防火墙技术

从实现原理上分，防火墙的技术包括四大类:网络级防火墙(也叫包过滤型防火墙)、应用级网关、电路级网关和规则检查防火墙。它们之间各有所长，具体使用哪一种或是否混合使用，要看具体需要。

一般是基于源地址和目的地址、应用、协议以及每个IP包的端口来作出通过与否的判断。一个路由器便是一个"传统"的网络级防火墙，大多数的路由器都能通过检查这些信息来决定是否将所收到的包转发，但它不能判断出一个IP包来自何方，去向何处。防火墙检查每一条规则直至发现包中的信息与某规则相符。如果没有一条规则能符合，防火墙就会使用默认规则，一般情况下，默认规则就是要求防火墙丢弃该包。其次，通 过定义基于TCP或UDP数据包的端口号，防火墙能够判断是否允许建立特定的连接，如Telnet、FTP连接。

应用级网关能够检查进出的数据包，通过网关复制传递数据，防止在受信任服务器和客户机与不受信任的主机间直接建立联系。应用级网关能够理解应用层上的协议，能够做复杂一些的访问控制，并做精细的注册和稽核。它针对特别的网络应用服务协议即数据过滤协议，并且能够对数据包分析并形成相关的报告。应用网关对某些易于登录和控制所有输出输入的通信的环境给予严格的控制，以防有价值的程序和数据被窃取。 在实际工作中，应用网关一般由专用工作站系统来完成。但每一种协议需要相应的代理软件，使用时工作量大，效率不如网络级防火墙。 应用级网关有较好的访问控制，是目前最安全的防火墙技术，但实现困难，而且有的应用级网关缺乏"透明度"。在实际使用中，用户在受信任的网络上通过防火墙访问Internet时，经常会发现存在延迟并且必须进行多次登录(Login)才能访问Internet或Intranet。

电路级网关用来监控受信任的客户或服务器与不受信任的主机间的TCP握手信息,这样来决定该会话(Session)是否合法,电路级网关是在OSI模型中会话层上来过滤数据包,这样比包过滤防火墙要高二层。电路级网关还提供一个重要的安全功能:代理服务器(Proxy Server)。代理服务器是设置在Internet防火墙网关的专用应用级代码。这种代理服务准许网管员允许或拒绝特定的应用程序或一个应用的特定功能。包过滤技术和应用网关是通过特定的逻辑判断来决定是否允许特定的数据包通过，一旦判断条件满足，防火墙内部网 络的结构和运行状态便"暴露"在外来用户面前，这就引入了代理服务的概念，即防火墙内外计算机系统应用层的"链接"由两个终止于代理服务的"链接"来实现，这就成功地实现了防火墙内外计算机系统的隔离。同时，代理服务还可用于实施较强的数据流监控、过滤、记录和报告等功能。代理服务技术主要通过专用计算机硬件(如工作站)来承担。

该防火墙结合了包过滤防火墙、电路级网关和应用级网关的特点。它同包过滤防火墙一样，规则检查防火墙能够在OSI网络层上通过IP地址和端口号，过滤进出的数据包。它也象电路级网关一样，能够检查SYN和ACK标记和序列数字是否逻辑有序。当然它也象应用级网关一样，可以在OSI应用层上检查数据包的内容，查看这些内容是否能符合企业网络的安全规则。规则检查防火墙虽然集成前三者的特点，但是不同于一个应用级网 关的是，它并不打破客户机/服务器模式来分析应用层的数据，它允许受信任的客户机和不受信任的主机建立直接连接。规则检查防火墙不依靠与应用层有关的代理，而是依靠某种算法来识别进出的应用层数据，这些算法通过已知合法数据包的模式来比较进出数据包，这样从理论上就能比应用级代理在过滤数据包上更有效。

防火墙具有很好的保护作用。入侵者必须首先穿越防火墙的安全防线，才能接触目标计算机。你可以将防火墙配置成许多不同保护级别。高级别的保护可能会禁止一些服务，如视频流等，但至少这是你自己的保护选择。

在具体应用防火墙技术时，还要考虑到两个方面:

一是防火墙是不能防病毒的，尽管有不少的防火墙产品声称其具有这个功能。 二是防火墙技术的另外一个弱点在于数据在防火墙之间的更新是一个难题，如果延迟太大将无法支持实时服务请求。并且，防火墙采用滤波技术，滤波通常使网络的性能降低50%以上，如果为了改善网络性能而购置高速路由器，又会大大提高经济预算。

总之，防火墙是企业网安全问题的流行方案，即把公共数据和服务置于防火墙外，使其对防火墙内部资源的访问受到限制。作为一种网络安全技术，防火墙具有简单实用的特点，并且透明度高，可以在不修改原有网络应用系统的情况下达到一定的安全要求。

防火墙技术，最初是针对 Internet 网络不安全因素所采取的一种保护措施。顾名思义，防火墙就是用来阻挡外部不安全因素影响的内部网络屏障，其目的就是防止外部网络用户未经授权的访问。它是一种计算机硬件和软件的结合，使Internet与Internet之间建立起一个安全网关(Security Gateway)，从而保护内部网免受非法用户的侵入，防火墙主要由服务访问政策、验证工具、包过滤和应用网关4个部分组成，防火墙就是一个位于计算机和它所连接的网络之间的软件或硬件(其中硬件防火墙用的很少只有国防部等地才用,因为它价格昂贵)。该计算机流入流出的所有网络通信均要经过此防火墙。

防火墙有网络防火墙和计算机防火墙的提法。网络防火墙是指在外部网络和内部网络之间设置网络防火墙。这种防火墙又称筛选路由器。网络防火墙检测进入信息的协议、目的地址、端口(网络层)及被传输的信息形式(应用层)等，滤除不符合规定的外来信息。防火墙示意图见图8.14，网络防火墙也对用户网络向外部网络发出的信息进行检测。

计算机防火墙是指在外部网络和用户计算机之间设置防火墙。计算机防火墙也可以是用户计算机的一部分。计算机防火墙检测接口规程、传输协议、目的地址及/或被传输的信息结构等，将不符合规定的进入信息剔除。计算机防火墙对用户计算机输出的信息进行检查，并加上相应协议层的标志，用以将信息传送到接收用户计算机(或网络)中去。

使用防火墙的好处有:保护脆弱的服务，控制对系统的访问，集中地安全管理，增强保密性，记录和统计网络利用数据以及非法使用数据情况。防火墙的设计通常有两种基本设计策略:第一，允许任何服务除非被明确禁止;第二，禁止任何服务除非被明确允许。一般采用第二种策略。

从技术角度来看，目前有两类防火墙，即标准防火墙和双穴网关。标准防火墙使用专门的软件，并要求比较高的管理水平，而且在信息传输上有一定的延迟。双穴网关是标准防火墙的扩充，也称应用层网关，它是一个单独的系统，但能够同时完成标准防火墙的所有功能。它的优点是能够运行比较复杂的应用，同时防止在互联网和内部系统之间建立任何直接的连接，可以确保数据包不能直接从外部网络到达内部网络。

随着防火墙技术的进步，在双穴网关的基础上又演化出两种防火墙配置，一种是隐蔽主机网关，一种是隐蔽智能网关。目前，技术比较复杂而且安全级别较高的防火墙是隐蔽智能网关，它将网关隐藏在公共系统之后使其免遭直接攻击。隐蔽智能网关提供了对互联网服务进行几乎透明的访问，同时也阻止了外部未授权访问者对专用网络的非法访问。

防火墙是汽车中一个部件的名称。在汽车中，利用防火墙把乘客和引擎隔开，以便汽车引擎一旦着火，防火墙不但能保护乘客安全，而同时还能让司机继续控制引擎。在电脑术语中，当然就不是这个意思了，我们可以类比来理解，在网络中，所谓"防火墙"，是指一种将内部网和公众访问网(如Internet)分开的方法，它实际上是一种隔离技术。防火墙是在两个网络通讯时执行的一种访问控制尺度，它能允许你"同意"的人和数据进入你的网络，同时将你"不同意"的人和数据拒之门外，最大限度地阻止网络中的黑客来访问你的网络。换句话说，如果不通过防火墙，公司内部的人就无法访问Internet，Internet上的人也无法和公司内部的人进行通信。

防火墙(FireWall)成为新兴的保护计算机网络安全技术性措施。它是一种隔离控制技术，在某个机构的网络和不安全的网络(如Internet)之间设置屏障，阻止对信息资源的非法访问，也可以使用防火墙阻止重要信息从企业的网络上被非法输出。作为Internet网的安全性保护软件，FireWall已经得到广泛的应用。通常企业为了维护内部的信息系统安全，在企业网和Internet间设立FireWall软件。企业信息系统对于来自Internet的访问，采取有选择的接收方式。它可以允许或禁止一类具体的IP地址访问，也可以接收或拒绝TCP/IP上的某一类具体的应用。如果在某一台IP主机上有需要禁止的信息或危险的用户，则可以通过设置使用FireWall过滤掉从该主机发出的包。如果一个企业只是使用Internet的电子邮件和WWW服务器向外部提供信息，那么就可以在FireWall上设置使得只有这两类应用的数据包可以通过。这对于路由器来说，就要不仅分析IP层的信息，而且还要进一步了解TCP传输层甚至应用层的信息以进行取舍。FireWall一般安装在路由器 上以保护一个子网，也可以安装在一台主机上，保护这台主机不受侵犯。

防火墙对流经它的网络通信进行扫描，这样能够过滤掉一些攻击，以免其在目标计算机上被执行。防火墙还可以关闭不使用的端口。而且它还能禁止特定端口的流出通信，封锁特洛伊木马。最后，它可以禁止来自特殊站点的访问，从而防止来自不明入侵者的所有通信。

一个防火墙(作为阻塞点、控制点)能极大地提高一个内部网络的安全性，并通过过滤不安全的服务而降低风险。由于只有经过精心选择的应用协议才能通过防火墙，所以网络环境变得更安全。如防火墙可以禁止诸如众所周知的不安全的NFS协议进出受保护网络，这样外部的攻击者就不可能利用这些脆弱的协议来攻击内 部网络。防火墙同时可以保护网络免受基于路由的攻击，如IP选项中的源路由攻击和ICMP重定向中的重定向路径。防火墙应该可以拒绝所有以上类型攻击的报文并通知防火墙管理员。

通过以防火墙为中心的安全方案配置，能将所有安全软件(如口令、加密、身份认证、审计等)配置在防火墙上。与将网络安全问题分散到各个主机上相比，防火墙的集中安全管理更经济。例如在网络访问时，一次一密口令系统和其它的身份认证系统完全可以不必分散在各个主机上，而集中在防火墙一身上。

如果所有的访问都经过防火墙，那么，防火墙就能记录下这些访问并作出日志记录，同时也能提供网络使用情况的统计数据。当发生可疑动作时，防火墙能进行适当的报警，并提供网络是否受到监测和攻击的详细信息。另外，收集一个网络的使用和误用情况也是非常重要的。首先的理由是可以清楚防火墙是否能够抵挡攻击者的探测和攻击，并且清楚防火墙的控制是否充足。而网络使用统计对网络需求分析和威胁分析等而言也是非常重要的。

通过利用防火墙对内部网络的划分，可实现内部网重点网段的隔离，从而限制了局部重点或敏感网络安全问题对全局网络造成的影响。再者，隐私是内部网络非常关心的问题，一个内部网络中不引人注意的细节可能包含了有关安全的线索而引起外部攻击者的兴趣，甚至因此而暴漏了内部网络的某些安全漏洞。使用防火墙就可以隐蔽那些透漏内部细节如Finger，DNS等服务。Finger显示了主机的所有用户的注册名、真名，最后登录时间和使用shell类型等。但是Finger显示的信息非常容易被攻击者所获悉。攻击者可以知道一个系统使用的频繁程度，这个系统是否有用户正在连线上网，这个系统是否在被攻击时引起注意等等。防火墙可以同样阻塞有关内部网络中的DNS信息，这样一台主机的域名和IP地址就不会被外界所了解。除了安全作用，防火墙还支持具有Internet服务特性的企业内部网络技术体系VPN(虚拟专用网)。

网络上的数据都是以包为单位进行传输的，每一个数据包中都会包含一些特定的信息，如数据的源地址、目标地址、源端口号和目标端口号等。防火墙通过读取数据包中的地址信息来判断这些包是否来自可信任的网络，并与预先设定的访问控制规则进行比较，进而确定是否需对数据包进行处理和操作。数据包过滤可以防止外部不合法用户对内部网络的访问，但由于不能检测数据包的具体内容，所以不能识别具有非法内容的数据包，无法实施对应用层协议的安全处理。

网络IP地址转换是一种将私有IP地址转化为公网IP地址的技术，它被广泛应用于各种类型的网络和互联网的接人中。网络IP地址转换一方面可隐藏内部网络的真实IP地址，使内部网络免受黑客的直接攻击，另一方面由于内部网络使用了私有IP地址，从而有效解决了公网IP 地址不足的问题。

虚拟专用网络将分布在不同地域上的局域网或计算机通过加密通信，虚拟出专用的传输通道，从而将它们从逻辑上连成一个整体，不仅省去了建设专用通信线路的费用，还有效地保证了网络通信的安全。

进出网络的数据都必须经过防火墙，防火墙通过日志对其进行记录，能提供网络使用的详细统计信息。当发生可疑事件时，防火墙更能根据机制进行报警和通知，提供网络是否受到威胁的信息。

防火墙的英文名为"FireWall"，它是目前一种最重要的网络防护设备。从专业角度讲，防火墙是位于两个(或多个)网络间，实施网络之间访问控制的一组组件集合。防火墙的本义是指古代构筑和使用木制结构房屋的时候，为防止火灾的发生和蔓延，人们将坚固的石块堆砌在房屋周围作为屏障，这种防护构筑物就被称之为"防火墙"。其实与防火墙一起起作用的就是"门"。如果没有门，各房间的人如何沟通呢，这些房间的人又如何进去呢?当火灾发生时，这些人又如何逃离现场呢?这个门就相当于我们这里所讲的防火墙的"安全策略"，所以在此我们所说的防火墙实际并不是一堵实心墙，而是带有一些小孔的墙。这些小孔就是用来留给那些允许进行的通信，在这些小孔中安装了过滤机制，也就是上面所介绍的"单向导通性"。

我们通常所说的网络防火墙是借鉴了古代真正用于防火的防火墙的喻义，它指的是隔离在本地网络与外界网络之间的一道防御系统。防火可以使企业内部局域网(LAN)网络与Internet之间或者与其他外部网络互相隔离、限制网络互访用来保护内部网络。

典型的防火墙具有以下基本特性。

内部网络和外部网络之间的所有网络数据流都必须经过防火墙。这是防火墙所处网络位置特性，同时也是一个前提。因为只有当防火墙是内、外部网络之间通信的唯一通道，才可以全面、有效地保护企业网部网络不受侵害。根据美国国家安全局制定的《信息保障技术框架》，防火墙适用于用户网络系统的边界，属于用户网络边界的安全保护设备。所谓网络边界即是采用不同安全策略的两个网络连接处，比如用户网络和互联网之间连接、和其它业务往来单位的网络连接、用户内部网络不同部门之间的连接等。防火墙的目的就是在网络连接之间建立一个安全控制点，通过允许、拒绝或重新定向经过防火墙的数据流，实现对进、出内部网络的服务和访问的审计和控制。

典型的防火墙体系网络结构一端连接企事业单位内部的局域网，而另一端则连接着互联网。所有的内、外部网络之间的通信都要经过防火墙，只有符合安全策略的数据流才能通过防火墙。

防火墙最基本的功能是确保网络流量的合法性，并在此前提下将网络的流量快速的从一条链路转发到另外的链路上去。从最早的防火墙模型开始谈起，原始的防火墙是一台"双穴主机"，即具备两个网络接口，同时拥有两个网络层地址。防火墙将网络上的流量通过相应的网络接口接收上来，按照OSI协议栈的七层结构顺序上传，在适当的协议层进行访问规则和安全审查，然后将符合通过条件的报文从相应的网络接口送出，而对于那些不符合通过条件的报文则予以阻断。因此，从这个角度上来说，防火墙是一个类似于桥接或路由器的、多端口的(网络接口>=2)转发设备，它跨接于多个分离的物理网段之间，并在报文转发过程之中完成对报文的审查工作。

防火墙自身应具有非常强的抗攻击免疫力:这是防火墙之所以能担当企业内部网络安全防护重任的先决条件。防火墙处于网络边缘，它就像一个边界卫士一样，每时每刻都要面对黑客的入侵，这样就要求防火墙自身要具有非常强的抗击入侵本领。它之所以具有这么强的本领防火墙操作系统本身是关键，只有自身具有完整信任关系的操作系统才可以谈论系统的安全性。其次就是防火墙自身具有非常低的服务功能，除了专门的防火墙嵌入系统外，再没有其它应用程序在防火墙上运行。当然这些安全性也只能说是相对的。目前国内的防火墙几乎被国外的品牌占据了一半的市场，国外品牌的优势主要是在技术和知名度上比国内产品高。而国内防火墙厂商对国内用户了解更加透彻，价格上也更具有优势。防火墙产品中，国外主流厂商为思科(Cisco)、CheckPoint、NetScreen等，国内主流厂商为东软、天融信、联想、方正等，它们都提供不同级别的防火墙产品。

防火墙的硬件体系结构曾经历过通用CPU架构、ASIC架构和网络处理器架构，他们各自的特点分别如下:通用CPU架构:通用CPU架构最常见的是基于Intel X86架构的防火墙，在百兆防火墙中Intel X86架构的硬件以其高灵活性和扩展性一直受到防火墙厂商的青睐;由于采用了PCI总线接口，Intel X86架构的硬件虽然理论上能达到2Gbps的吞吐量甚至更高，但是在实际应用中，尤其是在小包情况下，远远达不到标称性能，通用CPU的处理能力也很有限。国内安全设备主要采用的就是基于X86的通用CPU架构。ASIC架构:ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)技术是国外高端网络设备几年前广泛采用的技术。由于采用了硬件转发模式、多总线技术、数据层面与控制层面分离等技术， ASIC架构防火墙解决了带宽容量和性能不足的问题，稳定性也得到了很好的保证。

ASIC技术的性能优势主要体现在网络层转发上，而对于需要强大计算能力的应用层数据的处理则不占优势，而且面对频繁变异的应用安全问题，其灵活性和扩展性也难以满足要求。由于该技术有较高的技术和资金门槛，主要是国内外知名厂商在采用，国外主要代表厂商是Netscreen，国内主要代表厂商为天融信。网络处理器架构:由于网络处理器所使用的微码编写有一定技术难度，难以实现产品的最优性能，因此网络处理器架构的防火墙产品难以占有大量的市场份额。随着网络处理器的主要供应商Intel、Broadcom、IBM等相继出售其网络处理器业务，该技术在网络安全产品中的应用已经走到了尽头。

防火墙主要技术

先进的防火墙产品将网关与安全系统合二为一，具有以下技术与功能。

双端口或三端口的结构

新一代防火墙产品具有两个或三个独立的网卡，内外两个网卡可不作IP转化而串接于内部网与外部网之间，另一个网卡可专用于对服务器的安全保护。

透明的访问方式

以前的防火墙在访问方式上要么要求用户作系统登录，要么需要通过SOCKS等库路径修改客户机的应用。新一代防火墙利用了透明的代理系统技术，从而降低了系统登录固有的安全风险和出错概率。

灵活的代理系统

代理系统是一种将信息从防火墙的一侧传送到另一侧的软件模块。新一代防火墙采用了两种代理机制，一种用于代理从内部网络到外部网络的连接，另一种用于代理从外部网络到内部网络的连接。前者采用网络地址转换(NAT)技术来解决，后者采用非保密的用户定制代理或保密的代理系统技术来解决。

多级的过滤技术

为保证系统的安全性和防护水平，新一代防火墙采用了三级过滤措施，并辅以鉴别手段。在 分组过滤一级，能过滤掉所有的源路由分组和假冒的IP源地址;在应用级网关一级，能利用FTP、SMTP等各种网关，控制和监测Internet提供的所用通用服务;在电路网关一级，实现内部主机与外部站点的透明连接，并对服务的通行实行严格控制。

网络地址转换技术(NAT)

新一代防火墙利用NAT技术能透明地对所有内部地址作转换，使外部网络无法了解内部网络的内部结构，同时允许内部网络使用自己定制的IP地址和专用网络，防火墙能详尽记录每一个主机的通信，确保每个分组送往正确的地址。

同时使用NAT的网络，与外部网络的连接只能由内部网络发起，极大地提高了内部网络的安全性。 NAT的另一个显而易见的用途是解决IP地址匮乏问题。

Internet网关技术

由于是直接串连在网络之中，新一代防火墙必须支持用户在Internet互连的所有服务，同时还要防止与Internet服务有关的安全漏洞。故它要能以多种安全的应用服务器(包括FTP、 Finger、mail、Ident、News、WWW等)来实现网关功能。为确保服务器的安全性，对所有的文件和命令均要利用"改变根系统调用(chroot)"作物理上的隔离。

在域名服务方面，新一代防火墙采用两种独立的域名服务器，一种是内部DNS服务器，主要处理内部网络的DNS信息，另一种是外部DNS服务器，专门用于处理机构内部向Internet提供的部份DNS信息。

在匿名FTP方面，服务器只提供对有限的受保护的部份目录的只读访问。在WWW服务器中，只支持静态的网页，而不允许图形或CGI代码等在防火墙内运行，在Finger服务器中，对外部访问，防火墙只提供可由内部用户配置的基本的文本信息，而不提供任何与攻击有关的系统信息。SMTP与POP邮件服务器要对所有进、出防火墙的邮件作处理，并利用邮件映射与标头剥除的方法隐除内部的邮件环境，Ident服务器对用户连接的识别作专门处理，网络新闻服务则为接收来自ISP的新闻开设了专门的磁盘空间。

出版说明

前言

第一部分 防火墙基础技术篇

第1章 防火墙概论

1.1 防火墙概论

1.2 防火墙的基本结构

1.3 防火墙的模型与分类

1.4 攻击方式与防火墙防御

1.5 防火墙的发展

1.6 练习题

第2章 防火墙技术

2.1 包过滤技术

2.2 网络地址翻译技术

2.3 网络代理技术

2.4 练习题

第3章 虚拟专用网络

3.1 虚拟专用网络概述

3.2 虚拟专用网络的用途

3.3 虚拟专用网络相关协议

3.4 IPSEC虚拟专用网络

3.5 虚拟专...

本书结合对Linux网络源代码的分析，深入地讨论了Linux最新内核稳定版本(Linux2.4内核)中实现的防火墙功能。 本书主要介绍防火墙的预备知识，防火墙的基本原理，最新的防火墙技术(如连线跟踪、动态包过滤、源NAT以及目的NAT等)，防火墙的配置和策略，防火墙功能模块的设计，与防火墙相关的知识(如入侵检测系统、防火墙数据加密技术、防火墙体系结构等)，与阅读Linux源代码以及编写防火墙