硬件防火墙的原理以及其与软件防火墙的区别

硬件防火墙的原理

至于价格高，原因在于，软件防火墙只有包过滤的功能，硬件防火墙中可能还有除软件防火墙以外的其他功能，例如CF（内容过滤）IDS（入侵侦测）IPS（入侵防护）以及VPN等等的功能。

也就是说硬件防火墙是指把防火墙程序做到芯片里面，由硬件执行这些功能，能减少CPU的负担，使路由更稳定。

硬件防火墙是保障内部网络安全的一道重要屏障。它的安全和稳定，直接关系到整个内部网络的安全。因此，日常例行的检查对于保证硬件防火墙的安全是非常重要的。

系统中存在的很多隐患和故障在暴发前都会出现这样或那样的苗头，例行检查的任务就是要发现这些安全隐患，并尽可能将问题定位，方便问题的解决。

（1）包过滤防火墙

包过滤防火墙一般在路由器上实现，用以过滤用户定义的内容，如IP地址。包过滤防火墙的工作原理是：系统在网络层检查数据包，与应用层无关。这样系统就具有很好的传输性能，可扩展能力强。但是，包过滤防火墙的安全性有一定的缺陷，因为系统对应用层信息无感知，也就是说，防火墙不理解通信的内容，所以可能被黑客所攻破。

图1：包过滤防火墙工作原理图

（2）应用网关防火墙

应用网关防火墙检查所有应用层的信息包，并将检查的内容信息放入决策过程，从而提高网络的安全性。然而，应用网关防火墙是通过打破客户机/服务器模式实现的。每个客户机/服务器通信需要两个连接：一个是从客户端到防火墙，另一个是从防火墙到服务器。另外，每个代理需要一个不同的应

用进程，或一个后台运行的服务程序，对每个新的应用必须添加针对此应用的服务程序，否则不能使用该服务。所以，应用网关防火墙具有可伸缩性差的缺点。（图2）

图2：应用网关防火墙工作原理图

（3）状态检测防火墙

状态检测防火墙基本保持了简单包过滤防火墙的优点，性能比较好，同时对应用是透明的，在此基础上，对于安全性有了大幅提升。这种防火墙摒弃了简单包过滤防火墙仅仅考察进出网络的数据包，不关心数据包状态的缺点，在防火墙的核心部分建立状态连接表，维护了连接，将进出网络的数据当成一个个的事件来处理。可以这样说，状态检测包过滤防火墙规范了网络层和传输层行为，而应用代理型防火墙则是规范了特定的应用协议上的行为。（图3）

图3：状态检测防火墙工作原理图

（4）复合型防火墙

复合型防火墙是指综合了状态检测与透明代理的新一代的防火墙，进一步基于ASIC架构，把防病毒、内容过滤整合到防火墙里，其中还包括VPN、IDS功能，多单元融为一体，是一种新突破。常规的防火墙并不能防止隐蔽在网络流量里的攻击，在网络界面对应用层扫描，把防病毒、内容过滤与防火墙结合起来，这体现了网络与信息安全的新思路。它在网络边界实施OSI第七层的内容扫描，实现了实时在网络边缘布署病毒防护、内容过滤等应用层服务措施。（图4）

3、四类防火墙的对比

包过滤防火墙：包过滤防火墙不检查数据区，包过滤防火墙不建立连接状态表，前后报文无关，应用层控制很弱。

应用网关防火墙：不检查IP、TCP报头，不建立连接状态表，网络层保护比较弱。

状态检测防火墙：不检查数据区，建立连接状态表，前后报文相关，应用层控制很弱。

复合型防火墙：可以检查整个数据包内容，根据需要建立连接状态表，网络层保护强，应用层控制细，会话控制较弱。

4、防火墙术语

网关：在两个设备之间提供转发服务的系统。网关是互联网应用程序在两台主机之间处理流量的防火墙。这个术语是非常常见的。

DMZ非军事化区：为了配置管理方便，内部网中需要向外提供服务的服务器往往放在一个单独的网段，这个网段便是非军事化区。防火墙一般配备三块网卡，在配置时一般分别分别连接内部网，internet和DMZ。

吞吐量：网络中的数据是由一个个数据包组成，防火墙对每个数据包的处理要耗费资源。吞吐量是指在不丢包的情况下单位时间内通过防火墙的数据包数量。这是测量防火墙性能的重要指标。

最大连接数：和吞吐量一样，数字越大越好。但是最大连接数更贴近实际网络情况，网络中大多数连接是指所建立的一个虚拟通道。防火墙对每个连接的处理也好耗费资源，因此最大连接数成为考验防火墙这方面能力的指标。

数据包转发率：是指在所有安全规则配置正确的情况下，防火墙对数据流量的处理速度。

SSL：SSL（Secure Sockets Layer）是由Netscape公司开发的一套Internet数据安全协议，当前版本为3.0。它已被广泛地用于Web浏览器与服务器之

间的身份认证和加密数据传输。SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。

网络地址转换：网络地址转换（NAT）是一种将一个IP地址域映射到另一个IP地址域技术，从而为终端主机提供透明路由。NAT包括静态网络地址转换、动态网络地址转换、网络地址及端口转换、动态网络地址及端口转换、端口映射等。NAT常用于私有地址域与公用地址域的转换以解决IP地址匮乏问题。在防火墙上实现NA T后，可以隐藏受保护网络的内部拓扑结构，在一定程度上提高网络的安全性。如果反向NA T提供动态网络地址及端口转换功能，还可以实现负载均衡等功能。

堡垒主机：一种被强化的可以防御进攻的计算机，被暴露于因特网之上，作为进入内部网络的一个检查点，以达到把整个网络的安全问题集中在某个主机上解决，从而省时省力，不用考虑其它主机的安全的目的。

硬件防火墙和软件防火墙的比较

成本比较

硬件防火墙是软硬件一体的，用户购买后不需要再投入其他费用。一般硬件防火墙的报价在1万到2万之间。软件防火墙有三方面的成本开销：软件的成本、安装软件的设备成本以及设备上操作系统的成本。Windows Server 2003价格在4400-6000之间。备注：综合以上的成本，要配置一套软件防火墙按最小的网络要求，其成本在1.0万左右。

稳定性和安全性比较

稳定性能的优劣主要来自于防火墙运行平台即操作系统上。

硬件防火墙一般使用经过内核编译后的Linux，凭借Linux本身的高可靠性和稳定性保证了防火墙整体的稳定性，Linux永远都不会崩溃，其稳定性是由于它没有像其他操作系统一样内核庞大且漏洞百出。系统的稳定性主要取决于系统设计的结构。计算机硬件的结构自从1981设计开始就没有作特别大的改动，而连续向后兼容性使那些编程风格极差的应用软件勉强移植到Windows的最新版本，这种将就的软件开发模式极大地阻碍了系统稳定性的发展。最令人注目的Linux开放源代码的开发模式，它保证了任何系统的漏洞都能被及时发现和修正。Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等，这为网络多用户环境中的用户提供了必要的安全保障。

软件防火墙一般要安装在windows平台上，实现简单，但同时由于windows本身的漏洞和不稳定性带来了软件防火墙的安全性和稳定性的问题。虽然Microsoft也在努力的弥补这些问题，Windows 2003 server本身的漏洞就比前期的Windows NT少了很多，但与Linux比起来还是漏洞倍出。在病毒侵害方面，从linux发展到如今，Linux几乎不感染病毒。而作为Windows 平台下的病毒我们就不必多说了，只要是使用过电脑的人都有感受。像近几个月以来在内网中广泛传播的ARP欺骗病毒，造成了内网不稳定、网络时断时序、经常掉线，无法开展正常的工作，使得很多的网络管理人员束手无策。