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WireGuard 基础教程:wg-quick 路由策略解读

 ·  ☕ 7 分钟  ·  ✍️ 米开朗基杨 · 👀... 阅读

Serverless

sealos 以 Kubernetes 为内核的云操作系统 走,看看去!

很久以前,我们只需要在 Linux 终端中输入 route -n(后来演变出了 ip route,也就是 iproute2 提供的命令),就可以知晓系统中所有数据包的走向,但是,大人,时代变了!

如果你是 WireGuard 玩家,并且所有的流量都通过 WireGuard 路由出去,但你却无法通过 ip route 命令的输出中看出任何的蛛丝马迹:

default via 192.168.100.254 dev eth0 proto dhcp src 192.168.100.63 metric 100 
192.168.100.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.100.63 
192.168.100.254 dev eth0 proto dhcp scope link src 192.168.100.63 metric 100

路由表告诉我们,所有的流量都是通过物理网卡出去的,并没有通过 WireGuard 虚拟网络接口。这是为什么呢?

路由表

事实上 Linux 从 2.2 版本左右的内核开始,便包含了多个路由表,而不是一个!同时,还有一套规则,这套规则会告诉内核如何为每个数据包选择正确的路由表。

当你执行 ip route 时,你看到的是一个特定的路由表 main,除了 main 之外还有其他的路由表存在。路由表一般用整数来标识,也可以通过文本对其命名,这些命名都保存在文件 /etc/iproute2/rt_tables 中。默认内容如下:

$ cat /etc/iproute2/rt_tables
#
# reserved values
#
255     local
254     main
253     default
0       unspec
#
# local
#
#1      inr.ruhep

Linux 系统中,可以自定义从 1-252 个路由表。Linux 系统默认维护了 4 个路由表:

  • 0:系统保留表。
  • 253:defulte table。没特别指定的默认路由都放在该表。
  • 254:main table。没指明路由表的所有路由放在该表。
  • 255:locale table。保存本地接口地址,广播地址、NAT 地址,由系统维护,用户不得更改。

这里有一个很奇怪的单词:inr.ruhep,这可能是 Alexey Kuznetsov 添加的,他负责服务质量(QoS)在Linux内核中的实现,iproute2 也是他在负责,这个单词表示“核研究/俄罗斯高能物理研究所”,是 Alexey 当时工作的地方,可能指的是他们的内部网络。当然,还有另外一种可能,有一个老式的俄罗斯计算机网络/ISP 叫做 RUHEP/Radio-MSU

路由表的查看可有以下二种方法:

$ ip route show table table_number
 
$ ip route show table table_name

不要把路由表和 iptables 混淆,路由表决定如何传输数据包,而 iptables 决定是否传输数据包,他俩的职责不一样。

路由策略

内核是如何知道哪个数据包应该使用哪个路由表的呢?答案已经在前文给出来了,系统中有一套规则会告诉内核如何为每个数据包选择正确的路由表,这套规则就是路由策略数据库。这个数据库由 ip rule 命令来管理,如果不加任何参数,将会打印所有的路由规则:

0:      from all lookup local
32766:  from all lookup main
32767:  from all lookup default

左边的数字(0, 32764, ……)表示规则的优先级:数值越小的规则,优先级越高。也就是说,数值较小的规则会被优先处理。

路由规则的数值范围:1 ~ $2^{23}-1$

除了优先级之外,每个规则还有一个选择器(selector)和对应的执行策略(action)。选择器会判断该规则是否适用于当前的数据包,如果适用,就执行对应的策略。最常见的执行策略就是查询一个特定的路由表(参考上一节内容)。如果该路由表包含了当前数据包的路由,那么就执行该路由;否则就会跳过当前路由表,继续匹配下一个路由规则。

在 Linux 系统启动时,内核会为路由策略数据库配置三条缺省的规则:

  • 0:匹配任何条件,查询路由表 local (ID 255),该表 local 是一个特殊的路由表,包含对于本地和广播地址的优先级控制路由。rule 0 非常特殊,不能被删除或者覆盖。
  • 32766:匹配任何条件,查询路由表 main (ID 254),该表是一个常规的表,包含所有的无策略路由。系统管理员可以删除或者使用另外的规则覆盖这条规则。
  • 32767:匹配任何条件,查询路由表 default (ID 253),该表是一个空表,它是后续处理保留。对于前面的策略没有匹配到的数据包,系统使用这个策略进行处理,这个规则也可以删除。

在默认情况下进行路由时,首先会根据规则 0 在本地路由表里寻找路由,如果目的地址是本网络,或是广播地址的话,或者是人工添加的子网,在这里就可以找到合适的路由,匹配之后就会进入本机上层协议(iptables INPUT 可以拦截到);如果路由失败,就会匹配下一个不空的规则,在这里只有 32766 规则,在这里将会在主路由表里寻找路由;如果失败,就会匹配 32767 规则,即寻找默认路由表。如果失败,路由将失败。从这里可以看出,策略性路由是往前兼容的

WireGuard 全局路由策略

现在回到 WireGuard,很多 WireGuard 用户会选择将本机的所有流量通过 WireGuard 对端路由,原因嘛大家都懂得😁。

配置嘛也很简单,只需将 0.0.0.0/0 添加到 AllowedIPs 里即可:

# /etc/wireguard/wg0.conf

[Interface]
PrivateKey = xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 
Address = 10.0.0.2/32
# PostUp = iptables -A FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
# PostDown = iptables -D FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
# ListenPort = 51820

[Peer]
PublicKey = xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Endpoint = 192.168.100.251:51820
AllowedIPs = 0.0.0.0/0

理论上这样就可以让所有的流量都通过对端路由了,但是如果你用的 wg-quick 版本比较旧,一顿操作猛如虎(wg-quick up wg0)之后,你会发现事情并不是你想象的那样,甚至可能连 WireGuard 对端都连不上了。主要还是因为 WireGuard 自身的流量也通过虚拟网络接口进行路由了,这肯定是不行的。

新版本的 wg-quick 通过路由策略巧妙地解决了这个问题,我们来看看它妙在何处!

首先,使用 wg-quick 启动 wg0 网卡:

$ wg-quick up wg0
[#] ip link add wg0 type wireguard
[#] wg setconf wg0 /dev/fd/63
[#] ip -4 address add 10.0.0.2/32 dev wg0
[#] ip link set mtu 1420 up dev wg0
[#] wg set wg0 fwmark 51820
[#] ip -4 route add 0.0.0.0/0 dev wg0 table 51820
[#] ip -4 rule add not fwmark 51820 table 51820
[#] ip -4 rule add table main suppress_prefixlength 0
[#] sysctl -q net.ipv4.conf.all.src_valid_mark=1
[#] iptables-restore -n

嘻嘻,看到了熟悉的路由策略,这就打印所有的路由规则看看:

$ ip rule
0:      from all lookup local
32764:  from all lookup main suppress_prefixlength 0
32765:  not from all fwmark 0xca6c lookup 51820
32766:  from all lookup main
32767:  from all lookup default

好家伙,多了两条规则:

32764:  from all lookup main suppress_prefixlength 0
32765:  not from all fwmark 0xca6c lookup 51820

我们来扒扒他们的底裤,揭开神秘面纱。先来灵魂三问:suppress_prefixlength 是啥?0xca6c 又是啥?数据包怎么可能 not from all

Rule 32764

先从规则 32764 开始分析,因为它的数值比较小,会被优先匹配:

32764:  from all lookup main suppress_prefixlength 0

这条规则没有使用选择器,也就是说,内核会为每一个数据包去查询 main 路由表。我们来看看 main 路由表内容是啥:

$ ip route
default via 192.168.100.254 dev eth0 proto dhcp src 192.168.100.63 metric 100 
192.168.100.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.100.63 
192.168.100.254 dev eth0 proto dhcp scope link src 192.168.100.63 metric 100

如果真的是这样,那所有的数据包都会通过 main 路由表路由,永远不会到达 wg0。你别忘了,这条规则末尾还有一个参数:suppress_prefixlength 0,这是啥意思呢?参考 ip-rule(8) man page:

suppress_prefixlength NUMBER
    reject routing decisions that have a prefix length of NUMBER or less.

这里的 prefix 也就是前缀,表示路由表中匹配的地址范围的掩码。因此,如果路由表中包含 10.2.3.4 的路由,前缀长度就是 32;如果是 10.0.0.0/8,前缀长度就是 8。

suppress 的意思是抑制,所以 suppress_prefixlength 0 的意思是:拒绝前缀长度小于或等于 0 的路由策略

那么什么样的地址范围前缀长度才会小于等于 0?只有一种可能:0.0.0.0/0,也就是默认路由。以我的机器为例,默认路由就是:

default via 192.168.100.254 dev eth0 proto dhcp src 192.168.100.63 metric 100

如果数据包匹配到了默认路由,就拒绝转发;如果是其他路由,就正常转发。

这条规则的目的很简单,管理员手动添加到 main 路由表中的路由都会正常转发,而默认路由会被忽略,继续匹配下一条规则

Rule 32765

下一条规则就是 32765

32765:  not from all fwmark 0xca6c lookup 51820

这里的 not from all 是 ip rule 格式化的问题,有点反人类,人类更容易理解的顺序应该是这样:

32765:  from all not fwmark 0xca6c lookup 51820

从前面 wg-quick up wg0 的输出来看,规则的选择器是没有添加 from 前缀(地址或者地址范围)的:

ip -4 rule add not fwmark 51820 table 51820

如果规则选择器没有 from 前缀,ip rule 就会打印出 from all,所以这条规则才会是这个样子。

51820 是一个路由表,也是由 wg-quick 创建的,只包含一条路由:

$ ip route show table 51820
default dev wg0 scope link

所以这条规则的效果是:匹配到该规则的所有数据包都通过 WireGuard 对端进行路由,除了 not fwmark 0xca6c

0xca6c 只是一个防火墙标记,wg-quick 会让 wg 标记它发出的所有数据包(wg set wg0 fwmark 51820),这些数据包已经封装了其他数据包,如果这些数据包也通过 WireGuard 进行路由,就会形成一个无限路由环路。

所以 not from all fwmark 0xca6c lookup 51820 意思是说,满足条件 from all fwmark 0xca6c(WireGuard 发出的都带 fwmark 0xca6c)请忽略本条规则,继续往下走。否则,请使用 51820 路由表,通过 wg0 隧道出去。

对于 wg0 接口发包自带的 0xca6c,继续走下一条规则,也就是匹配默认的 main 路由表:

32766:  from all lookup main

此时已经没有抑制器了,所有的数据包都可以自由使用 main 路由表,因此 WireGuard 对端的 Endpoint 地址会通过 eth0 接口发送出去。

完美!

wg-quick 创建的路由表和 fwmark 使用的是同一个数字:51820。0xca6c 是 51820 的十六进制表示。

总结

wg-quick 这种做法的巧妙之处在于,它不会扰乱你的主路由表,而是通过规则匹配新创建的路由表。断开连接时只需删除这两条路由规则,默认路由就会被重新激活。你学废了吗?

-------他日江湖相逢 再当杯酒言欢-------
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米开朗基杨
作者: 米开朗基杨 ❉
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