大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：防火墙技术的分析与研究
层 次： 专科起点本科
专 业： 计算机科学与技术
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月30日
科学技术的飞速发展，人们已经生活在信息时代。计算机技术和网络技术深入到社会的各个领域，因特网把“地球村”的居民紧密地连在了一起。近年来因特网的飞速发展，给人们的生活带来了全新地感受，人类社会各种活动对信息网络地依赖程度已经越来越大。然而，凡事“有利必有一弊”，人们在得益于信息所带来的新的巨大机遇的同时，也不得不面对信息安全问题的严峻考验。“黑客攻击”网站被“黑”，“CIH病毒”无时无刻不充斥在网络中。因此信息安全，网络安全的问题已经引起各国，各部门，各行各业以及每个计算机用户的充分重视。
关键词：防火墙； 网络； 校园 ；企业
目 录
随着网络经济和网络社会时代的到来，网络将会进入一个无所不在的境地。经济、文化、军事和社会活动将会强烈地依赖网络，作为国家重要基础设施的网络的安全和可靠将成为世界各国共同关注的焦点。针对目前的网络情况，如何解决网络的稳定运行问题刻不容缓，在考虑了多种防护手段后，应该来说防火墙是最简单也是最有效的解决方案。但是防火墙是死的，影响网络安全的问题却是在不断的变化的，如何能够用防火墙真正合理的解决网络问题，不是一个产品的简单选择问题，更为重要的是如何把产品的功能发挥出来，以适应不断变化的网络安全问题[1]。本文阐述了防火墙技术以及黑客常用攻击手段和工具，对防火墙在网络安全中的应用进行了分析。
1 概述
2l世纪全世界的计算机都将通过Internet联到一起，信息安全的内涵也就发生了根本的变化。它不仅从一般性的防卫变成了一种非常普通的防范，而且还从一种专门的领域变成了无处不在。
网络安全产品有以下几大特点：
第一，网络安全来源于安全策略与技术的多样化，如果采用一种统一的技术和策略也就不安全了；
第二：网络的安全机制与技术要不断地变化；
第三，随着网络在社会各个方面的延伸，进入网络的手段也越来越多，因此，网络安全技术是一个十分复杂的系统工程。
从1986年美国Digital公司在Internet上安装了全球第一个商用防火墙系统，提出了防火墙概念后，防火墙技术得到了飞速的发展。国内外已有数十家公司推出了功能各不相同的防火墙产品系列。
防火墙处于五层网络安全体系中的最底层，属于网络层防火墙处于五层网络安全体系中的最底层，属于网络层安全技术范畴。作为内部网络与外部公共网络之间的第一道屏障，防火墙是最先受到人重视的网络安全产品之一。虽然从理论上看，防火墙处于网络安全的最底层，负责网络间的安全认证与传输，但随着网络安全技术的整体发展和网络应用的不断变化，现代防火墙技术已经逐步走向网络层之外的其他安全层次，不仅要完成传统防火墙的过滤任务，同时还能为各种网络应用提供相应的安全服务。另外还有多种防火墙产品正朝着数据安全与用户认证、防止病毒与黑客侵入等方向发展[2]。
安装防火墙的基本原则是：只要有恶意侵入的可能，无论是内部网络还是与外部公网的连接处，都应该安装防火墙。
本文主要对防火墙技术相关理论及应用进行探讨。本文的组织结构：全文共分五章。第一章，主要是介绍防火墙的背景及文章的组织结构。第二章，介绍防火墙的技术的概念及防火墙的优缺点。第三章，介绍防火墙的基本类型及防火墙的发展趋势。第四章，介绍防火墙在网络安全中的应用。第五章，对论文进行总结概述。
2 防火墙技术的优缺点
2.1 防火墙技术
防火墙(firewal1)是一项协助确保信息安全的设备，会依照特定的规则，允许或是限制传输的数据通过。防火墙可以是一台专属的硬件也可以是架设在一般硬件上的一套软件。所谓防火墙指的是一个由软件和硬件设备组合而成、在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间的界面上构造的保护屏障。是一种获取安全性方法的形象说法，它是一种计算机硬件和软件的结合，使Internet与Intranet之间建立起一个安全网关(Security Gateway)，从而保护内部网免受非法用户的侵入[3]。
防火墙主要由服务访问规则、验证工具、包过滤和应用网关4个部分组成，防火墙就是一个位于计算机和它所连接的网络之间的软件或硬件。该计算机流入流出的所有网络通信均要经过此防火墙。下图为防火墙的一个示例。
图2.1 防火墙示例
防火墙可以作为不同网络或网络安全域之间信息的出入口，能根据单位的安全策略控制出入网络的信息流，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。它要对流经它的网络通信进行扫描，以决定网络之间的通信是否被允许，并监视网络运行状态。这样能够过滤掉一一些攻击，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[4]。
防火墙应该具有以下5大基本功能：
(1)过滤进、出网络的数据。
(2)管理进、出网络的访问行为。
(3)封堵某些禁止行为。
(4)记录通过防火墙的信息内容和活动。
(5)对网络攻击进行检测和告警。
2.2 防火墙的优缺点
（一）防火墙的优点。
（1）防火墙能强化安全策略。因为Internet上每天都有上百万人在那里收集信息、交换信息，不可避免地会出现个别品德不良的人，或违反规则的人，防火墙是为了防止不良现象发生的“交通警察”，它执行站点的安全策略，仅仅容许“认可的”和符合规则的请求通过。
（2）防火墙能有效地记录Internet上的活动。因为所有进出信息都必须通过防火墙，所以防火墙非常适用收集关于系统和网络使用和误用的信息。作为访问的唯一点，防火墙能在被保护的网络和外部网络之间进行记录。
（3）防火墙限制暴露用户点。防火墙能够用来隔开网络中一个网段与另一个网段。这样，能够防止影响一个网段的问题通过整个网络传播。
（4）防火墙是一个安全策略的检查站。所有进出的信息都必须通过防火墙， 防火墙便成为安全问题的检查点，使可疑的访问被拒绝于门外。
（5）防火墙能有效的防止内部信息的外泄。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，甚至因此而暴露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。了安全作用，防火墙还支持具有Internet服务特性的企业内部网络技术体系VPN（虚拟专用网）。
(二)防火墙的不足之处。
（1）不能防范恶意的知情者。
（2）不能防范不通过它的连接。
（3）不能防备全部的威胁。
根据防火墙所采用的技术不同，防火墙可分为四种基本类型：包过滤型、网络地址转换一NAT、代理型和监测型。
包过滤型产品是防火墙的初级产品，其技术依据是网络中的分包传输技术。网络上的数据都是以“包”为单位进行传输的，数据被分割成为一定大小的数据包，每一个数据包中都会包含一些特定信息，如数据的源地址、目标地址、TCP／UDP源端口和月标端口等。防火墙通过读取数据包中的地址信息来判断这些“包”是否来自可信任的安全站点，一旦发现来自危险站点的数据包，防火墙便会将这些数据拒之门外。系统管理员也可以根据实际情况灵活制定判断规则。
本质上，包过滤防火墙是多址的，表明它有两个或两个以上网络适配器或接口。例如，作为防火墙的设备可能有两块网卡(NIC)，一块连到内部网络，一块连到公共的Internet。防火墙的任务，就是作为“通信警察”，指引包和截住那些有危害的包。
包过滤防火墙检查每一个传入包，查看包中可用的基本信息（源地址和目的地址、端口号、协议等）。然后，将这些信息与设立的规则相比较。如果已经设立了阻断telnet连接，而包的目的端口是23的话，那么该包就会被丢弃。如果允许传入Web连接，而目的端口为80，则包就会被放行。
图3.1 简单包过滤防火墙
网络地址转换是一种用于把IP地址转换成临时的、外部的、注册的IP地址标准。它允许具有私有IP地址的内部网络访问因特网。它还意味着用户不许要为其网络中每一台机器取得注册的IP地址。
代理型防火墙也可以被称为代理服务器，它的安全性要高于包过滤型产品，并已经开始向应用层发展。代理防火墙也叫应用层网关（Application Gateway）防火墙。这种防火墙通过一种代理（Proxy）技术参与到一个TCP连接的全过程。从内部发出的数据包经过这样的防火墙处理后，就好像是源于防火墙外部网卡一样，从而可以达到隐藏内部网结构的作用。这种类型的防火墙被网络安全专家和媒体公认为是最安全的防火墙。它的核心技术就是代理服务器技术。
图3.2 传统代理型防火墙
代理服务器位于客户机与服务器之间，完全阻挡了二者间的数据交流。从客户机来看，代理服务器相当于一台真正的服务器；而从服务器来看，代理服务器又是一台真正的客户机。当客户机需要使用服务器上的数据时，首先将数据请求发给代理服务器，代理服务器再根据这一请求向服务器索取数据，然后再由代理服务器将数据传输给客户机。由于外部系统与内部服务器之间没有直接的数据通道，外部的恶意侵害也就很难伤害到企业内部网络系统。
监测型防火墙是新一代的产品，这一技术实际已经超越了最初的防火墙定义。监测型防火墙能够对各层的数据进行主动的、实时的监测，在对这些数据加以分析的基础上，监测型防火墙能够有效地判断出各层中的非法侵入。同时，这种检测型防火墙产品一般还带有分布式探测器，这些探测器安置在各种应用服务器和其他网络的节点之中，不仅能够检测来自网络外部的攻击，同时对来自内部的恶意破坏也有极强的防范作用。据权威机构统计，在针对网络系统的攻击中，有相当比例的攻击来自网络内部。因此，监测型防火墙不仅超越了传统防火墙的定义，而且在安全性上也超越了前两代产品。
3.2 防火墙的发展
随着新的网络攻击的出现，防火墙技术也有一些新的发展趋势。这主要可以从包过滤技术、防火墙体系结构和防火墙系统管理三方面来体现。
1. 一些防火墙厂商把在AAA系统上运用的用户认证及其服务扩展到防火墙中，使其拥有可以支持基于用户角色的安全策略功能。该功能在无线网络应用中非常必要。具有用户身份验证的防火墙通常是采用应用级网关技术的，包过滤技术的防火墙不具有。用户身份验证功能越强，它的安全级别越高，但它给网络通信带来的负面影响也越大，因为用户身份验证需要时间，特别是加密型的用户身份验证。
2. 多级过滤技术
所谓多级过滤技术，是指防火墙采用多级过滤措施，并辅以鉴别手段。在分组过滤（网络层）一级，过滤掉所有的源路由分组和假冒的IP源地址；在传输层一级，遵循过滤规则，过滤掉所有禁止出或/和入的协议和有害数据包如nuke包、圣诞树包等；在应用网关（应用层）一级，能利用FTP、SMTP等各种网关，控制和监测Internet提供的所用通用服务。这是针对以上各种已有防火墙技术的不足而产生的一种综合型过滤技术，它可以弥补以上各种单独过滤技术的不足。
这种过滤技术在分层上非常清楚，每种过滤技术对应于不同的网络层，从这个概念出发，又有很多内容可以扩展，为将来的防火墙技术发展打下基础。
3. 使防火墙具有病毒防护功能。现在通常被称之为"病毒防火墙"，当然目前主要还是在个人防火墙中体现，因为它是纯软件形式，更容易实现。这种防火墙技术可以有效地防止病毒在网络中的传播，比等待攻击的发生更加积极。拥有病毒防护功能的防火墙可以大大减少公司的损失[5]。
随着网络应用的增加，对网络带宽提出了更高的要求。这意味着防火墙要能够以非常高的速率处理数据。另外，在以后几年里，多媒体应用将会越来越普遍，它要求数据穿过防火墙所带来的延迟要足够小。为了满足这种需要，一些防火墙制造商开发了基于ASIC的防火墙和基于网络处理器的防火墙。从执行速度的角度看来，基于网络处理器的防火墙也是基于软件的解决方案，它需要在很大程度上依赖于软件的性能，但是由于这类防火墙中有一些专门用于处理数据层面任务的引擎，从而减轻了CPU的负担，该类防火墙的性能要比传统防火墙的性能好许多。
与基于ASIC的纯硬件防火墙相比，基于网络处理器的防火墙具有软件色彩，因而更加具有灵活性。基于ASIC的防火墙使用专门的硬件处理网络数据流，比起前两种类型的防火墙具有更好的性能。但是纯硬件的ASIC防火墙缺乏可编程性，这就使得它缺乏灵活性，从而跟不上防火墙功能的快速发展。理想的解决方案是增加ASIC芯片的可编程性，使其与软件更好地配合。这样的防火墙就可以同时满足来自灵活性和运行性能的要求。
首信CF-2000 系列EP-600和CG-600高端千兆防火墙即采用了功能强大的可编程专有ASIC芯片作为专门的安全引擎，很好地兼顾了灵活性和性能的需要。它们可以以线速处理网络流量，而且其性能不受连接数目、包大小以及采用何种策略的影响。该款防火墙支持QoS，所造成的延迟可以达到微秒量级，可以满足各种交互式多媒体应用的要求。浙大网新也在杭州正式发布三款基于ASIC芯片的网新易尚千兆系列网关防火墙,据称,其ES4000防火墙速度达到4Gbps,3DES速度可达600Mbps。易尚系列千兆防火墙还采用了最新的安全网关概念,集成了防火墙、VPN、IDS、防病毒、内容过滤和流量控制等多项功能,
