Linux内核下数据包处理与用户空间通信：基于Netfilter的包过滤防火墙设计

本篇文章主要探讨了如何在Linux环境下设计和实现一个基于数据包过滤的防火墙，特别关注了在用户空间与内核空间之间的数据交互。文章作者陈昱志，硕士研究生专业为软件工程，由指导教师孟宪福指导，研究了网络安全基础知识和TCP/IP协议。 首先，文章介绍了防火墙在网络安全中的核心地位，尤其是包过滤防火墙，其普遍应用于许多高级防火墙中，因为它是一种通用、经济且有效的方式，能对数据包进行源地址、目的地址、端口号等信息的比较，实现基础的访问控制。包过滤防火墙不依赖于特定网络服务，适用于各种服务场景。 文章详细阐述了数据包在Linux内核中的处理过程，涉及内核模块的编写和内核空间与用户空间通信机制。通过netfilter框架，防火墙在网络层捕获并分析数据包，提取基本元数据进行比较，以此来决定数据包是否允许通过，从而节省系统资源并提高效率。此外，通过检查TCP标记，系统还能实现入侵检测功能，对常见的网络探测和攻击进行识别。 防火墙规则的设置是在用户空间通过netlink套接字接口与内核空间进行交互的，这样既能保持系统的灵活性，又便于用户实时监控和调整网络策略。用户空间还开发了程序，用于数据包的监测和分析，帮助用户根据网络状态调整防火墙规则。 最后，作者进行了实际的测试，包括数据包封装和网络攻击测试，结果显示所设计的包过滤防火墙在真实网络环境中有效地阻止了数据包的非法传输，并能够有效地检测到常见的网络攻击。关键词包括防火墙、包过滤、Netfilter和Netlink。 这篇硕士论文不仅提供了理论基础，还展示了实际应用中的设计和实现细节，对于理解和构建基于数据包过滤的防火墙具有较高的参考价值。