《网络安全技术》课件第5章

第5章防火墙技术5.1防火墙概述5.2防火墙体系结构5.3防火墙技术5.4防火墙产品及选购5.5防火墙技术实例习题

5.1防 火 墙 概 述

防火墙是在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间建立起的安全保护屏障，从而保护内部网免受外部网非法用户的侵入。防火墙可以是纯硬件的，也可以是纯软件的，还可以是软、硬件结合的。防火墙允许用户“同意”的人和数据进入自己的网络，同时将未经认可的访问者和数据拒之门外，最大限度地阻止网络中的黑客入侵行为，防止自己的信息被更改、拷贝和毁坏。防火墙技术在网络中的应用如图5.1所示。图5.1防火墙示意图5.1.1防火墙的作用与局限性

防火墙通常有两种基本的设计策略：允许任何服务除非被明确禁止；禁止任何服务除非被明确允许。第一种的特点是好用但不安全，即对用户使用服务限制少导致对某些安全服务威胁的漏报；第二种是安全但不好用，即能够最大程度地保护系统安全但限制了多数的服务使用户感觉不便。通常采用第二种类型的设计策略，而多数防火墙是在两种之间采取折衷。

1.防火墙的作用

防火墙的作用主要包括以下几个方面。

1)防火墙是网络安全的屏障

防火墙是信息进出网络的必经之路。它可以检测所有经过数据的细节，并根据事先定义好的策略允许或禁止这些数据通过。由于只有经过精心选择的应用协议才能通过防火墙，外部的攻击者不可能利用脆弱的协议来攻击内部网络，所以网络环境变得更加安全。

2)防火墙可以强化网络安全策略

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、身份认证及审计等)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，一次性加密口令系统和其他的身份认证系统完全可以不必分散在各个主机上，而是集中在防火墙上。

3)对网络存取和访问进行监控审计

防火墙能够记录所有经过它的访问，并将这些访问添加到日志记录中，同时也能提供网络使用情况的统计数据。防火墙还能对可疑动作进行适当的报警，并提供网络是否受到监测和攻击的详细信息。另外，防火墙还能收集网络使用和误用情况，为网络安全管理提供依据。

4)防止内部信息外泄

利用防火墙对内部网络的划分，可实现内部网络重点网段的隔离，从而限制局部重点或敏感网络安全问题对全局网络造成的影响。防火墙可以隐蔽那些透露内部细节服务，如Finger、DNS等，使攻击者不能得到内部网络的有关信息。

2.防火墙的局限性

防火墙技术虽然是内部网络最重要的安全技术之一，可使内部网在很大程度上免受攻击，但不能认为配置了防火墙之后所有的网络安全问题都迎刃而解了。防火墙也有其明显的局限性，许多危险是防火墙无能为力的。

1)防火墙不能防范内部人员的攻击

防火墙只能提供周边防护，并不能控制内部用户对内部网络滥用授权的访问。内部用户可窃取数据、破坏硬件和软件，并可巧妙地修改程序而不接近防火墙。内部用户攻击网络正是网络安全最大的威胁。

2)防火墙不能防范绕过它的连接

防火墙可有效地检查经由它进行传输的信息，但不能防止绕过它传输的信息。比如，如果站点允许对防火墙后面的内部系统进行拨号访问，那么防火墙就没有办法阻止攻击者进行的拨号入侵。

3)防火墙不能防御全部威胁

防火墙能够防御已知的威胁。如果是一个很好的防火墙设计方案，可以防御新的威胁，但没有一个防火墙能够防御所有的威胁。

4)防火墙难于管理和配置，容易造成安全漏洞

防火墙的管理及配置相当复杂，要想成功维护防火墙，就要求防火墙管理员对网络安全攻击的手段及其与系统配置的关系有相当深入的了解。防火墙的安全策略无法进行集中管理，一般来说，由多个系统(路由器、过滤器、代理服务器、网关、堡垒主机)组成的防火墙，是难于管理的。

5)防火墙不能防御恶意程序和病毒

虽然许多防火墙能扫描所有通过的信息，以决定是否允许它们通过防火墙进入内部网络，但扫描是针对源、目标地址和端口号的，而不扫描数据的确切内容。因为在网络上传输二进制文件的编码方式很多，并且有太多的不同结构的病毒，因此防火墙不可能查找出所有的病毒，也就不能有效地防范病毒类程序的入侵。目前已经有一些防火墙厂商将病毒检测模块集成到防火墙系统中，并通过一些技术手段解决由此而产生的效率和性能问题。5.1.2防火墙的类型

目前市场上的防火墙产品非常多，形式多样。有以软件形式运行在普通计算机之上的，也有以固件形式设计在路由器之中的。防火墙主要分类如下：

1．从软、硬件形式上分类

以防火墙的软、硬件形式来分，防火墙可以分为软件防火墙和硬件防火墙两类。

(1)软件防火墙运行于特定的计算机上，它需要客户预先安装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”。软件防火墙就像其他的软件产品一样需要在计算机上进行安装和设置才可以使用。网络版软件防火墙最出名的莫过于Check-point。使用这类防火墙，需要网管对相应的操作系统平台比较熟悉。

(2)硬件防火墙一般分传统硬件防火墙和芯片级防火墙两类，它们最大的差别在于是否基于专用的硬件平台。传统硬件防火墙是在PC架构计算机上运行一些经过裁剪和简化的操作系统构成的，最常用的有老版本的Unix、Linux和FreeBSD系统。由于此类防火墙依然采用非自己的内核，因此会受到操作系统本身的安全性影响。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，如NetScreen、Cisco的硬件防火墙产品基于专用操作系统，因此防火墙本身的漏洞比较少，不过价格相对比较高。

2．按防火墙的部署位置分类

按照防火墙在网络中部署的位置可以分为边界防火墙、个人防火墙和混合防火墙三类。

(1)边界防火墙是最传统的一种，它们部署在内、外部网络的边界，所起的作用是对内、外部网络实施隔离，保护内部网络。这类防火墙一般都是硬件类型的，价格较贵，性能

较好。

(2)个人防火墙安装于单台主机中，防护的也只是单台主机。这类防火墙应用于广大的个人用户，通常为软件防火墙，价格最便宜，性能也最差。

(3)混合式防火墙即“分布式防火墙”或者“嵌入式防火墙”，它是一整套防火墙系统，由若干个软、硬件组成，分布在内、外部网络边界和内部各主机之间，既对内、外部网络之间的通信进行过滤，又对网络内部各主机间的通信进行过滤。它属于最新的防火墙技术之一，性能最好，价格也最贵。

3．按技术分类

防火墙按技术可分为包过滤技术、代理技术和状态检测技术三类。

(1)包过滤技术对通过防火墙的数据包进行检测，只有符合过滤规则的数据包才允许穿过防火墙。

(2)代理技术是通过在一台特殊的主机上安装代理软件，使只有合法的用户和数据才能通过防火墙对网络进行访问。

(3)状态检测技术是在包过滤的基础上对进出的数据包的状态进行检测，使只有合法的数据才能通过防火墙。5.1.3防火墙技术的发展趋势

从目前的防火墙市场来看，国内外防火墙厂商基本上都可以很好地支持防火墙的基本功能，包括访问控制、网络地址转换、代理认证、日志审计等。但是随着网络攻击的增加，以及用户对网络安全要求的日益提高，防火墙必须有进一步的发展。

从应用和技术发展趋势来看，如何增强防火墙的安全性，提高防火墙的性能，丰富防火墙的功能，将成为防火墙厂商下一步所必须面对和解决的问题。防火墙将从目前的静态防御策略向智能化方向发展。未来智能化的防火墙应能实现自动识别并防御各种黑客攻击手法及其相应变种攻击手法；在网络出口发生异常时能自动调整与外网的连接端口；能够根据信息流量自动分配、调整网络信息流量及协同多台物理设备工作；自动检测防火墙本身的故障并能自动修复，具备自主学习并制定识别与防御方法。多功能也是防火墙的发展方向之一。鉴于目前路由器和防火墙价格都比较高，组网环境也越来越复杂，一般用户总希望防火墙可以支持更多的功能，满足组网和节省投资的需要。未来网络防火墙将在现有的基础上继续完善其功能并不断增加新的功能。如保证传输数据安全的VPN、隐藏内部网络地址的网络地址转换功能(NAT)、双重DNS功能、防病毒功能、内容扫描功能等。

综上所述，未来的防火墙会全面考虑网络安全、操作系统安全、应用程序安全、用户安全和数据安全的综合应用，将是智能化、高速度、低成本和功能更加完善、管理更加人性化的网络安全产品。

5.2防火墙体系结构

通常，防火墙是路由器、计算机和配有适当软件的网络设备的多种组合。由于网络结构多种多样，各站点的安全要求不尽相同，故目前还没有一种统一的防火墙设计标准。防火墙的体系结构也有很多种，防火墙具体采用何种结构取决于防火墙设计的思想和网络的实际情况，不同结构的防火墙带给网络的安全保障和影响是不同的。根据结构的不同，防火墙系统可分为传统防火墙系统、分布式防火墙系统和混合式防火墙系统三种。5.2.1传统防火墙系统

传统的防火墙设置在网络边界，在内部企业网和外部互联网之间构成一个屏障，进行网络存取控制，我们可称之为边界防火墙(PerimeterFirewall)。边界防火墙基本体系结构有四种类型：包过滤防火墙、双宿主主机体系结构防火墙、屏蔽主机体系结构防火墙和屏蔽子网体系结构防火墙。

1.包过滤防火墙

包过滤防火墙是通过在路由器上根据某些规则对数据包进行过滤来实现对网络的安全保护，其体系结构如图5.2所示。图5.2包过滤防火墙体系结构包过滤路由器首先以其收到的数据包头信息为基础建立一定数量的信息过滤表。数据包头信息含有数据包源IP地址、目的IP地址、传输协议类型(TCP，UDP，ICMP等)、协议源端口号、协议目的端口号、连接请求方向、ICMP报文类型等。当一个数据包满足过滤表中的规则时允许数据包通过，否则禁止通过。包过滤防火墙可以用于禁止外部不合法用户对内部的访问，也可以用来禁止访问某些服务类型，且对用户透明。但包过滤技术不能识别危险的信息包，无法实施对应用级协议的处理，如无法区分同一个IP的不同用户，也无法处理UDP、RPC或动态的协议。

2.双宿主主机体系结构

双宿主主机(Dual-HomedHost)位于内部网和因特网之间，实际上是一台拥有两个IP地址的PC机或服务器，它同时属于内、外两个网段所共有，起到了隔离内、外网段的作用。一般来说，这台机器上需要安装两块网卡，分别对应属于内外不同网段的两个IP地址。双宿主主机体系结构如图5.3所示。图5.3双宿主主机体系结构防火墙内部的系统能与双宿主主机通信，防火墙外部的系统也能与双宿主主机通信，但是内部与外部系统之间不能直接相互通信。这种体系结构非常简单，一般通过安装能够转发服务请求的代理程序来实现，或者通过用户直接登录到该主机来提供服务，能提供级别很高的控制。安装了代理程序的主机又被称为堡垒主机(BastionHost)。双宿主主机体系结构也存在一些缺点，即用户帐号本身会带来很多的安全问题，而登录过程也会让用户感到麻烦。

3.屏蔽主机体系结构

屏蔽主机体系结构由一台包过滤路由器和一台堡垒主机组成，其中堡垒主机被安排在内部局域网中，同时在内部网和外部网之间配备了屏蔽路由器。在这种体系结构中，外部网络必须通过堡垒主机才能访问内部网络中的资源，而内部网络中的计算机则可以通过屏蔽路由器访问外部网络中的资源。屏蔽主机体系结构如图5.4所示。图5.4屏蔽主机体系结构在这种方式的防火墙中，堡垒主机安装在内部网络上，通常在路由器上设立过滤规则，并使这个堡垒主机成为从外部网络唯一可直接到达的主机，这确保了内部网络不受未被授权的外部用户的攻击。堡垒主机与其他主机在同一个子网中，一旦堡垒主机被攻破或被越过，整个内部网络和堡垒主机之间就再也没有任何阻挡了，它完全暴露在Internet之上。因此堡垒主机必须是高度安全的计算机系统。

屏蔽主机防火墙实现了网络层和应用层的安全，因而比单纯的包过滤或应用网关代理更安全。在这一方式下，过滤路由器是否配置正确是这种防火墙安全与否的关键，如果路由器遭到破坏，堡垒主机就可能被越过，使内部网完全暴露。在屏蔽路由器和防火墙上应设置数据包过滤功能，过滤原则可为下列之一：

允许除堡垒主机外的其他主机与外部网络连接，这些连接只是相对于某些服务的，并在路由器中设置了过滤。

不允许来自内部主机的所有连接，即其他主机只能通过堡垒主机使用代理服务。

4.屏蔽子网体系结构

与屏蔽主机体系结构相比，屏蔽子网体系结构添加了周边网络，在外部网络与内部网络之间加上了额外的安全层。屏蔽子网体系结构如图5.5所示。图5.5屏蔽子网体系结构在这种体系结构中，有内外两个路由器，每一个都连接着周边网络，称为非军事化区(DeMilitarizedZone，DMZ)，一般对外的公共服务器、堡垒主机放在该子网中，并使子网与Internet及内部网络分离。内部网络和外部网络均可访问屏蔽子网，但禁止它们穿过屏蔽子网通信。在这一配置中，即使堡垒主机被入侵者控制，内部网络仍受到内部包过滤路由器的保护，而且可以设置多个堡垒主机运行各种代理服务。在屏蔽子网体系结构中，堡垒主机和屏蔽路由器共同构成了整个防火墙的安全基础。如果黑客想入侵由这种体系结构构筑的内部网络，则必须通过两个路由器，这就增加了难度。建造防火墙时，一般很少采用单一的技术，通常是解决不同问题的多种技术的组合。其他结构的防火墙系统都是上述几种结构的变形，目的都是通过设定过滤和代理的层次使得检测层次增多，从而增加安全性。这种组合主要取决于网管中心向用户提供什么样的服务，以及网管中心能接受什么等级的风险。采用哪种技术主要取决于经费、投资的大小或技术人员的技术、时间等因素。5.2.2分布式防火墙系统

边界防火墙部署在内网与外网的边界上，通过一个或一组设备即可保护网络内部安全。但随着网络规模的不断扩大，边界防火墙已不能满足越来越复杂的网络结构的需求，出现了不能抵御来自内部网络的攻击、在网络边界造成访问瓶颈、效率不高、故障点多等不足。针对边界防火墙存在的缺陷，专家提出了分布式防火墙方案，其最大的特点是将内网中的各子网看成和外网一样的不安全，从而保护各内网安全，堵住内网攻击漏洞。分布式防火墙一般包括网络防火墙、主机防火墙和中心管理三部分。网络防火墙部署于内部网与外部网之间以及内网的子网之间，支持内部网可能有的IP和非IP协议，不仅保护内网不受外网的安全威胁，而且也能保护内网各子网之间的访问安全。主机防火墙对网络中的服务器和桌面系统进行防护。中心管理是一个防火墙管理软件，能够对网络中的所有防火墙进行统一管理，安全策略的分发及日志的汇总都是中心管理具备的功能。分布式防火墙采用了软件形式(有的采用了软件+硬件形式)，所以功能配置更加灵活，具备充分的智能管理能力，其优点是：

增强了系统安全性：增加了针对主机的入侵的检测和防护功能，加强了对来自内部攻击的防范，可以实施全方位的安全策略。

提高了系统性能：消除了结构性瓶颈问题，提高了系统性能。

系统的扩展性：随系统扩充提供了安全防护无限扩充的能力。

实施主机策略：对网络中的各节点可以起到更安全的防护。

应用更为广泛，支持VPN通信。分布式防火墙系统的不足之处在于：

分布式防火墙系统的实现还存在着较大的问题，如果采用软件防火墙则与其要保护的操作系统之间存在着“功能悖论”；而采用硬件防火墙的成本极其可观，且必将对现有的生产技术和运行标准产生极大的冲击。

安全数据的处理是一个难题。系统将安全策略的执行权交给了各个防火墙，而对各点的安全数据如何存储以及何时、以何种方式进行收集则很难进行处理，从而很难及时掌握网络整体的运行情况。

网络安全中心负责向所有的主机发送安全策略并处理它们返回的信息。这对于安全中心服务器来说是极为繁重的工作。尤其是主机很多、安全事件频发的时候，会极大地影响网络的运行效率。

依据2001年美国国防部国防高级研究计划局资助的网络安全研究计划报告，美国当时的分布式防火墙系统通过新的网络管理技术的应用，最多可以支持近1500台接入网络的主机。而时隔多年后，虽然支持的主机数目多了一些，但并没有质的飞越。而且对于以上问题的解决还处在研究阶段，没有什么重大的突破。可以说，分布式防火墙系统的思想是好的，但受制于现阶段的计算机技术，还很难承担与其过于理想化的设想相当的重任。5.2.3混合型防火墙系统

混合型防火墙力图结合传统防火墙和分布式防火墙的特点，利用分布式防火墙的一些技术对传统的防火墙技术加以改造，依赖于地址策略将安全策略分发给各个站点，由各个站点实施这些规则。混合型防火墙的代表是CheckPoint公司的firewall-1防火墙。它通过装载到网络操作中心上的多域服务器来控制多个防火墙用户模块。多域服务器有多个用户管理加载模块，每个模块都有一个虚拟IP地址，对应着若干防火墙用户模块。安全策略通过多域服务器上的用户管理加载模块下发到各个防火墙用户模块。防火墙用户模块执行安全规则，并将数据存放到对应的用户管理加载模块的目录下。多域服务器可以共享这些数据，使得防火墙多点接入成为可能。混合型防火墙系统融合了传统和分布式防火墙系统的特点，将网络流量分配给多个接入点，降低了单点工作强度，安全性、管理性更强，因此比传统和分布式防火墙系统效能都高。但其网络操作中心是一个明显的系统瓶颈，一旦它发生了故障，整个防火墙也将停止运作，因此同传统防火墙系统一样存在着单失效点的问题。

5.3防 火 墙 技 术

防火墙最基本的技术是包过滤技术和代理技术，后来在代理技术基础上发展了自适应代理技术，而在包过滤技术基础上又发展了状态检测技术，即动态包过滤技术。5.3.1包过滤技术

包过滤类型防火墙是应用包过滤技术(PacketFilter)来抵御网络攻击的。包过滤又称“报文过滤”，它是防火墙最传统、最基本的过滤技术。防火墙的包过滤技术就是对通信过程中的数据进行过滤(又称筛选)，使符合事先规定的安全规则(或称“安全策略”)的数据包通过，而使那些不符合安全规则的数据包丢弃，这个安全规则就是防火墙技术的根本。它是通过对各种网络应用、通信类型和端口的使用来规定的。

数据包过滤流程如图5.6所示。图5.6数据包过滤流程包过滤防火墙首先根据安全策略设计并存储包过滤规则，然后读取每一个到达防火墙的数据包包头信息并按顺序与规则表中的每一条规则进行比较，直至发现包头中的控制信息与某条规则相符合，然后按照规则对数据包进行处理，允许或阻塞数据包通过。如果没有任何一条规则符合，防火墙则使用默认规则(一般默认规则是禁止该数据包通过)。

【例5.1】假设网络策略安全规则确定：外部主机发来的Web访问在内部主机中被接收；拒绝从IP地址为的外部主机发来的数据流；允许内部主机访问外部Web站点。请设计一个包过滤规则表。

解：首先根据要求按次序将安全规则翻译成过滤器规则，未具体指明的主机或服务端口均用*表示。注：最后一条规则为默认规则，所有外部主机发往内部主机的数据被禁止。初始设计的包过滤规则表如表5.1所示。表5.1初始设计的包过滤规则表接下来要验证上面的包过滤规则是否能满足题目要求。假设现在有外部主机要访问内部主机的Web站点，按照包过滤流程，防火墙提取发往内网的数据包包头信息，然后与包过滤规则表的第一条包过滤规则进行比较，发现外部主机的IP地址包含在规则中的所有外部主机范围中，且符合访问内部主机Web服务，因此符合第一条包过滤规则，根据处理结果，数据包被放行。但是题目要求从的外部主机发来的数据应该是全部被拒绝的，因此，按照这个包过滤规则处理会有不符合要求的数据包进入，其根本原因是由包过滤规则的特性引起的。数据包过滤流程决定了只要有一条规则与数据包相符合即进行处理，允许数据包通过或阻塞数据包，对后面的包过滤规则不再进行判断，即使有更严格的规则在后面的规则表中也没有用处，所以数据包过滤规则的次序是非常重要的。一般将最严厉的规则放在规则表的最前面。

经过调整以后，真正的规则表如表5.2所示。表5.2调整后的包过滤规则表规则表设计好以后，就可以在防火墙上进行实施了。以天网防火墙个人版Athena2006为例，包过滤规则界面如图5.7所示。

其中：

应用程序规则：对经过防火墙的应用程序数据进行检查，根据规则决定是否允许数据通过。

 IP规则管理：通过修改、添加、删除IP规则，对包过滤规则表进行配置。

系统设置：包括对防火墙的基本设置、管理权限设置、日志管理设置等功能。当前系统中所有应用程序网络使用状况：包括每个程序的协议和端口状态等信息。

日志：如果有规则设定的事件发生则在此界面显示事件发生日志。

 增加IP规则：如果原默认规则中没有符合要求的，则可以在规则表中添加新的IP规则。

修改IP规则：对某一条已经存在的IP规则进行参数修改。

删除IP规则：对不需要的IP规则可以选中后进行删除。

保存IP规则：修改或添加IP规则后要保存IP规则，否则新的IP规则表不起作用。规则向上移：调整规则次序，使选中的IP规则次序上移。

规则向下移：调整规则次序，使选中的IP规则次序下移。

导出规则：将选择的一些规则导出到一个 .dat文件中。

导入规则：将一个 .dat文件中的规则导入到防火墙规则表中。

双击其中的任一条规则都可按照安全策略对数据包方向、对方IP地址、数据包协议类型、数据包处理结果以及是否将此事件记录进行设定。图5.7包过滤规则表设置界面配置设计好的规则表中的第一条规则“拒绝从IP地址为的外部主机发来的数据流”，如图5.8所示。

其中：

“数据包方向”：表示数据流经防火墙的方向，有“接收”、“发送”、“接收或发送”三个选项。

“对方IP地址”：表示通信另一方的IP地址，有“任何地址”、“局域网的网络地址”、“指定地址”、“指定网络地址”四个选项。“数据包协议类型”：表示通过防火墙的数据包协议类型，有“IP”、“TCP”、“UDP”、“ICMP”、“IGMP”五种协议类型，具体每一个协议对应不同的参数设置。如TCP协议包除了端口设置以外，还可设置TCP的标记，如SYN(同步)、ACK(应答)、FIN(结束)、RST(重设)、URG(紧急)、PSH(送入)等，从而根据不同的TCP标记来判定数据包的安全。

“当满足上面条件时”：表示防火墙对满足规则的数据包的处理结果，有“拦截”、“通行”、“继续下一规则”三个选项。

“同时还”：定义符合包过滤规则的数据包在处理后的结果，防火墙是记录日志还是显示警告信息或发声提示用户。

包过滤技术的优缺点如表5.3所示。图5.8IP规则设计界面表5.3包过滤优缺点列表5.3.2代理技术

第1代：代理防火墙。

为了克服包过滤技术的缺点，防火墙需要一些服务的转发功能，这样的技术称为代理技术(Proxy)。传统代理防火墙网络数据通信过程如图5.9所示。图5.9传统代理型防火墙代理技术作用于网络的应用层，负责接收Internet服务请求再把它们转发到具体的服务器。代理提供替代性连接，其行为就好像是一个网关，因此人们也把代理称为应用级网关(ApplicationGateway)。代理服务器位于内部网络上的用户和Internet上的服务这二者之间，其技术原理如图5.10所示。图5.10代理服务原理客户机与目标网络之间没有直接相连，而是通过代理客户程序与代理防火墙相连，所有的服务请求都发给代理服务器，代理服务器对客户程序进行分析，然后做出“同意”或“拒绝”的决定。如果请求被批准，代理服务器代表客户程序与真正的目标服务器联系，以后发生的一切从代理客户程序到目标服务器的请求和从目标服务器对代理客户程序的响应，都要经过代理服务器的中转。代理防火墙最突出的优点就是安全。由于每一个内外网络之间的连接都要通过Proxy的介入和转换，通过专门为特定的服务如Http编写的安全化的应用程序进行处理，然后由防火墙本身提交请求和应答，没有给内外网络的计算机以任何直接会话的机会，从而避免了入侵者使用数据驱动类型的攻击方式入侵内部网。另外，代理服务器由于是软件实现，因此配置容易，各种日志记录齐备且能灵活控制进出信息。

代理防火墙的最大缺点就是速度相对比较慢，当用户对内外网络网关的吞吐量要求比较高时(比如要求达到75～100Mb/s时)，代理防火墙就会成为内外网络之间的瓶颈。另外，代理客户端及每项服务都需要配置，工作量较大，并且也不能改变底层协议的安全性。第2代：自适应代理防火墙。

自适应代理技术(AdaptiveProxy)结合了代理防火墙的安全性和包过滤防火墙的高速度等优点，在毫不损失安全性的基础之上将代理防火墙的性能提高十倍以上。组成这种类型防火墙的基本要素有两个：自适应代理服务器(AdaptiveProxyServer)与动态包过滤器(DynamicPacketfilter)，如图5.11所示。图5.11自适应代理防火墙在自适应代理与动态包过滤器之间存在着一个控制通道。在对防火墙进行配置时，用户仅将所需要的服务类型、安全级别等信息通过相应Proxy的管理界面进行设置就可以了。然后，自适应代理就可以根据用户的配置信息，决定是使用代理服务从应用层代理请求还是从网络层转发包。如果是后者，它将动态地通知包过滤器增/减过滤规则，满足用户对速度和安全性的双重要求。

代理技术克服了包过滤技术的缺点，可以对通信过程进行深入的监控，使被保护网络的安全性大为提高。但因为每一个信息包从内网到外网的传递都要经过代理的转发，这使得防火墙的速率大大降低。为了提高防火墙的性能，又发展了防火墙状态检测技术。5.3.3状态检测技术

状态检测技术是最近几年发展起来的新技术，是包过滤技术的延伸，被称为动态包过滤。传统的包过滤防火墙只是通过检测IP包包头的相关信息来决定数据通过还是拒绝，而状态检测技术采用的是一种基于连接的状态检测机制，将属于同一连接的所有包作为一个整体的数据流看待，构成连接状态表(StateTable)，通过规则表与状态表的共同配合，对表中的各个连接状态因素加以识别。具有状态检测功能的防火墙使用状态表追踪活跃的TCP会话和UDP伪会话，只有与活跃会话相关联的信息包才能穿过防火墙。例如：防火墙可能根据一个外发的UDP信息包创建一条临时的规则，与之相应的UDP应答信息包才能回到防火墙里，这样可以防止黑客将攻击数据包伪装成内部数据包的应答信息而进入网络。

状态检测防火墙克服了前两种防火墙技术的限制，在不断开客户机/服务器连接的前提下，提供了一个完全的应用层感知。与前两种防火墙技术相比，状态检测技术的优点非常多，它代表了防火墙技术发展的趋势。

1.高安全性

状态检测工作在数据链路层和网络层之间，并从中截取信息包。由于数据链路层是网卡工作的真正位置，网络层也是协议栈的第一层，所以状态检测防火墙保证了对所有通过网络的原始信息包的截取和检查，安全范围大为提高。

2.高效性

一方面，信息包在低层处理，并对非法包进行拦截，因而不用任何上层协议再进行处理，从而提高了执行效率；另一方面，防火墙中以连接作为基本独立单位进行设置和处理，当一个连接在防火墙中建立起来后就不用再对该连接作更多的处理，系统的执行效率进一步提高了。

3.可伸缩性和扩展性

应用网关采用的是一个应用对应一个服务程序的方式，这种方法提供的服务是有限的。状态检测防火墙不区分每一个具体的应用，只从信息包提取安全策略所需的状态信息，并根据过滤规则来处理信息包。当增加一个新应用时，只需在防火墙里增加一条新规则，而不需要像在代理技术中那样还要编写应用转换程序，因而具有很好的可伸缩性和扩展性。

4.应用范围广

状态检测技术不仅支持TCP应用，而且支持其他基于无连接协议的应用，如RPC、NS、WAIS以及ARCHIE等。包过滤技术对此类应用或者不支持，或者开放一个大范围的UDP端口，使得内部网络暴露在外，降低了网络的安全性。

综上所述，状态检测技术由于在速度和性能上取得了很好的平衡，因此逐渐成为计算机网络边界安全防护采用的主要技术。并且随着状态检测技术的成熟，其适用的网络类型也将越来越广泛。对于状态检测技术的研究现在已成为计算机安全领域的一个重要课题。

5.4防火墙产品及选购

在市场上，防火墙的售价极为悬殊，从几万元到数十万元，甚至到百万元。因为各企业用户使用的安全程度不尽相同，因此厂商所推出的产品也有所区分，甚至有些公司还推出类似模块化的功能产品，以符合各种不同企业的安全要求。

当一个企业或组织决定采用防火墙来实施保卫自己内部网络的安全策略之后，下一步要做的就是选择一个安全、实惠、合适的防火墙。5.4.1防火墙产品介绍

防火墙是一种综合性的技术，涉及到计算机网络技术、密码技术、安全技术、软件技术、安全协议等多方面，国外主要产品有CheckPoint公司的Firewall-1；Cisco公司的PIX；Microsoft公司的ISA；SunMicrosystems公司的Sunscreen；Milkway公司的BlackHole；IBM公司的TivoliSecureWayFirewall等。国内品牌有东方龙马、清华紫光、联想网御、华堂、华依、ADNS恒宇视野等。下面简单介绍几种防火墙。

1. Cisco的PIX防火墙

PIX防火墙是一款基于硬件的企业级防火墙，由美国Cisco公司推出，其内核采用的是基于自适应安全算法(AdaptiveSecurityAlgorithm)的保护机制，把内部网络与未经认证的用户完全隔离。每当一个内部网络的用户访问Internet时，PIX防火墙从用户的IP数据包中卸下IP地址，用一个存储在PIX防火墙内已登记的有效IP地址代替它，把真正的IP地址隐藏起来。PIX防火墙还具有审计日志功能，并支持SNMP协议，用户可以利用防火墙系统包含的具有实时报警功能的网络浏览器产生报警报告。

PIX防火墙最大的特点是速度快，它的包转换速度高达170Mb/s，同时可处理6万多个连接。如果在Cisco路由器的IOS中集成防火墙技术，用户则无须另外购置防火墙，可降低网络建设的总成本。而且它还可以通过网络远程下载，提供一种动态的网络安全保护。

2. CheckPoint的Firewall-1

CheckPoint是美国的一家大型软件公司，曾经率先提出安全企业连接开放平台(OPSEC)概念，为计算机提供了第一个企业级安全结构。CheckPointFirewall-1是一个老牌的软件防火墙产品。目前的最新产品CheckPointFirewall1v4.1，是一款优秀的企业级防火墙。

CheckPointFirewall采用集中管理下的分布式客户机/服务器结构和状态检测技术，能够为远程访问提供安全保障，为远程的使用者提供多种安全的认证机制以存取企业资源。在通信被允许进行之前，Firewall-1认证服务可安全地确认它们身份的有效性，而不需要修改本地客户端的应用软件。认证服务是完全地被集成到企业整体的安全策略内，并能由Firewall-1的图形界面为使用者提供集中管理。所有的认证都能由防火墙日志浏览(LogViewer)来监视和追踪。新版本的Firewall-1主要增强的功能是在安全区域支持Entrust技术的数字证书(DigitalCertificate)解决方案，以公用密钥为基础，使用X.509的认证机制IKE。Firewall-1支持LDAP目录管理，可帮助使用者定义包罗广泛的安全政策。

目前该产品支持的平台有WindowsNT、Windows9X/2000、SunSolaris、IBMAIX、HP-UX等，并且能通过HPOpenView等大型网络管理软件集中管理。

3. Microsoft的ISA

MicrosoftInternetSecurity&AccelerationServer(ISA)是微软公司推出的应用级软件防火墙，可与Windows系统无缝衔接，具备良好的数据识别、IP包过滤、代理功能、NAT功能，并且能支持VPN、身份认证、病毒扫描功能。

4.国产防火墙

国产防火墙品牌众多，如清华紫光、东软、东方龙马、联想网御、华堂、华依、ADNS恒宇视野等，多数品牌具有10M/100M防火墙和千兆防火墙以适应中小企业和大型企业的网络安全需求。一般都是通过对国外防火墙产品的综合分析，针对我国的具体应用环境，结合国内外防火墙领域里的最新发展开发，并通过公安部检测和认证，具备包过滤、双向地址转换、实施入侵检测等功能，能够提供良好的网络管理界面对内网、外网和DMS区进行管理，并可对防火墙用户进行认证以保证防火墙本身的安全。国产防火墙的优点是本土化，服务方便，能够根据企业具体情况进行定制开发，使产品更符合企业需求，性价比高，常用在政府、教育、制造业领域。5.4.2防火墙选购原则

防火墙是目前使用最为广泛的网络安全产品之一，选用一个安全、稳定和可靠的防火墙产品非常重要。在选购防火墙时应该注意的事项如表5.4所示。表5.4防火墙性能表在具体的操作中，可以将主要的产品参数列表比较，再根据主要参数性能比较和价格分析选出最合适的防火墙产品。主要防火墙参数如表5.5所示。表5.5防火墙参数表总之，用户在选择防火墙产品时应依据企业的业务和数据安全需求来确定所选的防火墙必备功能并根据预算选择一款适合自己的防火墙产品。防火墙选购参考如表5.6所示。表5.6防火墙选购参考

5.5防火墙技术实例

5.5.1包过滤防火墙实例

【实验背景】

包过滤是防火墙最基本的功能，通过对防火墙包过滤规则的配置可以防止外网主机对内网主机进行探测和入侵。本实验以天网防火墙个人版Athena2006为例，设计包过滤规则并检验。由于本实验中实验结果的出现可能是由不同的包过滤规则组合形成的，因此不做统一的配置实验指导，仅给出日志记录以供参考。指导教师需根据学生实际配置的规则组合进行分析，判断其合理性以及是否有安全隐患。天网防火墙个人版Athena2006试用版可以从/下载。

【实验目的】

依据包过滤防火墙原理，学习设计包过滤规则并验证。

【实验条件】

(1)天网防火墙个人版Athena2006试用版。

(2)基于Windows的PC机2台。

A主机：作为防火墙主机，安装WindowsServer2003系统，IP地址设为/24。配置一个共享文件夹，一个Web服务器，一个FTP服务器。

B主机：作为外部访问主机，安装Windows2000/XP/2003系统，IP地址设为00/24。

【实验任务】

(1)在未安装防火墙之前，测试防火墙主机提供的网络、共享、Web及FTP各项服务是否正常。

(2)安装天网防火墙，并根据安全策略设计包过滤规则。

(3)在天网防火墙上配置包过滤规则并进行分析和验证。

【实验内容】

从网上下载天网防火墙个人版Athena2006试用版并运行，安装成功后在操作系统右下角任务栏出现图标，双击打开防火墙管理界面，在系统设置界面中对主机局域网地址进行刷新，确认本主机的IP地址，如图5.12所示。图5.12防火墙基本设置在如图5.7和图5.8中设定IP规则各选项，完成以下功能。

1. Ping测试

(1)按默认安装，A机器安装了防火墙，B机器没有安装，这时APingB成功，但BPingA显示为：“Timeout”，且A的日志中有四个数据包探测信息。(注：若规则修改后一定要保存，按“磁盘”按钮。)

(2)修改相关IP规则并保存规则，使B机器PingA机器显示允许记录。

IP规则修改前后的参考日志如图5.13所示。图5.13防火墙Ping测试日志

2.资源共享

(1)设置IP规则禁止B机器共享A资源并记录，设置后保存规则，在B机器上单击“开始”→“运行”，输入“\\”尝试连接机器A上设置的共享资源夹。在防火墙日志中可以看到“139”端口操作被拒绝。

(2)将相关IP规则设置的“拦截”改为“通行”，保存规则后再测试。此时日志中有“139”端口操作被允许。

IP规则修改前后的参考日志如图5.14所示。

(3)其他IP规则设置。实现5.3.1节【例5.1】中的表5.2包过滤规则配置。

(4)系统设置。学会设置、更改。图5.14防火墙共享测试日志5.5.2代理防火墙应用实例

【实验背景】

代理技术是最常用的防火墙技术之一，通过对防火墙代理服务的配置可以使局域网内部的主机通过一台代理服务器访问外网，也可以使外网对内网的访问受到防火墙的限制。安装了代理软件的主机即为应用型防火墙主机。本实验仅以NetProxy4.0为例，通过对其代理服务功能的配置实现内网访问外网服务器。NetProx4.0试用版由GrokDevelopments提供，可以从http://www.grok.co.uk/下载。

【实验目的】

依据代理技术原理，学习配置代理服务器并验证。

【实验条件】

(1) NetProx4.0试用版。

(2)基于Windows的PC机2～3台(如果有一台机器可以连接到外网，则只需要另一台机器做内网主机即可；如果没有连接外网的主机，则需要将一台主机配置成外网主机，一台做防火墙主机，一台做内网主机)。

【实验任务】

(1)在未安装防火墙之前，在防火墙主机上测试外网主机提供的Web及FTP各项服务是否正常。

(2)安装NetProx4.0，并根据访问需求配置代理服务。

(3)验证内网主机通过代理服务器访问外