防火墙技术研究

防火墙技术研究

随着安全问题日益严重，网络安全产品也被人们重视起来。防火墙作为最早出现的网络安全产品和使用量最大的安全产品，也受到用户和研发机构的青睐。对防火墙的原理以及分类、作用进行了详细的介绍，旨在为选择防火墙的用户提供借鉴。

一、防火墙的概念和功能

防火墙,顾名思义,是一种隔离设备。防火墙是一种高级访问控制设备,置于不同网络安全域之间的一系列部件的组合,它是不同网络安全域之间通信流的唯一通道,能根据用户有关的安全策略控制进出网络的访问行为。从专业角度讲,防火墙是位于两个或多个网络间,实施网络访问控制的组件集合。从用户角度讲,防火墙就是被放置在用户计算机与外网之间的防御体系,网络发往用户计算机的所有数据都要经过其判断处理,才决定能否将数据交给计算机,一旦发现数据异常或有害,防火墙就会将数据拦截,从而实现对计算机的保护。防火墙是网络安全策略的组成部分,它只是一个保护装置,通过监测和控制网络间的信息交换和访问行为来实现对网络安全的有效管理,其主要目的就是保护内部网络的安全,其主体功能可以归纳如下:1.根据访问规则对应用程序联网动作及数据进行过滤;2.实时监控,监视网络活动,管理进、出网络的访问行为;3.以日志方式记录通过防火墙的内容及活动;4.对网络攻击进行报警,阻止被限制的行为。

二、防火墙的分类：

1、从软、硬件形式上分

如果从防火墙的软、硬件形式来分的话，防火墙可以分为软件防火墙和硬件防火墙以及芯片级防火墙。

（1）软件防火墙

软件防火墙运行于特定的机上，它需要客户预先安装好的计算机操作系统的支持，一般来说这台计算机就是整个网络的网关。俗称“个人防火墙”。软件防火墙就像其它的软件产品一样需要先在计算机上安装并做好配置才可以使用。防火墙厂商中做网络版软件防火墙最出名的莫过于Checkpoint。使用这类防火墙，需要网管对所工作的操作系统平台比较熟悉。（2）硬件防火墙

这里说的硬件防火墙是指“所谓的硬件防火墙”。之所以加上“所谓”二字是针对芯片级防火墙说的了。它们最大的差别在于是否基于专用的硬件平台。目前市场上大多数防火墙都是这种所谓的硬件防火墙，他们都基于PC架构，就是说，它们和普通的家庭用的PC没有太大区别。在这些PC架构计算机上运行一些经过裁剪和简化的操作系统，最常用的有老版本的Unix、Linux和FreeBSD系统。值得注意的是，由于此类防火墙采用的依然是别人的内核，因此依然会受到OS（操作系统）本身的安全性影响。

（3）芯片级防火墙

芯片级防火墙基于专门的硬件平台，没有操作系统。专有的ASIC芯片促使它们比其他种类的防火墙速度更快，处理能力更强，性能更高。做这类防火墙最出名的厂商有NetScreen、FortiNet、Cisco等。这类防火墙由于是专用OS（操作系统），因此防火墙本身的漏洞比较少，不过价格相对比较高昂。

2、从防火墙技术分

防火墙技术虽然出现了许多，但总体来讲可分为“包过滤型”和“应用代理型”两大类。前者以以色列的Checkpoint防火墙和美国Cisco公司的PIX防火墙为代表，后者以美国NAI公司的Gauntlet防火墙为代表。

（1）包过滤（Packet filtering）型

包过滤方式是一种通用、廉价和有效的安全手段。之所以通用，是因为它不是针对各个具体的网络服务采取特殊的处理方式，适用于所有网络服务；之所以廉价，是因为大多数路由器都提供数据包过滤功能，所以这类防火墙多数是由路由器集成的；之所以有效，是因为它能很大程度上满足了绝大多数安全要求。

在整个防火墙技术的过程中，包过滤技术出现了两种不同版本，称为“第一代静态包过滤”和“第二代动态包过滤”。

包过滤方式的优点是不用改动客户机和主机上的应用程序，因为它工作在网络层和传输层，与应用层无关。但其弱点也是明显的：过滤判别的依据只是网络层和传输层的有限信息，因而各种安全要求不可能充分满足；在许多过滤器中，过滤规则的数目是有限制的，且随着规则数目的增加，性能会受到很大地影响；由于缺少上下文关联信息，不能有效地过滤如UDP、RPC（远程过程调用）一类的协议；另外，大多数过滤器中缺少审计和报警机制，它只能依据包头信息，而不能对用户身份进行验证，很容易受到“地址欺骗型”攻击。对安全管理人员素质要求高，建立安全规则时，必须对协议本身及其在不同应用程序中的作用有较深入的理解。因此，过滤器通常是和应用网关配合使用，共同组成防火墙系统。

（2）应用代理（Application Proxy）型

应用代理型防火墙是工作在OSI的最高层，即应用层。其特点是完全“阻隔”了网络通信流，通过对每种应用服务编制专门的代理程序，实现监视和控制应用层通信流的作用。其典型网络结构如图所示。

在代理型防火墙技术的发展过程中，它也经历了两个不同的版本：第一代应用网关型代理防火和第二代自适应代理防火墙。

代理类型防火墙的最突出的优点就是安全。由于它工作于最高层，所以它可以对网络中任何一层数据通信进行筛选保护，而不是像包过滤那样，只是对网络层的数据进行过滤。3、从防火墙结构分

从防火墙结构上分，防火墙主要有：单一主机防火墙、路由器集成式防火墙和分布式防火墙三种。

单一主机防火墙是最为传统的防火墙，独立于其它网络设备，它位于网络边界。

这种防火墙其实与一台计算机结构差不多（如下图），同样包括CPU、内存、硬盘等基本组件，当然主板更是不能少了，且主板上也有南、北桥芯片。它与一般计算机最主要的区别就是一般防火墙都集成了两个以上的以太网卡，因为它需要连接一个以上的内、外部网络。其中的硬盘就是用来存储防火墙所用的基本程序，如包过滤程序和代理服务器程序等，有的防火墙还把日志记录也记录在此硬盘上。虽然如此，但我们不能说它就与我们平常的PC机

一样，因为它的工作性质，决定了它要具备非常高的稳定性、实用性，具备非常高的系统吞吐性能。正因如此，看似与PC机差不多的配置，价格甚远。

随着防火墙技术的发展及应用需求的提高，原来作为单一主机的防火墙现在已发生了许多变化。最明显的变化就是现在许多中、高档的路由器中已集成了防火墙功能，还有的防火墙已不再是一个独立的硬件实体，而是由多个软、硬件组成的系统，这种防火墙，俗称“分布式防火墙”。

原来单一主机的防火墙由于价格非常昂贵，仅有少数大型企业才能承受得起，为了降低企业网络投资，现在许多中、高档路由器中集成了防火墙功能。如Cisco IOS防火墙系列。但这种防火墙通常是较低级的包过滤型。这样企业就不用再同时购买路由器和防火墙，大大降低了网络设备购买成本。

分布式防火墙再也不是只是位于网络边界，而是渗透于网络的每一台主机，对整个内部网络的主机实施保护。在网络服务器中，通常会安装一个用于防火墙系统管理软件，在服务器及各主机上安装有集成网卡功能的PCI防火墙卡，这样一块防火墙卡同时兼有网卡和防火墙的双重功能。这样一个防火墙系统就可以彻底保护内部网络。各主机把任何其它主机发送的通信连接都视为“不可信”的，都需要严格过滤。而不是传统边界防火墙那样，仅对外部网络发出的通信请求“不信任”。

三、防火墙的局限性

随着防火墙技术的发展,其在信息安全体系中的地位越来越不可替代,网络安全的严峻形势也对防火墙技术的发展提出了更高、更新的要求。在越来越依赖防火墙技术的情况下,我们也应该清醒地认识到:防火墙并不是“包治百病”的,它对于一些特殊的攻击或其他行为有时也无能为力。所以,我们也应该了解其技术方面的一些局限性,毕竟没有任何一种技术能绝对保证安全。首先,防火墙技术最突出的缺点在于不能防范跳过防火墙的各种攻击行为。这其中比较典型的就是难以防范来自网络内部的恶意攻击。“堡垒往往容易从内部攻破”这句话用于防火墙再合适不过了。因此,用户在构建好防火墙的同时,也不要忘记了防火墙内的安全保障。其次,防火墙技术的另外一个显著不足是无法有效地应付病毒。当网络内的用户在访问外网中的含有病毒的数据时,防火墙无法区分带毒数据与正常数据,内部网络随时都有受到病毒危害的可能,防火墙技术的这个缺点给网络带来很大的隐患。另外,由于防火墙技术的自身不断发展,其自身问题和漏洞也使其具有局限性。防火墙本身作为一个独立的系统,其软、硬件在发展过程中必然也有其自己的bug和漏洞,所以各种故障和因漏洞所遭受的各种攻击也不可避免。防火墙的技术原理与杀毒软件类似:先出现病毒,杀毒软件获得病毒的特征码,将其加入到病毒库内来实现查杀。防火墙的防御、检测策略,也是在发生攻击行为后分析其特征而设置的。如果出现新的未知攻击行为,防火墙也将束手无策。最后,防火墙的检测机制容易造成拥塞以及溢出现象。由于防火墙需要处理每一个通过它的数据包,所以当数据流量较大时,容易导致数据拥塞,影响整个网络性能。严重时,如果发生溢出,就像大坝决堤一般,无法阻挡,任何数据都可以来去自由了,防火墙也就不再起任何作用。

四、防火墙的发展

尽管罗列了这么多防火墙技术的局限性,但防火墙在网络安全中所扮演的重要角色是不