1、 本文由 yin528855 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。计算机防火墙技术论文毕 业 论 文计算机防火墙技术姓 学名： 号：指导老师： 系 专 班 名： 业： 级：二零一零年十一月十五日1计算机防火墙技术论文摘要因特网的迅猛发展给人们的生活带来了极大的方便，但同时因特网也面临 着空前的威胁。因此，如何使用有效可行的方法使网络危险降到人们可接受的范 围之内越来越受到人们的关注。而如何实施防范策略，首先取决于当前系统的安 全性。所以对网络安全的各独立元素防火墙、漏洞扫描、入侵检测和反病毒 等进行风险评估是很有必要的。 防火墙技术作
2、为时下比较成熟的一种网络安全技术， 其安全性直接关系到用 户的切身利益。针对网络安全独立元素防火墙技术，通过对防火墙日志文件 的分析，设计相应的数学模型和软件雏形，采用打分制的方法，判断系统的安全 等级， 实现对目标网络的网络安全风险评估， 为提高系统的安全性提供科学依据。 对网络安全的威胁主要表现在：非授权访问，冒充合法用户，破坏数据完整性， 干扰系统正常运行，利用网络传播病毒，线路窃听等方面。这以要求我们与 Internet 互连所带来的安全性问题予以足够重视。计算机网络技术的飞速发展 使网络安全问题日益突出,而防火墙是应用最广泛的安全产品。本文阐述了网络 防火墙的工作原理并对传统防火墙的
3、利弊进行了对比分析,最后结合计算机科学 其它领域的相关新技术,提出了新的防火墙技术,并展望了其发展前景。关键词： 关键词 ：包过滤 智能防火墙应用层网关分布式防火墙监测型防火墙 嵌入式防火墙网络安全，防火墙，防范策略，发展趋势2计算机防火墙技术论文摘要 1 第一章 引言 4 1.1 研究背景 4 1.2 研究目的 4 1.3 论文结构 5 第二章 网络安全 6 2.1 网络安全问题 6 2.1.1 网络安全面临的主要威胁 6 2.1.2 影响网络安全的因素 6 2.2 网络安全措施 7 2.2.1 完善计算机安全立法 7 2.2.2 网络安全的关键技术 7 2.3 制定合理的网络管理措施 8
4、第三章 防火墙概述 9 3.1 防火墙的概念 9 3.1.1 传统防火墙介绍 9 3.1.2 智能防火墙简介 10 3.2 防火墙的功能 11 3.2.1 防火墙的主要功能 11 3.2.2 入侵检测功能 11 3.2.3 虚拟专网功能 12 3.2.4 其他功能 12 3.3 防火墙的原理及分类 13 3.3.1 包过滤防火墙 13 3.3.2 应用级代理防火墙 13 3.3.3 代理服务型防火墙 14 3.3.4 复合型防火墙 14 3.4 防火墙包过滤技术 14 3.4.1 数据表结构 15 3.4.2 传统包过滤技术 16 3.4.3 动态包过滤 17 3.4.4 深度包检测 17 3
5、.4.5 流过滤技术 18 第四章 防火墙的配置 20 4.1 硬件连接与实施 20 4.2 防火墙的特色配置 20 4.3 软件的配置与实施 21 第五章 防火墙发展趋势 23 5.1 防火墙包过滤技术发展趋势 23 5.2 防火墙的体系结构发展趋势 24 5.3 防火墙的系统管理发展趋势 24 结论 25 参考文献 26 致谢 273计算机防火墙技术论文第一章1.1 研究背景引言随着互联网的普及和发展，尤其是 Internet 的广泛使用，使计算机应用更 加广泛与深入。同时，我们不得不注意到，网络虽然功能强大，也有其脆弱易受 到攻击的一面。据美国 FBI 统计，美国每年因网络安全问题所造成
6、的经济损失高 达 75 亿美元，而全求平均每 20 秒钟就发生一起 Internet 计算机侵入事件1。 在我国，每年因黑客入侵、计算机病毒的破坏也造成了巨大的经济损失。人们在 利用网络的优越性的同时，对网络安全问题也决不能忽视。如何建立比较安全的 网络体系，值得我们关注研究。1.2 研究目的为了解决互联网时代个人网络安全的问题，近年来新兴了防火墙技术2。 防火墙具有很强的实用性和针对性， 它为个人上网用户提供了完整的网络安全解 决方案，可以有效地控制个人电脑用户信息在互联网上的收发。用户可以根据自 己的需要，通过设定一些参数，从而达到控制本机与互联网之间的信息交流阻止 恶性信息对本机的攻击，
7、比如 ICMPnood 攻击、聊天室炸弹、木马信息破译并修 改邮件密码等等。而且防火墙能够实时记录其它系统试图对本机系统的访问，使 计算机在连接到互联网的时候避免受到网络攻击和资料泄漏的安全威胁。 防火墙 可以保护人们在网上浏览时免受黑客的攻击，实时防范网络黑客的侵袭，还可以 根据自己的需要创建防火墙规则， 控制互联网到 PC 以及 PC 到互联网的所有连接， 并屏蔽入侵企图。防火可以有效地阻截各种恶意攻击、保护信息的安全;信息泄 漏拦截保证安全地浏览网页、遏制邮件病毒的蔓延;邮件内容检测可以实时监视 邮件系统，阻挡一切针对硬盘的恶意活动。 个人防火墙就是在单机 Windows 系统上，采取一
8、些安全防护措施，使得本机 的息得到一定的保护。个人防火墙是面向单机操作系统的一种小型安全防护软 件，按一定的规则对 TCP，UDP，ICMP 和 IGMP 等报文进行过滤，对网络的信息流 和系统进程进行监控，防止一些恶意的攻击。目前市场上大多数的防火墙产品仅 仅是网关的，虽然它们的功能相当强大，但由于它们基于下述的假设:内部网是 安全可靠的，所有的威胁都来自网外。因此，他们防外不防内，难以实现对企业 内部局域网内主之间的安全通信， 也不能很好的解决每一个拨号上网用户所在主 机的安全问题，而多数个人上网之时，并没有置身于得到防护的安全网络内部。 个人上网用户多使用 Windows 操作系统，而
9、Windows 操作系统，特别是4计算机防火墙技术论文WindowsXP 系统，本身的安全性就不高。各种 Windows 漏洞不断被公布，对主机 的攻击也越来越多。 一般都是利用操作系统设计的安全漏洞和通信协议的安全漏 洞来实现攻击。如假冒 IP 包对通信双方进行欺骗:对主机大量发送正数据包3 进行轰炸攻击，使之际崩溃;以及蓝屏攻击等。因此，为了保护主机的安全通信， 研制有效的个人防火墙技术很有必要。 所谓的防火墙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 1 。它可通过监测、限制、更改跨 越防火墙的数据流,尽可能地对外部屏蔽网络内部的信息、
10、结构和运行状况, 以 此来实现网络的安全保护。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。一个高效可靠的防火墙必须具有以下典型的特性: 1 从里到外和从外到里的所有通信都必须通过防火墙； 2 只有本地安全策略授权的通信才允许通过； 3 防火墙本身是免疫的,不会被穿透的。 防火墙的基本功能有:过滤进出网络的数据；管理进出网络的访问行为；封 堵某些禁止的业务； 记录通过防火墙的信息内容和活动；对网络攻击进行检测 和报警1.3 论文结构在论文中接下来的几章里，将会有下列安排: 第二章，分析研究网络安全问
11、题，网络安全面临的主要威胁，影响网络安 全的因素，及保护网络安全的关键技术。 第三章， 介绍防火墙的相关技术， 如防火墙的原理、 功能、 包过滤技术等;。 第四章，以 H3CH3C 的 F100 防火墙为例，介绍防火墙配置方法。 第五章，系统阐述防火墙发展趋势。5计算机防火墙技术论文第二章 网络安全2.1 网络安全问题安全，通常是指只有被授权的人才能使用其相应资源的一种机制。我国对于 计算机安全的定义是：“计算机系统的硬件、软件、数据受到保护，不因偶然的 或恶意的原因而遭到破坏、更改、显露，系统能连续正常运行。 ” 从技术讲，计算机安全分为 3 种： 1）实体的安全。它保证硬件和软件本身的安全
12、。 2）运行环境的安全性。它保证计算机能在良好的环境里持续工作。 3）信息的安全性。它保障信息不会被非法阅读、修改和泄漏。 随着网络的发展，计算机的安全问题也延伸到了计算机网络。 2.1.1 网络安全面临的主要威胁 一般认为，计算机网络系统的安全威胁主要来自计算机病毒、黑客的攻击和 拒绝服务攻击三个方面。 1）计算机病毒的侵袭。当前，活性病毒达 14000 多种，计算机病毒侵入 网络，对网络资源进行破坏，使网络不能正常工作，甚至造成整个网络的瘫痪。 2）黑客侵袭。即黑客非法进入网络非法使用网络资源。例如通过隐蔽通 道进行非法活动；采用匿名用户访问进行攻击；通过网络监听获取网上用户账号 和密码；
13、非法获取网上传输的数据；突破防火墙等。 3）拒绝服务攻击。例如“点在邮件炸弹” ，它的表现形式是用户在很短 的时间内收到大量无用的电子邮件，从而影响正常业务的运行。严重时会使系统 关机，网络瘫痪。 具体讲，网络系统面临的安全威胁主要有如下表现：身份窃取、非授权访 问、数据窃取、拒绝服务、病毒与恶意攻击、冒充合法用户等。 2.1.2 影响网络安全的因素 1）单机安全 购买单机时，型号的选择；计算机的运行环境（电压、湿度、防尘条件、 强电磁场以及自然灾害等） ；计算机的操作等等，这些都是影响单机安全性 的因素。 2）网络安全 影响网络安全的因素有：节点的安全、数据的安全（保存和传输方面） 、 文件
14、的安全等。6计算机防火墙技术论文2.2网络安全措施网络信息安全涉及方方面面的问题，是一个复杂的系统。一个完整的网络信息安全体系至少应包括三类措施：一是法律政策、规章制度以及安全教育等外 部软环境。二是技术方面，如信息加密存储传输、身份认证、防火墙技术、网络 防毒等。三是管理措施，包括技术与社会措施。主要措施有：提供实时改变安全 策略的能力、实时监控企业安全状态、对现有的安全系统实施漏洞检查等，以防 患于未然。 这三者缺一不可， 其中， 法律政策是安全的基石， 技术是安全的保障， 管理和审计是安全的防线。 2.2.1 完善计算机安全立法 我国先后出台的有关网络安全管理的规定和条例。但目前，在这方
15、面的立 法还远不能适应形势发展的需要,应该在对控制计算机犯罪的国内外立法评价的 基础上，完善我国计算机犯罪立法，以便为确保我国计算机信息网络健康有序的 发展提供强有力的保障。 2.2.2 网络安全的关键技术 (1) 数据加密 加密就是把明文变成密文，从而使未被授权的人看不懂它。有两种主要的 加密类型：私匙加密和公匙加密。 (2)认证 对合法用户进行认证可以防止非法用户获得对公司信息系统的访问，使用 认证机制还可以防止合法用户访问他们无权查看的信息。 (3) 防火墙技术 防火墙就是用来阻挡外部不安全因素影响的内部网络屏障，其目的就是防 止外部网络用户未经授权的访问。目前，防火墙采取的技术，主要是
16、包过滤、应 用网关、子网屏蔽等。但是，防火墙技术在网络安全防护方面也存在一些不足： 防火墙不能防止内部攻击防火墙不能取代杀毒软件； 防火墙不易防止反弹端口木 马攻击等。 (4)检测系统 入侵检测技术是网络安全研究的一个热点，是一种积极主动的安全防护技 术，提供了对内部入侵、外部入侵和误操作的实时保护，在网络系统受到危害之 前拦截相应入侵。 随着时代的发展，入侵检测技术将朝着三个方向发展:分布式入侵检测、智 能化入侵检测和全面的安全防御方案。7计算机防火墙技术论文(5)防病毒技术 随着计算机技术的发展，计算机病毒变得越来越复杂和高级，计算机病毒 防范不仅仅是一个产品、一个策略或一个制度，它是一个
17、汇集了硬件、软件、网 络、以及它们之间相互关系和接口的综合系统。 (6) 文件系统安全 在网络操作系统中，权限是一个关键性的概念，因为访问控制实现在两个 方面：本地和远程。建立文件权限的时候，必须在 Windows 2000 中首先实行新 技术文件系统（New Technology File System，NTFS） 。一旦实现了 NTFS，你 可以使用 Windows 资源管理器在文件和文件夹上设置用户级别的权限。 你需要了 解可以分配什么样的权限，还有日常活动期间一些规则是处理权限的。Windows 2000 操作系统允许建立复杂的文件和文件夹权限，你可以完成必要的访问控制。2.3制定合理
18、的网络管理措施（1）加强网络用户及有关人员的安全意识、职业道德和事业心、责任心的培养教育以及相关技术培训。 （2）建立完善的安全管理体制和制度，以起到对管理人员和操作人员鼓励 和监督的作用。 （3）管理措施要标准化、规范化和科学化。8计算机防火墙技术论文第三章防火墙概述随着 Internet 的迅速发展，网络应用涉及到越来越多的领域，网络中各类 重要的、敏感的数据逐渐增多;同时由于黑客入侵以及网络病毒的问题，使得网 络安全问题越来越突出。因此，保护网络资源不被非授权访问，阻止病毒的传播 感染显得尤为重要。就目前而言，对于局部网络的保护，防火墙仍然不失为一种 有效的手段，防火墙技术主要分为包过滤
19、和应用代理两类。其中包过滤作为最早 发展起来的一种技术，其应用非常广泛。3.1 防火墙的概念防火墙是设置在被保护网络和外部网络之间的一道屏障，以防止发生不可 预测的、潜在破坏性的侵入。防火墙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。防火墙提供信息安全服务，是实现网络和 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，它
20、有效地监控了内部网络和互联网之间的任何活动，保证了内部网络的 安全。 3.1.1 传统防火墙介绍 目前的防火墙技术无论从技术上还是从产品发展历程上，都经历了五个发 展历程。图 1 表示了防火墙技术的简单发展历史。图 1第一代防火墙 第 一 代 防 火 墙 技 术 几 乎 与 路 由 器 同 时 出 现 ， 采 用 了 包 过 滤 （ Packet filter）技术。 二代、第三代防火墙 第二代、第三代防火墙1989 年，贝尔实验室的 Dave Presotto 和 Howard Trickey 推9计算机防火墙技术论文出了第二代防火墙，即电路层防火墙，同时提出了第三代防火墙 应用层防火墙（代
21、理防火墙）的初步结构。第四代防火墙 1992 年，USC 信息科学院的 BobBraden 开发出了基于动态包过滤（Dynamic packet filter ） 技 术 的 第 四 代 防 火 墙 ， 后 来 演 变 为 目 前 所 说 的 状 态 监 视 （Stateful inspection）技术。1994 年，以色列的 CheckPoint 公司开发出了 第一个采用这种技术的商业化的产品。 第五代防火墙 1998 年，NAI 公司推出了一种自适应代理（Adaptive proxy）技术，并在 其产品 Gauntlet Firewall for NT 中得以实现，给代理类型的防火墙赋予
22、了全 新的意义，可以称之为第五代防火墙。5 5 但传统的防火墙并没有解决目前网络中主要的安全问题。 目前网络安全的 三大主要问题是:以拒绝访问(DDOS)为主要代表的网络攻击，以蠕虫(Worm)为主 要代表的病毒传播和以垃圾电子邮件(SPAM)为代表的内容控制。 这三大安全问题 占据网络安全问题九成以上。而这三大问题，传统防火墙都无能为力。主要有以 下三个原因: 一是传统防火墙的计算能力的限制。 传统的防火墙是以高强度的检查为代 价，检查的强度越高，计算的代价越大。二是传统防火墙的访问控制机制是一个 简单的过滤机制。它是一个简单的条件过滤器，不具有智能功能，无法检测复杂 的攻击。三是传统的防火
23、墙无法区分识别善意和恶意的行为。该特征决定了传统 的防火墙无法解决恶意的攻击行为。 现在防火墙正在向分布、智能的方向发展，其中智能防火墙可以很好的解 决上面的问题。 3.1.2 智能防火墙简介 智能防火墙6是相对传统的防火墙而言的，从技术特征上智能防火墙是利 用统计、记忆、概率和决策的智能方法来对数据进行识别，并达到访问控制的目 的。新的数学方法，消除了匹配检查所需要的海量计算，高效发现网络行为的特 征值，直接进行访问控制。由于这些方法多是人工智能学科采用的方法，因此， 又称为智能防火墙。10计算机防火墙技术论文3.2防火墙的功能3.2.1 防火墙的主要功能 1包过滤。 包过滤是一种网络的数据
24、安全保护机制， 它可用来控制流出和流入网络的数 据，它通常由定义的各条数据安全规则所组成，防火墙设置可基于源地址、源端 口、目的地址、目的端口、协议和时间;可根据地址簿进行设置规则。 2地址转换。 网络地址变换是将内部网络或外部网络的 IP 地址转换，可分为源地址转换 Source NAT(SNAT)和目的地址转换 Destination NAT(DNAT)。SNAT 用于对内部网 络地址进行转换，对外部网络隐藏起内部网络的结构，避免受到来自外部其他网 络的非授权访问或恶意攻击。 并将有限的 IP 地址动态或静态的与内部 IP 地址对 应起来，用来缓解地址空间的短缺问题，节省资源，降低成本。D
25、NAT 主要用于 外网主机访问内网主机。 3认证和应用代理。 认证指防火墙对访问网络者合法身分的确定。 代理指防火墙内置用户认证数 据库;提供 HTTP、FTP 和 SMTP 代理功能，并可对这三种协议进行访问控制;同时 支持 URL 过滤功能。 4透明和路由 指防火墙将网关隐藏在公共系统之后使其免遭直接攻击。隐蔽智能网关提 供了对互联网服务进行几乎透明的访问， 同时阻止了外部未授权访问者对专用网 络的非法访问;防火墙还支持路由方式，提供静态路由功能，支持内部多个子网 之间的安全访问。 3.2.2 入侵检测功能 入侵检测技术7就是一种主动保护自己免受黑客攻击的一种网络安全技 术，包括以下内容:
26、 1.反端口扫描。端口扫描就是指黑客通过远程端口扫描的工具，从中发现主 机的哪些非常用端口是打开的;是否支持 FTP、 服务;且 FTP 服务是否支持 Web “匿 名” ，以及 IIS 版本，是否有可以被成功攻破的 IIS 漏洞，进而对内部网络的主 机进行攻击。 顾名思义反端口扫描就是防范端口扫描的方法， 目前常用的方法有: 关闭闲置和有潜在危险的端口;检查各端口，有端口扫描的症状时，立即屏蔽该 端口，多数防火墙设备采用的都是这种反端口扫描方式。 2.检测拒绝服务攻击。拒绝服务(DoS)攻击就是利用合理的服务请求来占用 过多的服务资源，从而使合法用户无法得到服务的响应，其攻击方式有很多种;1
27、1计算机防火墙技术论文而分布式的拒绝服务攻击(DDoS)攻击手段则是在传统的 DoS 攻击基础之上产生 的一类攻击方式，分布式的拒绝服务攻击(DDoS)。其原理很简单，就是利用更多 的受控主机同时发起进攻，以比 DoS 更大的规模(或者说以更高于受攻主机处理 能力的进攻能力)来进攻受害者。现在的防火墙设备通常都可检测 Synflod、 Land、Ping of Death、TearDrop、ICMP flood 和 UDPflod 等多种 DOS/DDOS 攻 击。 3. 检 测 多 种 缓 冲 区 溢 出 攻 击 (Buffer Overflow) 。 缓 冲 区 溢 出 (Buffer O
28、verflow)攻击指利用软件的弱点将任意数据添加进某个程序中，造成缓冲区的 溢出，从而破坏程序的堆栈，使程序转而执行其它指令，以达到攻击的目的。更 为严重的是，可以利用它执行非授权指令，甚至可以取得系统特权，进而进行各 种非法操作，防火墙设备可检测对 FTP、Telnet、SSH、RPC 和 SMTP 等服务的远 程堆栈溢出入侵。 4.检测 CGI/IIS 服务器入侵。CGI 就是 Common Gateway Interface 的 简称。是 World Wide Web 主机和 CGI 程序间传输资讯的定义。IIS 就是 Internet Information server 的简称，也
29、就是微软的 Internet 信息服务器。防火墙设备 可检测包括针对 Unicode、ASP 源码泄漏、PHF、NPH、pfdisPlay.cgi 等已知上 百种的有安全隐患的 CGI/IIS 进行的探测和攻击方式。 5.检测后门、木马及其网络蠕虫。后门程序是指采用某种方法定义出一个 特殊的端口并依靠某种程序在机器启动之前自动加载到内存， 强行控制机器打开 那个特殊的端口的程序。 木马程序的全称是 “特洛依木马” 它们是指寻找后门、 ， 窃取计算机的密码的一类程序。网络蠕虫病毒分为 2 类，一种是面向企业用户和 局域网而一言，这种病毒利用系统漏洞，主动进行攻击，可以对整个互联网造成 瘫痪性的后
30、果，以“红色代码” ， “尼姆达” ，以及最新的“sql 蠕虫王”为代 表。另外一种是针对个人用户的，通过网络(主要是电子邮件，恶意网页形式) 迅速传播的蠕虫病毒，以爱虫病毒，求职信病毒为例。防火墙设备可检测试图穿 透防火墙系统的木马控制端和客户端程序;检测试图穿透防火墙系统的蠕虫程 序。 3.2.3 虚拟专网功能 指在公共网络中建立专用网络，数据通过安全的“加密通道”在公共网络 中传播。VPN 的基本原理是通过 IP 包的封装及加密、认证等手段，从而达到安 全的目的。 3.2.4 其他功能 1.IP 地址/MAC 地址绑定。可支持任一网络接口的 IP 地址和 MAC 地址的绑12计算机防火墙
31、技术论文定，从而禁止用户随意修改 IP 地址。 2.审计。要求对使用身份标识和认证的机制，文件的创建，修改，系统管 理的所有操作以及其他有关安全事件进行记录，以便系统管理员进行安全跟踪。 一般防火墙设备可以提供三种日志审计功能:系统管理日志、流量日志和入侵日 志。 3.特殊站点封禁。内置特殊站点数据库，用户可选择是否封禁色情、反动 和暴力等特殊站点。3.3防火墙的原理及分类国际计算机安全委员会 ICSA 将防火墙分成三大类:包过滤防火墙， 应用级代理服务器8以及状态包检测防火墙。 3.3.1 包过滤防火墙 顾名思义，包过滤防火墙9就是把接收到的每个数据包同预先设定的包过 滤规则相比较，从而决定
32、是否阻塞或通过。过滤规则是基于网络层 IP 包包头信 息的比较。包过滤防火墙工作在网络层，IP 包的包头中包含源、目的 IP 地址， 封装协议类型(TCP，UDP，ICMP 或 IP Tunnel)，TCP/UDP 端口号，ICMP 消息类型， TCP 包头中的 ACK 等等。如果接收的数据包与允许转发的规则相匹配，则数据包 按正常情况处理;如果与拒绝转发的规则相匹配， 则防火墙丢弃数据包;如果没有 匹配规则，则按缺省情况处理。包过滤防火墙是速度最快的防火墙，这是因为它 处于网络层，并且只是粗略的检查连接的正确性，所以在一般的传统路由器上就 可以实现，对用户来说都是透明的。但是它的安全程度较低
33、，很容易暴露内部网 络，使之遭受攻击。例如，HTTP。通常是使用 80 端口。如果公司的安全策略允 许内部员工访问网站，包过滤防火墙可能设置允所有 80 端口的连接通过，这时， 意识到这一漏洞的外部人员可以在没有被认证的情况下进入私有网络。 包过滤防 火墙的维护比较困难，定义过滤规则也比较复杂，因为任何一条过滤规则的不完 善都会给网络黑客造成可乘之机。 同时， 包过滤防火墙一般无法提供完善的日志。 3.3.2 应用级代理防火墙 应用级代理技术通过在 OSI 的最高层检查每一个 IP 包， 从而实现安全策略。 代理技术与包过滤技术完全不同，包过滤技术在网络层控制所有的信息流，而代 理技术一直处理
34、到应用层，在应用层实现防火墙功能。它的代理功能，就是在防 火墙处终止客户连接并初始化一个新的连接到受保护的内部网络。 这一内建代理13计算机防火墙技术论文机制提供额外的安全，这是因为它将内部和外部网络隔离开来，使网络外部的黑 客在防火墙内部网络上进行探测变得困难， 更重要的是能够让网络管理员对网络 服务进行全面的控制。但是，这将花费更多的处理时间，并且由于代理防火墙支 持的应用有限，每一种应用都需要安装和配置不同的应用代理程序。比如访问 WEB 站点的 HTTP，用于文件传输的 FTP，用于 E 一 MAIL 的 SMTP/POP3 等等。如 果某种应用没有安装代理程序， 那么该项服务就不被支
35、持并且不能通过防火墙进 行转发;同时升级一种应用时，相应的代理程序也必须同时升级。 3.3.3 代理服务型防火墙 代理服务(Proxy Service)也称链路级网关或 TCP 通道(Circuit Level Gateways or TCP Tunnels)，也有人将它归于应用级网关一类。它是针对数据包 过滤10和应用网关技术存在的缺点而引入的防火墙技术， 其特点是将所有跨越 防火墙的网络通信链路分为两段。防火墙内外计算机系统间应用层的“链接” ， 由两个终止代理服务器上的“链接”来实现，外部计算机的网络链路只能到达代 理服务器，从而起到了隔离防火墙内外计算机系统的作用。此外，代理服务也对
36、过往的数据包进行分析、注册登记，形成报告，同时当发现被攻击迹象时会向网 络管理员发出警报，并保留攻击痕迹。应用代理型防火墙是内部网与外部网的隔 离点，起着监视和隔绝应用层通信流的作用。同时 也常结合入过滤器的功能。它工作在 OSI 模型的最高层，掌握着应用系统中可用 作安全决策的全部信息。 3.3.4 复合型防火墙 由于对更高安全性的要求，常把基于包过滤的方法与基于应用代理的方法 结合起来，形成复合型防火墙产品。这种结合通常是以下两种方案。屏蔽主机防 火墙体系结构，在该结构中，分组过滤路由器或防火墙与 Internet 相连，同时 一个堡垒机安装在内部网络， 通过在分组过滤器路由器或防火墙上过
37、滤规则的设 置，使堡垒机成为 Internet 上其他节点所能到达的唯一节点，这确保了内部网 络不受未授权外部用户的攻击。屏蔽子网防火墙体系结构：堡垒机放在一个子网 内，形成非军事化区，两个分组过滤路由器放在这一子网的两端，使这一子网与 Internet 及内部网络分离。在屏蔽子网防火墙体系结构中，堡垒机和分组过滤 路由器共同构成了整个防火墙的安全基础。3.4防火墙包过滤技术随着 Internet 的迅速发展，网络应用涉及到越来越多的领域，网络中各类14计算机防火墙技术论文重要的、敏感的数据逐渐增多;同时由于黑客入侵以及网络病毒的问题，使得网 络安全问题越来越突出。因此，保护网络资源不被非授权
38、访问，阻止病毒的传播 感染显得尤为重要。就目前而言，对于局部网络的保护，防火墙仍然不失为一种 有效的手段，防火墙技术主要分为包过滤和应用代理两类。其中包过滤作为最早 发展起来的一种技术，其应用非常广泛。 所谓包过滤，就是对流经网络防火墙的所有数据包逐个检查，并依据所制定 的安全策略来决定数据包是通过还是不通过。 包过滤最主要的优点在于其速度与 透明性。也正是由于此。包过滤技术历经发展演变而未被淘汰。 由于其主要是对数据包的过滤操作，所以数据包结构是包过滤技术的基础。 考虑包过滤技术的发展过程， 可以认为包过滤的核心问题就是如何充分利用数据 包中各个字段的信息，并结合安全策略来完成防火墙的功能1
39、1-15 3.4.1 数据表结构 当应用程序用 TCP 传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层 直到被当作一串比特流送入网络。 其中每一层对接收到的数据都要增加一些首部 信息。TCP 传给 IP 的数据单元称作 TCP 报文段(TCP Segment);IP 传给网络接口 层的数据单元称作 IP 数据报(IP Datagram)；通过以太网传输的比特流称作帧 (Frame)。对于进防火墙的数据包，顺序正好与此相反，头部信息逐层剥掉。IP， TCP 首部格式如表 2-1 表 2-2 所示。 表 2-1 IP 首部格式 版本 首部长 服务类型 标识 生存时间 协议 源 IP 地址 目的
40、 IP 地址 选项 标志 首部校验和总 长 度 片偏移表 2-2 TCP 首部格式 源端口号 目的端口号 序列号15计算机防火墙技术论文确认号 首 保 L 部 留 R 长 C T B L P R C B C J H T H TCP 校验和 H J R 窗口大小紧急指针 选项对于帧的头部信息主要是源/目的主机的 MAC 地址;IP 数据报头部信息主要 是源/目的主机的 IP 地址;TCP 头部的主要字段包括源/目的端口、发送及确认序 号、状态标识等。 理论上讲， 数据包所有头部信息以及有效载荷都可以作为判断包通过与否的 依据，但是在实际情况中，包过滤技术上的问题主要是选取哪些字段信息，以及 如何
41、有效地利用这些字段信息并结合访问控制列表来执行包过滤操作， 并尽可能 提高安全控制力度。 3.4.2 传统包过滤技术 传统包过滤技术，大多是在 IP 层实现，它只是简单的对当前正在通过的单 一数据包进行检测，查看源/目的 IP 地址、端口号以及协议类型(UDP/TCP)等， 结合访问控制规则对数据包实施有选择的通过。 这种技术实现简单， 处理速度快， 对应用透明，但是它存在的问题也很多，主要表现有: 1.所有可能会用到的端口都必须静态放开。若允许建立 HTTP 连接，就需 要开放 1024 以上所有端口，这无疑增加了被攻击的可能性。 2.不能对数据传输状态进行判断。如接收到一个 ACK 数据包
42、，就认为这是 一个己建立的连接，这就导致许多安全隐患，一些恶意扫描和拒绝服务攻击就是 利用了这个缺陷。 3.无法过滤审核数据包上层的内容。 即使通过防火墙的数据包有攻击性或 包含病毒代码，也无法进行控制和阻断。 综合上述问题，传统包过滤技术的缺陷在于:(l)缺乏状态检测能力;(2)缺 乏应用防御能力。(3)只对当前正在通过的单一数据包进行检测，而没有考虑前 后数据包之间的联系;(4)只检查包头信息，而没有深入检测数据包的有效载荷。 传统包过滤技术必须发展进化，在继承其优点的前提下，采用新的技术手 段，克服其缺陷，并进一步满足新的安全应用要求。从数据包结构出发考虑，目 前包过滤技术向两个方向发展
43、:(l)横向联系。 即在包检测中考虑前后数据包之间 的关系，充分利用包头信息中能体现此关系的字段，如 IP 首部的标识字段和片16计算机防火墙技术论文偏移字段、TCP 首部的发送及确认序号、滑动窗口的大小、状态标识等，动态执 行数据包过滤。(2)纵向发展。深入检测数据包有效载荷，识别并阻止病毒代码 和基于高层协议的攻击，以此来提高应用防御能力。这两种技术的发展并不是独 立的，动态包过滤可以说是基于内容检测技术的基础。实际上，在深度包检测技 术中己经体现了两种技术的融合趋势。 3.4.3 动态包过滤 动态包过滤16又称为基于状态的数据包过滤，是在传统包过滤技术基础 之上发展起来的一项过滤技术，最
44、早由 Checkpoint 提出。 与传统包过滤技术只检查单个、孤立的数据包不同，动态包过滤试图将数 据包的上下文联系起来， 建立一种基于状态的包过滤机制。 对于新建的应用连接， 防火墙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，这些相关信息构成一个状态表。这样，当一个新的数据包到 达，如果属于已经建立的连接，则检查状态表，参考数据流上下文决定当前数据 包通过与否;如果是新建连接，则检查静态规则表。 动态包过滤通过在内存中动态地建立和维护一个状态表，数据包到达时， 对该数据包的处理方式将综合静态安全规则和数据包所处的状态进行。 这种方法 的好处在于由于不
45、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，使安全性得到进一步地提高。 动态包过滤技术克服了传统包过滤仅仅孤立的检查单个数据包和安全规则 静态不可变的缺陷，使得防火墙的安全控制力度更为细致。 3.4.4 深度包检测 目前许多造成大规模损害的网络攻击，比如红色代码和尼姆达，都是利用 了应用的弱点。利用高层协议的攻击和网络病毒的频繁出现，对防火墙提出了新 的要求。防火墙必须深入检查数据包的内部来确认出恶意行为并阻止它们。
46、深度包检测(Deep Packet Inspection)就是针对这种需求，深入检测数据 包有效载荷，执行基于应用层的内容过滤，以此提高系统应用防御能力。 应用防御的技术问题主要包括:(l)需要对有效载荷知道得更清楚;(2)也需 要高速检查它的能力。 简单的数据包内容过滤对当前正在通过的单一数据包的有效载荷进行扫描 检测，但是对于应用防御的要求而言，这是远远不够的。如一段攻击代码被分割 到 10 个数据包中传输，那么这种简单的对单一数据包的内容检测根本无法对攻17计算机防火墙技术论文击特征进行匹配: 要清楚地知道有效载荷，必须采取有效方法，将单个数据包重 新组合成完整的数据流。应用层的内容过滤
47、要求大量的计算资源，很多情况下高 达 100 倍甚至更高。因而要执行深度包检测，带来的问题必然是性能的下降，这 就是所谓的内容处理障碍。为了突破内容处理障碍，达到实时地分析网络内容和 行为， 需要重点在加速上采取有效的办法。 通过采用硬件芯片和更加优化的算法， 可以解决这个问题。一个深度包检测的流程框图如图 3.1 所示。图 3.1 深度包检测框图 在接收到网络流量后，将需要进行内容扫描的数据流定向到 TCP/IP 堆栈， 其他数据流直接定向到状态检测引擎， 按基本检测方式进行处理。 定向到 TCP/IP 堆栈的数据流，首先转换成内容数据流。服务分析器根据数据流服务类型分离内 容数据流，传送数
48、据流到一个命令解析器中。命令解析器定制和分析每一个内容 协议，分析内容数据流，检测病毒和蠕虫。如果检测到信息流是一个 HTTP 数据 流，则命令解析器检查上载和下载的文件;如果数据是 Mail 类型，则检查邮件的 附件。如果数据流包含附件或上载/下载文件，附件和文件将传输到病毒扫描引 擎，所有其他内容传输到内容过滤引擎。如果内容过滤启动，数据流将根据过滤 的设置进行匹配，通过或拒绝数据。 3.4.5 流过滤技术 流过滤是东软集团提出的一种新型防火墙技术架构，它融基于状态的包过 滤技术与基于内容的深度包检测技术为一体， 提供了一个较好的应用防御解决方 案，它以状态监测技术为基础，但在此基础上进行
49、了改进其基本的原理是:以状 态包过滤的形态实现应用层的保护能力:通过内嵌的专门实现的 TCP/IP 协议栈， 实现了透明的应用信息过滤机制。18计算机防火墙技术论文流过滤技术17的关键在于其架构中的专用 TCP/IP 协议栈:这个协议栈是 一个标准的 TCP 协议的实现， 依据 TCP 协议的定义对出入防火墙的数据包进行了， 完整的重组，重组后的数据流交给应用层过滤逻辑进行过滤，从而可以有效地识 别并拦截应用层的攻击企图。 在这种机制下，从防火墙外部看，仍然是包过滤的形态，工作在链路层或 IP 层，在规则允许下，两端可以直接访问，但是任何一个被规则允许的访问在 防火墙内部都存在两个完全独立的 TCP 会话，数据以“流”的方式从一个会话流 向另一个会话。由于防火墙的应用层策略位于流的中间，因此可以在任何时候代 替服务器或客户端参与应用层的会话， 从而起到了与应用代理防火墙相同的控制 能力。如在对 SMTP 协议的处理中，系统可以在透明网桥的模式下实现完全的对
