防火墙的定义

随着计算机网络技术的突飞猛进，网络安全的问题已经日益突出地摆在各类用户的面前。仅从笔者掌握的资料表明，目前在互联网上大约有将近20%以上的用户曾经遭受过黑客的困扰。尽管黑客如此猖獗，但网络安全问题至今仍没有能够引起足够的重视，更多的用户认为网络安全问题离自己尚远，这一点从大约有40%以上的用户特别是企业级用户没有安装防火墙(Firewall)便可以窥见一斑，而所有的问题都在向大家证明一个事实，大多数的黑客入侵事件都是由于未能正确安装防火墙而引发的。

防火墙的架构与工作方式

防火墙可以使用户的网络划规划更加清晰明了，全面防止跨越权限的数据访问（因为有些人登录后的第一件事就是试图超越权限限制）。如果没有防火墙的话，你可能会接到许许多多类似的报告，比如单位内部的财政报告刚刚被数万个Email邮件炸烂，或者用户的个人主页被人恶意连接向了Playboy，而报告链接上却指定了另一家色情网站......一套完整的防火墙系统通常是由屏蔽路由器和代理服务器组成。屏蔽路由器是一个多端口的IP路由器，它通过对每一个到来的IP包依据组规则进行检查来判断是否对之进行转发。屏蔽路由器从包头取得信息，例如协议号、收发报文的IP地址和端口号、连接标志以至另外一些IP选项，对IP包进行过滤。代理服务器是防火墙中的一个服务器进程，它能够代替网络用户完成特定的TCP/TP功能。一个代理服务器本质上是一个应用层的网关，一个为特定网络应用而连接两个网络的网关。用户就一项TCP/TP应用，比如Telnet或者FTP，同代理服务器打交道，代理服务器要求用户提供其要访问的远程主机名。当用户答复并提供了正确的用户身份及认证信息后，代理服务器连通远程主机，为两个通信点充当中继。整个过程可以对胜户完全透明。用户提供的用户身份及认证信息可用于用户级的认证。最简单的情况是：它只由用户标识和口令构成。但是，如果防火墙是通过Internet可访问的，应推荐用户使用更强的认证机制，例如一次性口令或回应式系统等。

屏蔽路由器的最大优点就是架构简单且硬件成本较低，而缺点则是建立包过滤规则比较困难，加之屏蔽路由器的管理成本及用户级身份认证的缺乏等。好在路由器生产商们已经认识到并开始着手解决这些问题，他们正在开发编辑包过滤规则的图形用户界面，制订标准的用户级身份认证协议，以提供远程身份认证拨入用户服务代理服务器的优点在于用户级的身份认证、日志记录和帐号管理。其缺点关系到这样一个事实；要想提供全面的安全保证，就要对每一项服务都建立对应的应用层网关。这个事实严重地限制了新应用的采纲。

屏蔽路由器和代理服务器通常组合在一起构成混合系统，其中屏蔽路由器主要用来防止IP欺骗攻击。目前采用最广泛的配置是Dualhomed防火墙、被屏蔽主机型防火墙以及被屏蔽子网型防火墙。

通常架设防火墙需要数千甚至上万美元的投入，而且防火墙需要运行于一台独立的计算机上，因此只用一台计算机连入互联网的用户是不必要架设防火墙的，况且这样做即使从成本方面讲也太不划算。目前观之，防火墙的重点还是用来保护由许多台计算机组成的大型网络，这也是黑客高手们真正感兴趣的地方。防火墙可以是非常简单的过滤器，也可能是精心配置的网关，但它们的原理是一样，都是监测并过滤所有通向外部网和从外部网传来的信息，防火墙保护着内部敏感的数据不被偷窃和破坏，并记下来通讯发生的时间和操作等等，新一代的防火墙甚至可以阻止内部人员故意将敏感数据传输到外界。当用户将单位内部的局部网连入互联网时，大家肯定不愿意让全世界的人随意翻阅你单位内部人员的工资单、各种文件资料或者是数据库，但即使在单位内部也存在数据攻击的可能性。例如一些心怀叵测的电脑高手可能会修改工资表和财务报告。而通过设置防火墙后，管理员就可以限定单位内部员工使用Email、浏览WWW以及文件传输，但不允许外界任意访问单位内部的计算机，同时管理员也可以禁止单位中不同部门之间互相访问。将局部网络放置防火墙之后可以阻止来自外界的攻击。而防火墙通常是运行在一台单独的计算机之上的一个特别的软件，它可以识别并屏蔽非法的请求。例如一台WWW代理服务器，所有的请求都间接地由代理服务器处理，这台服务器不同于普通的代理服务器，它不会直接地处理请求，它会验证请求发出者的身份、请求的目的地和请求内容。如果一切符合要求的话，这个请求会被批准送到真正的WWW服务器上。当真正的WWW服务器处理完这个请求后并不会直接把结果发送给请求者，它会把结果送到代理服务器，代理服务器会按照事先的规定检查这个结果是否违反了安全规定，当这一切都通过后，返回结果才会真正地送到请求者的手里。

防火墙的体系结构

1、屏蔽路由器(ScreeningRouter)

屏蔽路由器可以由厂家专门生产的路由器实现，也可以用主机来实现。屏蔽路由器作为内外连接的惟一通道，要求所有的报文都必须在此通过检查。路由器上可以安装基于IP层的报文过滤软件，实现报文过滤功能。许多路由器本身带有报文过滤配置选项，但一般比较简单。单纯由屏蔽路由器构成的防火墙的危险包括路由器本身及路由器允许访问的主机。屏蔽路由器的缺点是一旦被攻隐后很难发现，而且不能识别不同的用户。

2、双穴主机网关(DualHomedGateway)

双穴主机网关是用一台装有两块网卡的堡垒主机的做防火墙。两块网卡各自与受保护网和外部网相连。堡垒主机上运行着防火墙软件，可以转发应用程序，提供服务等。与屏蔽路由器相比，双穴主机网关堡垒主机的系统软件可用于维护护系统日志、硬件拷贝日志或远程日志。但弱点也比较突出，一旦黑客侵入堡垒主机并使其只具有路由功能，任何网上用户均可以随便访问内部网。

3、被屏蔽主机网关(ScreenedGatewy)

屏蔽主机网关易于实现也最为安全。一个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惟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。如果受保护网是一个虚拟扩展的本地网，即没有子网和路由器，那么内部网的变化不影响堡垒主机和屏蔽路由器的配置。危险带限制在堡垒主机和屏蔽路由器。网关的基本控制策略由安装在上面的软件决定。如果攻击者没法登录到它上面，内网中的其余主机就会受到很大威胁。这与双穴主机网关受攻击时的情形差不多。

4、被屏蔽子网(ScreenedSubnet)

被屏蔽子网就是在内部网络和外部网络之间建立一个被隔离的子网，用两台分组过滤路由器将这一子网分别与内部网络和外部网络分开。在很多实现中，两个分组过滤路由器放在子网的两端，在子网内构成一个DNS，内部网络和外部网络均可访问被屏蔽子网，但禁止它们穿过被屏蔽子网通信。有的屏蔽子网中还设有一堡垒主机作为惟一可访问点，支持终端交互或作为应用网关代理。这种配置的危险仅包括堡垒主机、子网主机及所有连接内网、外网和屏蔽子网的路由器。如果攻击者试图完全破坏防火墙，他必须重新配置连接三个网的路由器，既不切断连接又不要把自己锁在外面，同时又不使自己被发现，这样也还是可能的。但若禁止网络访问路由器或只允许内网中的某些主机访问它，则攻击会变得很困难。在这种情况下，攻击者得先侵入堡垒主机，然后进入内网主机，再返回来破坏屏蔽路由器，并且整个过程中不能引发警报。