防火墙

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，它实际上是一种建立在现代通信网络技术和信息安全技术基础上的应用性安全技术，隔离技术。越来越多地应用于专用网络与公用网络的互联环境之中，尤其以接入Internet网络为最甚。 [2] 

防火墙主要是借助硬件和软件的作用于内部和外部网络的环境间产生一种保护的屏障，从而实现对计算机不安全网络因素的阻断。只有在防火墙同意情况下，用户才能够进入计算机内，如果不同意就会被阻挡于外，防火墙技术的警报功能十分强大，在外部的用户要进入到计算机内时，防火墙就会迅速的发出相应的警报，并提醒用户的行为，并进行自我的判断来决定是否允许外部的用户进入到内部，只要是在网络环境内的用户，这种防火墙都能够进行有效的查询，同时把查到信息朝用户进行显示，然后用户需要按照自身需要对防火墙实施相应设置，对不允许的用户行为进行阻断。通过防火墙还能够对信息数据的流量实施有效查看，并且还能够对数据信息的上传和下载速度进行掌握，便于用户对计算机使用的情况具有良好的控制判断，计算机的内部情况也可以通过这种防火墙进行查看，还具有启动与关闭程序的功能，而计算机系统的内部中具有的日志功能，其实也是防火墙对计算机的内部系统实时安全情况与每日流量情况进行的总结和整理。 [2] 

防火墙是在两个网络通讯时执行的一种访问控制尺度，能最大限度阻止网络中的黑客访问你的网络。是指设置在不同网络（如可信任的企业内部网和不可信的公共网）或网络安全域之间的一系列部件的组合。它是不同网络或网络安全域之间信息的唯一出入口，能根据企业的安全政策控制（允许、拒绝、监测）出入网络的信息流，且本身具有较强的抗攻击能力。它是提供信息安全服务，实现网络和信息安全的基础设施。在逻辑上，防火墙是一个分离器，一个限制器，也是一个分析器，有效地监控了内部网和Internet之间的任何活动，保证了内部网络的安全。 [2] 

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服务性的企业内部网络技术体系VPN（虚拟专用网）。

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。 [3] 

1、记录计算机网络之中的数据信息

数据信息对于计算机网络建设工作有着积极的促进作用，同时其对于计算机网络安全也有着一定程度上的影响。通过防火墙技术能够收集计算机网络在运行的过程当中的数据传输、信息访问等多方面的内容，同时对收集的信息进行分类分组，借此找出其中存在安全隐患的数据信息，采取针对性的措施进行解决，有效防止这些数据信息影响到计算机网络的安全。除此之外，工作人员在对防火墙之中记录的数据信息进行总结之后，能够明确不同类型的异常数据信息的特点，借此能够有效提高计算机网络风险防控工作的效率和质量。 [4] 

2、防止工作人员访问存在安全隐患的网站

计算机网络安全问题之中有相当一部分是由工作人员进入了存在安全隐患的网站所导致的。通过应用防火墙技术能够对工作人员的操作进行实时监控，一旦发现工作人员即将进入存在安全隐患的网站，防火墙就会立刻发出警报，借此有效防止工作人员误入存在安全隐患的网站，有效提高访问工作的安全性。 [4] 

3、控制不安全服务

计算机网络在运行的过程当中会出现许多不安全服务，这些不安全服务会严重影响到计算机网络的安全。通过应用防火墙技术能够有效降低工作人员的实际操作风险，其能够将不安全服务有效拦截下来，有效防止非法攻击对计算机网络安全造成影响。此外，通过防火墙技术还能够实现对计算机网络之中的各项工作进行实施监控，借此使得计算机用户的各项工作能够在一个安全可靠的环境之下进行，有效防止因为计算机网络问题给用户带来经济损失。 [4] 

防火墙的英文名为“FireWall”，它是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。 [5] 

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。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喜爱；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。

防火墙是现代网络安全防护技术中的重要构成内容，可以有效地防护外部的侵扰与影响。随着网络技术手段的完善，防火墙技术的功能也在不断地完善，可以实现对信息的过滤，保障信息的安全性。防火墙就是一种在内部与外部网络的中间过程中发挥作用的防御系统，具有安全防护的价值与作用，通过防火墙可以实现内部与外部资源的有效流通，及时处理各种安全隐患问题，进而提升了信息数据资料的安全性。防火墙技术具有一定的抗攻击能力，对于外部攻击具有自我保护的作用，随着计算机技术的进步防火墙技术也在不断发展。 [3] 

（1）过滤型防火墙

过滤型防火墙是在网络层与传输层中，可以基于数据源头的地址以及协议类型等标志特征进行分析，确定是否可以通过。在符合防火墙规定标准之下，满足安全性能以及类型才可以进行信息的传递，而一些不安全的因素则会被防火墙过滤、阻挡。 [3] 

（2）应用代理类型防火墙

应用代理防火墙主要的工作范围就是在OSI的最高层，位于应用层之上。其主要的特征是可以完全隔离网络通信流，通过特定的代理程序就可以实现对应用层的监督与控制。这两种防火墙是应用较为普遍的防火墙，其他一些防火墙应用效果也较为显著，在实际应用中要综合具体的需求以及状况合理的选择防火墙的类型，这样才可以有效地避免防火墙的外部侵扰等问题的出现。 [3] 

（3）复合型

截至2018年应用较为广泛的防火墙技术当属复合型防火墙技术，综合了包过滤防火墙技术以及应用代理防火墙技术的优点，譬如发过来的安全策略是包过滤策略，那么可以针对报文的报头部分进行访问控制；如果安全策略是代理策略，就可以针对报文的内容数据进行访问控制，因此复合型防火墙技术综合了其组成部分的优点，同时摒弃了两种防火墙的原有缺点，大大提高了防火墙技术在应用实践中的灵活性和安全性。 [6] 

1、包过滤技术

防火墙的包过滤技术一般只应用于OSI7层的模型网络层的数据中，其能够完成对防火墙的状态检测，从而预先可以把逻辑策略进行确定。逻辑策略主要针对地址、端口与源地址，通过防火墙所有的数据都需要进行分析，如果数据包内具有的信息和策略要求是不相符的，则其数据包就能够顺利通过，如果是完全相符的，则其数据包就被迅速拦截。计算机数据包传输的过程中，一般都会分解成为很多由目的地址等组成的一种小型数据包，当它们通过防火墙的时候，尽管其能够通过很多传输路径进行传输，而最终都会汇合于同一地方，在这个目地点位置，所有的数据包都需要进行防火墙的检测，在检测合格后，才会允许通过，如果传输的过程中，出现数据包的丢失以及地址的变化等情况，则就会被抛弃。 [2] 

2、加密技术

计算机信息传输的过程中，借助防火墙还能够有效的实现信息的加密，通过这种加密技术，相关人员就能够对传输的信息进行有效的加密，其中信息密码是信息交流的双方进行掌握，对信息进行接受的人员需要对加密的信息实施解密处理后，才能获取所传输的信息数据，在防火墙加密技术应用中，要时刻注意信息加密处理安全性的保障。在防火墙技术应用中，想要实现信息的安全传输，还需要做好用户身份的验证，在进行加密处理后，信息的传输需要对用户授权，然后对信息接收方以及发送方要进行身份的验证，从而建立信息安全传递的通道，保证计算机的网络信息在传递中具有良好的安全性，非法分子不拥有正确的身份验证条件，因此，其就不能对计算机的网络信息实施入侵。 [2] 

3、防病毒技术

防火墙具有着防病毒的功能，在防病毒技术的应用中，其主要包括病毒的预防、清除和检测等方面。防火墙的防病毒预防功能来说，在网络的建设过程中，通过安装相应的防火墙来对计算机和互联网间的信息数据进行严格的控制，从而形成一种安全的屏障来对计算机外网以及内网数据实施保护。计算机网络要想进行连接，一般都是通过互联网和路由器连接实现的，则对网络保护就需要从主干网的部分开始，在主干网的中心资源实施控制，防止服务器出现非法的访问，为了杜绝外来非法的入侵对信息进行盗用，在计算机连接的端口所接入的数据，还要进行以太网和IP地址的严格检查，被盗用IP地址会被丢弃，同时还会对重要信息资源进行全面记录，保障其计算机的信息网络具有良好安全性。 [2] 

4、代理服务器

代理服务器是防火墙技术引用比较广泛的功能，根据其计算机的网络运行方法可以通过防火墙技术设置相应的代理服务器，从而借助代理服务器来进行信息的交互。在信息数据从内网向外网发送时，其信息数据就会携带着正确IP，非法攻击者能够分局信息数据IP作为追踪的对象，来让病毒进入到内网中，如果使用代理服务器，则就能够实现信息数据IP的虚拟化，非法攻击者在进行虚拟IP的跟踪中，就不能够获取真实的解析信息，从而代理服务器实现对计算机网络的安全防护。另外，代理服务器还能够进行信息数据的中转，对计算机内网以及外网信息的交互进行控制，对计算机的网络安全起到保护。 [2] 

防火墙是为加强网络安全防护能力在网络中部署的硬件设备，有多种部署方式，常见的有桥模式、网关模式和NAT模式等。 [5] 

1、桥模式

桥模式也可叫作透明模式。最简单的网络由客户端和服务器组成，客户端和服务器处于同一网段。为了安全方面的考虑，在客户端和服务器之间增加了防火墙设备，对经过的流量进行安全控制。正常的客户端请求通过防火墙送达服务器，服务器将响应返回给客户端，用户不会感觉到中间设备的存在。工作在桥模式下的防火墙没有IP地址，当对网络进行扩容时无需对网络地址进行重新规划，但牺牲了路由、VPN等功能。 [5] 

2、网关模式

网关模式适用于内外网不在同一网段的情况，防火墙设置网关地址实现路由器的功能，为不同网段进行路由转发。网关模式相比桥模式具备更高的安全性，在进行访问控制的同时实现了安全隔离，具备了一定的私密性。 [5] 

3、NAT模式

NAT（Network Address Translation）地址翻译技术由防火墙对内部网络的IP地址进行地址翻译，使用防火墙的IP地址替换内部网络的源地址向外部网络发送数据；当外部网络的响应数据流量返回到防火墙后，防火墙再将目的地址替换为内部网络的源地址。NAT模式能够实现外部网络不能直接看到内部网络的IP地址，进一步增强了对内部网络的安全防护。同时，在NAT模式的网络中，内部网络可以使用私网地址，可以解决IP地址数量受限的问题。 [5] 

如果在NAT模式的基础上需要实现外部网络访问内部网络服务的需求时，还可以使用地址/端口映射（MAP）技术，在防火墙上进行地址/端口映射配置，当外部网络用户需要访问内部服务时，防火墙将请求映射到内部服务器上；当内部服务器返回相应数据时，防火墙再将数据转发给外部网络。使用地址/端口映射技术实现了外部用户能够访问内部服务，但是外部用户无法看到内部服务器的真实地址，只能看到防火墙的地址，增强了内部服务器的安全性。 [5] 

4、高可靠性设计

防火墙都部署在网络的出入口，是网络通信的大门，这就要求防火墙的部署必须具备高可靠性。一般IT设备的使用寿命被设计为3至5年，当单点设备发生故障时，要通过冗余技术实现可靠性，可以通过如虚拟路由冗余协议（VRRP）等技术实现主备冗余。到2019年为止，主流的网络设备都支持高可靠性设计。 [5] 

1、内网中的防火墙技术

防火墙在内网中的设定位置是比较固定的，一般将其设置在服务器的入口处，通过对外部的访问者进行控制，从而达到保护内部网络的作用，而处于内部网络的用户，可以根据自己的需求明确权限规划，使用户可以访问规划内的路径。总的来说，内网中的防火墙主要起到以下两个作用：一是认证应用，内网中的多项行为具有远程的特点，只有在约束的情况下，通过相关认证才能进行；二是记录访问记录，避免自身的攻击，形成安全策略。 [3] 

2、外网中的防火墙技术

应用于外网中的防火墙，主要发挥其防范作用，外网在防火墙授权的情况下，才可以进入内网。针对外网布设防火墙时，必须保障全面性，促使外网的所有网络活动均可在防火墙的监视下，如果外网出现非法入侵，防火墙则可主动拒绝为外网提供服务。基于防火墙的作用下，内网对于外网而言，处于完全封闭的状态，外网无法解析到内网的任何信息。防火墙成为外网进入内网的唯一途径，所以防火墙能够详细记录外网活动，汇总成日志，防火墙通过分析日常日志，判断外网行为是否具有攻击特性。 [3] 

随着网络技术的不断发展，防火墙相关产品和技术也在不断进步。 [7] 

（1）防火墙的产品发展趋势

截至2018年，就防火墙产品而言，新的产品有：智能防火墙、分布式防火墙和网络产品的系统化应用等。 [7] 

智能防火墙：在防火墙产品中加入人工智能识别技术，不但提高防火墙的安全防范能力，而且由于防火墙具有自学习功能，可以防范来自网络的最新型攻击。 [7] 

分布式防火墙：一种全新的防火墙体系结构。网络防火墙、主机防火墙和管理中心是分布式防火墙的构成组件。传统防火墙实际上是在网络边缘上实现防护的防火墙，而分布式防火墙则在网络内部增加了另外一层安全防护。分布式防火墙的优点有：支持移动计算；支持加密和认证功能，与网络拓扑无关等。 [7] 

网络产品的系统化应用：主要是指某些厂商的安全产品直接与防火墙进行融合，打包销售。另外，有些厂商的产品之间虽然各自独立，当各个产品之间可以进行通信。 [7] 

（2）防火墙的技术发展趋势

包过滤技术作为防火墙技术中最核心的技术之一，自身具有比较明显的缺点：不具备身份验证机制和用户角色配置功能。因此，一些产品开发商就将AAA认证系统集成到防火墙中，确保防火墙具备支持基于用户角色的安全策略功能。多级过滤技术就是在防火墙中设置多层过滤规则。在网络层，利用分组过滤技术拦截所有假冒的IP源地址和源路由分组；根据过滤规则，传输层拦截所有禁止出/入的协议和数据包；在应用层，利用FTP、SMTP等网关对各种Internet的服务进行监测和控制。 [7] 

综合来讲，上述技术都是对已有防火墙技术的有效补充，是提升已有防火墙技术的弥补措施。 [7] 

（3）防火墙的体系结构发展趋势

随着软硬件处理能力、网络带宽的不断提升，防火墙的数据处理能力也在得到提升。尤其近几年多媒体流技术（在线视频）的发展，要求防火墙的处理时延必须越来越小。基于以上业务需求，防火墙制造商开发了基于网络处理器和基于ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits,专用集成电路)的防火墙产品。基于网络处理器的防火墙本质上还是依赖于软件系统的解决方案，因此软件性能的好坏直接影响防火墙的性能。而基于ASIC的防火墙产品具有定制化、可编程的硬件芯片以及与之相匹配的软件系统，因此性能的优越性不言而喻，可以很好地满足客户对系统灵活性和高性能的要求。