防火墙技术全解析

防火墙是一种重要的网络安全设备，它在网络与网络安全领域中扮演着至关重要的角色。以下是关于防火墙技术的全面解析，包括工作原理、类型、优点与缺点等方面的内容。

防火墙的基本概念

防火墙是在一个被认为是安全和可信的内部网和一个被认为不那么安全和可信的外部网（如Internet）之间提供的一个由软件和硬件设备共同组成的安全防御工具。它是不同网络（安全域）之间的唯一出入口，能根据企业的安全政策控制出入网络的信息流，且本身具有很高的抗攻击能力。了解有关防火墙的最重要的概念就是它实现了一种在网络之间执行访问控制策略。

防火墙的主要功能

防火墙的主要功能包括但不限于以下几点：

动态包过滤技术：根据所设置的安全规则动态维护通过防火墙的所有通信的状态（连接），基于连接的过滤。
部署NAT（网络地址变换）：防火墙是部署NAT的理想位置，利用NAT技术，将有限的公有IP地址动态或静态地与内部的私有IP地址进行映射，用以保护内部网络并可以缓解互联网地址空间短缺的问题。
控制不安全的服务：通过设置信任域与不信任域之间数据出入的策略，一个防火墙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。
集中的安全保护：通过以防火墙为中心的安全方案配置，一个子网的所有或大部分需要改动的软件以及附加的安全软件（如口令、加密、身份认证、审计等）能集中地放在防火墙系统中。
加强对网络系统的访问控制：一个防火墙的主要功能是对整个网络的访问控制。
网络连接的日志记录及使用统计：防火墙系统能提供符合规则报文的信息、系统管理信息、系统故障信息的日志记录。
报警功能：如具有邮件通知功能，可以将系统的告警通过发送邮件通知网络管理员。

防火墙的工作原理

防火墙的工作原理主要是根据一定的安全规则来控制流过防火墙的网络包。它可以屏蔽被保护网络内部的信息、拓扑结构和运行状况，从而起到网络安全屏障的作用。一般用来将内部网络与因特网或者其他外部网络互相隔离，限制网络互访，保护内部网络的安全。

包过滤技术

包过滤技术是一种简单、有效的安全控制技术，它通过在网络间相互连接的设备上加载允许、禁止来自某些特定的源地址、目的地址、TCP端口号等规则，对通过设备的数据包进行检查，限制数据包进出内部网络。包过滤的最大优点是对用户透明，传输性能高。但由于安全控制层次在网络层、传输层，安全控制的力度也只限于源地址、目的地址和端口号，因而只能进行较为初步的安全控制。

状态检测技术

状态检测是比包过滤更为有效的安全控制方法。对新建的应用连接，状态检测检查预先设置的安全规则，允许符合规则的连接通过，并在内存中记录下该连接的相关信息，生成状态表。这种方式的好处在于：由于不需要对每个数据包进行规则检查，而是一个连接的后续数据包（通常是大量的数据包）通过散列算法，直接进行状态检查，从而使得性能得到了较大提高；而且，由于状态表是动态的，因而可以有选择地、动态地开通1024号以上的端口，使得安全性得到进一步地提高。

应用代理型防火墙

应用代理型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。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。

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×××、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***，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。

防火墙的类型

防火墙有很多种形式，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。但总体来讲可分为三大类：分组过滤型防火墙、应用代理型防火墙以及状态检测防火墙。细分则还可包括电路中继型、复合型、及加密路由型号等。

分组过滤型防火墙

分组过滤或包过滤(Packet filtering)：通常在路由器上实现，是一种通用、廉价、有效的安全手段，能很大程度地满足企业的安全要求。分组过滤作用在网络层和传输层，它根据分组包头源地址、目的地址和端口号、协议类型等标志确定是否允许数据包通过。只有满足过滤逻辑的数据包才被转发到相应的目的地出口端，其余数据包则被从数据流中丢弃。

应用代理型防火墙

应用代理（Application Proxy）：也叫应用网关（Application Gateway），它作用在应用层，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的通信流。实际中的应用网关通常由一台专用服务器实现。

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。可以说，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。

防火墙的优势与挑战

优势

保护内部网络：防火墙可以阻止未经授权的访问尝试，并帮助防止潜在的网络攻击。
监控和记录：防火墙可以监控网络流量，并记录潜在的安全威胁或其他异常活动。
增强安全性：通过实施严格的访问控制策略和过滤规则，防火墙可以增强网络的安全性。
提供警报：许多现代防火墙具有内置的警报功能，可以在检测到潜在威胁时向管理员发出警告。

挑战

网络安全旁路：防火墙只能对通过它的网络通信包进行访问控制, 对未经过它的网络通信无能为力,例如从内部直接拨号访问外网。
主要安全缺陷包括：防火墙不能完全防止感染病毒的软件或文件传输；防火墙不能防止基于数据驱动式的攻击；防火墙安全机制形成单点故障和特权威胁, 一旦防火墙自身的安全管理失效, 就会对网络造成单点故障和网络安全特权失控；防火墙无法有效防范内部威胁, 处于防火墙保护的内网用户一旦操作失误, 网络攻击者就能利用内部用户发起主动网络连接,从而可以躲避防火墙的安全控制。