPv4 和 IPv6。
```
nft add rule inet filter input ip saddr 192.168.1.0/24 accept
```

3. 处理网络地址转换 (NAT - 源 NAT/SNAT)

实现将内部私有 IP 地址转换为公共 IP 地址，以便访问外部网络。

iptables

iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j SNAT --to-source 203.0.113.5

nftables nftables 语法更简洁，使用 oif 表示输出接口（out interface），并且所有 NAT 操作都在统一的框架内，无需 -t nat 参数。
```
nft add rule ip nat postrouting oif "eth0" snat to 203.0.113.5
```

4. 轻松处理多个 IP 或端口（Sets 集合的优势）

这是 nftables 的一个显著优势。当需要处理大量 IP 地址或端口时，iptables 需要为每个 IP/端口创建独立规则，导致规则集冗长且难以维护。nftables 则允许创建 IP 或端口集合（Sets），并一次性将规则应用于整个集合，极大简化了管理。

iptables

iptables -A INPUT -s 192.168.1.10 -j DROP
iptables -A INPUT -s 192.168.1.20 -j DROP
# ... 更多类似规则

nftables 首先定义一个名为 blocked_ips 的 IP 地址集合，然后将 IP 地址添加到集合中，最后将规则应用于整个集合。
```
nft add set inet filter blocked_ips { type ipv4_addr; }
nft add element inet filter blocked_ips { 192.168.1.10, 192.168.1.20 }
nft add rule inet filter input ip saddr @blocked_ips drop
```
这种方式在处理动态 IP 列表或大规模规则时，效率和可维护性远超 iptables。

5. 数据包日志记录

记录匹配到的数据包信息，用于调试或安全审计。

iptables

iptables -A INPUT -p tcp --dport 80 -j LOG --log-prefix "HTTP Traffic: "

nftables 语法更简洁，并提供更高级的日志选项，如计数器和限制。
```
nft add rule inet filter input tcp dport 80 log prefix "HTTP Traffic: "
```

效率与性能

nftables 在效率方面全面超越 iptables。它专为处理大量防火墙规则和复杂流量过滤而设计。通过使用哈希表 (Hash Tables) 和集合 (Sets) 等优化的数据结构，nftables 能够以更低的 CPU 使用率处理有状态流量，尤其在高流量环境下表现更优。

相比之下，iptables 采用线性的规则处理方式。当规则集数量庞大时，每次数据包匹配都需要从头遍历所有规则，导致性能显著下降。nftables 则能快速查找匹配项，大大提升了处理速度。

原子规则变更

nftables 的一个关键特性是能够进行原子规则更新。这意味着管理员可以一次性加载整套新的防火墙规则，而不会出现任何停机或部分规则应用的情况。这种“全有或全无”的更新方式，极大地降低了配置过程中引入错误或安全漏洞的风险。

nftables 原子更新示例：
```
nft -f /etc/nftables.conf
```
这条命令会解析 /etc/nftables.conf 文件中的所有规则，并一次性将其加载到内核中，确保了防火墙规则的一致性和可靠性。

iptables 的规则需要逐一更新，这可能导致在规则更新过程中，防火墙处于不一致或不安全的状态。

向后兼容性

为了方便用户平滑过渡，nftables 提供了一定的向后兼容性。在许多现代 Linux 发行版中，例如 Debian、Ubuntu、Red Hat 等，已经将 nftables 作为默认的防火墙后端，并提供了兼容层来处理旧的 iptables 命令和规则。这意味着即使你仍在运行 iptables 命令，它们也可能在后台被 nftables 处理。随着 Linux 内核的持续发展，nftables 将会完全取代 iptables 成为唯一的防火墙管理工具。

结论：是否应该切换到 nftables？

对于管理现代 Linux 系统并追求更好的性能、灵活性和更简洁语法的用户来说，nftables 无疑是首选。它能够更有效地处理复杂的规则集，提供原子规则更新，并为 IPv4、IPv6 及其他协议提供统一接口，这对于构建和维护复杂的网络安全策略至关重要。

然而，iptables 仍然是一个成熟且功能完备的工具。对于简单的防火墙设置或运行在较旧的传统系统上，继续使用 iptables 也完全没有问题。它的配置和脚本在许多现有系统中依然广泛使用。

总而言之，如果你需要扩展或管理复杂的网络环境，或者希望利用现代防火墙技术的优势，那么切换到 nftables 将会大大节省你的时间和精力，并提升系统安全性与管理效率。对于新部署的系统，强烈建议直接采用 nftables。

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