《防火墙技术》word版.docx

防火墙技术参数 2007-01-27 16:54:00并发连接数并发连接数是指防火墙或代理服务器对其业务信息流的处理能力，是防火墙能够同时处理的点对点连接的最大数目，它反映出防火墙设备对多个连接的访问控制能力和连接状态跟踪能力，这个参数的大小直接影响到防火墙所能支持的最大信息点数。并发连接数是衡量防火墙性能的一个重要指标。在目前市面上常见防火墙设备的说明书中大家可以看到，从低端设备的500、1000个并发连接，一直到高端设备的数万、数十万并发连接，存在着好几个数量级的差异。那么，并发连接数究竟是一个什么概念呢？它的大小会对用户的日常使用产生什么影响呢？要了解并发连接数，首先需要明白一个概念，那就是“会话”。这个“会话”可不是我们平时的谈话，但是可以用平时的谈话来理解，两个人在谈话时，你一句，我一句，一问一答，我们把它称为一次对话，或者叫会话。同样，在我们用电脑工作时，打开的一个窗口或一个Web页面，我们也可以把它叫做一个“会话”，扩展到一个局域网里面，所有用户要通过防火墙上网，要打开很多个窗口或Web页面发（即会话），那么，这个防火墙，所能处理的最大会话数量，就是“并发连接数”。像路由器的路由表存放路由信息一样，防火墙里也有一个这样的表，我们把它叫做并发连接表，是防火墙用以存放并发连接信息的地方，它可在防火墙系统启动后动态分配进程的内存空间，其大小也就是防火墙所能支持的最大并发连接数。大的并发连接表可以增大防火墙最大并发连接数，允许防火墙支持更多的客户终端。尽管看上去，防火墙等类似产品的并发连接数似乎是越大越好。但是与此同时，过大的并发连接表也会带来一定的负面影响：并发连接数的增大意味着对系统内存资源的消耗以每个并发连接表项占用300B计算，1000个并发连接将占用300B10008bit/B2.3Mb内存空间，10000个并发连接将占用23Mb内存空间，100000个并发连接将占用230Mb内存空间，而如果真的试图实现1000000个并发连接的话那么，这个产品就需要提供2.24Gb内存空间！并发连接数的增大应当充分考虑CPU的处理能力CPU的主要任务是把网络上的流量从一个网段尽可能快速地转发到另外一个网段上，并且在转发过程中对此流量按照一定的访问控制策略进行许可检查、流量统计和访问审计等操作，这都要求防火墙对并发连接表中的相应表项进行不断的更新读写操作。如果不顾CPU的实际处理能力而贸然增大系统的并发连接表，势必影响防火墙对连接请求的处理延迟，造成某些连接超时，让更多的连接报文被重发，进而导致更多的连接超时，最后形成雪崩效应，致使整个防火墙系统崩溃。物理链路的实际承载能力将严重影响防火墙发挥出其对海量并发连接的处理能力虽然目前很多防火墙都提供了10/100/1000Mbps的网络接口，但是，由于防火墙通常都部署在Internet出口处，在客户端PC与目的资源中间的路径上，总是存在着瓶颈链路该瓶颈链路可能是2Mbps专线，也可能是512Kbps乃至64Kbps的低速链路。这些拥挤的低速链路根本无法承载太多的并发连接，所以即便是防火墙能够支持大规模的并发访问连接，也无法发挥出其原有的性能。有鉴于此，我们应当根据网络环境的具体情况和个人不同的上网习惯来选择适当规模的并发连接表。因为不同规模的网络会产生大小不同的并发连接，而用户习惯于何种网络服务以及如何使用这些服务，同样也会产生不同的并发连接需求。高并发连接数的防火墙设备通常需要客户投资更多的设备，这是因为并发连接数的增大牵扯到数据结构、CPU、内存、系统总线和网络接口等多方面因素。如何在合理的设备投资和实际上所能提供的性能之间寻找一个黄金平衡点将是用户选择产品的一个重要任务。按照并发连接数来衡量方案的合理性是一个值得推荐的办法。以每个用户需要10.5个并发连接来计算，一个中小型企业网络（1000个信息点以下，容纳4个C类地址空间）大概需要10.51000=10500个并发连接，因此支持2000030000最大并发连接的防火墙设备便可以满足需求；大型的企事业单位网络（比如信息点数在100010000之间）大概会需要105000个并发连接，所以支持100000120000最大并发连接的防火墙就可以满足企业的实际需要;而对于大型电信运营商和ISP来说，电信级的千兆防火墙（支持120000200000个并发连接）则是恰当的选择。为较低需求而采用高端的防火墙设备将造成用户投资的浪费，同样为较高的客户需求而采用低端设备将无法达到预计的性能指标。利用网络整体上的并发连接需求来选择适当的防火墙产品可以帮助用户快速、准确的定位所需要的产品，避免对单纯某一参数“愈大愈好”的盲目追求，缩短设计施工周期，节省企业的开支。从而为企业实施最合理的安全保护方案。在利用并发连接数指标选择防火墙产品的同时，产品的综合性能、厂家的研发力量、资金实力、企业的商业信誉和经营风险以及产品线的技术支持和售后服务体系等都应当纳入采购者的视野，将多方面的因素结合起来进行综合考虑，切不可盲目的听信某些厂家广告宣传中的大并发连接的宣传，要根据自己业务系统、企业规模、发展空间和自身实力等因素多方面考虑。吞吐量网络中的数据是由一个个数据包组成，防火墙对每个数据包的处理要耗费资源。吞吐量是指在不丢包的情况下单位时间内通过防火墙的数据包数量。随着Internet的日益普及，内部网用户访问Internet的需求在不断增加，一些企业也需要对外提供诸如WWW页面浏览、FTP文件传输、DNS域名解析等服务，这些因素会导致网络流量的急剧增加，而防火墙作为内外网之间的唯一数据通道，如果吞吐量太小，就会成为网络瓶颈，给整个网络的传输效率带来负面影响。因此，考察防火墙的吞吐能力有助于我们更好的评价其性能表现。这也是测量防火墙性能的重要指标。吞吐量的大小主要由防火墙内网卡，及程序算法的效率决定，尤其是程序算法，会使防火墙系统进行大量运算，通信量大打折扣。因此，大多数防火墙虽号称100M防火墙，由于其算法依靠软件实现，通信量远远没有达到100M,实际只有10M-20M。纯硬件防火墙，由于采用硬件进行运算，因此吞吐量可以达到线性90-95M,是真正的100M防火墙。对于中小型企业来讲，选择吞吐量为百兆级的防火墙即可满足需要，而对于电信、金融、保险等大公司大企业部门就需要采用吞吐量千兆级的防火墙产品。用户数限制防火墙的用户数限制分为固定限制用户数和无用户数限制两种。前者比如SOHO型防火墙一般支持几十到几百个用户不等，而无用户数限制大多用于大的部门或公司。要注意的是，用户数和并发连接数是完全不同的两个概念，并发连接数是指防火墙的最大会话数（或进程），每个用户可以在一个时间里产生很多的连接，在购买产品时要区分这两个概念端口控制防火墙的控制端口通常为Console端口，防火墙的初始配置也是通过控制端口（Console）与PC机（通常是便于移动的笔记本电脑）的串口（RS-232）连接，再通过Windows系统自带的超级终端（HyperTerminal）程序进行选项配置。防火墙的初始配置物理连接与交换机初始配置连接方法一样防火墙除了以上所说的通过控制端口（Console）进行初始配置外，也可以通过telnet和Tftp（简单文件传输协议）配置方式进行高级配置，但Telnet配置方式都是在命令方式中配置，难度较大，而Tftp方式需要专用的Tftp服务器软件，但配置界面比较友好。安全过滤带宽安全过滤带宽是指防火墙在某种加密算法标准下，如DES(56位)或3DES（168位）下的整体过滤性能。它是相对于明文带宽提出的。一般来说，防火墙总的吞吐量越大，其对应的安全过滤带宽越高。防火墙管理 2007-01-27 16:53:00防火墙管理是指对防火墙具有管理权限的管理员行为和防火墙运行状态的管理，管理员的行为主要包括：通过防火墙的身份鉴别，编写防火墙的安全规则，配置防火墙的安全参数，查看防火墙的日志等。防火墙的管理一般分为本地管理、远程管理和集中管理等。本地管理：是指管理员通过防火墙的Console口或防火墙提供的键盘和显示器对防火墙进行配置管理。远程管理：是指管理员通过以太网或防火墙提供的广域网接口对防火墙进行管理，管理的通信协议可以基于FTP、TELNET、HTTP等。集中管理:是防火墙的一种管理手段，通常利用一个界面来管理网络中的多个防火墙。其效果和用一个遥控器管理家中所有电器一样简单，可大大简化管理员的管理工作。在防火墙的管理中，最为常见的是通过SNMP进行管理，SNMP是英文“SimpleNetworkManagementProtocol”的缩写，中文意思是“简单网络管理协议”。SNMP首先是由Internet工程任务组织(InternetEngineeringTaskForce)(IETF)的研究小组为了解决Internet上的路由器管理问题而提出的。通过将SNMP嵌入数据通信设备，如交换机或集线器中，就可以从一个中心站管理这些设备，并以图形方式查看信息。目前可获取的很多管理应用程序通常可在大多数当前使用的操作系统下运行，如Windows3.11、Windows95、WindowsNT和不同版本UNIX的等。防火墙的鉴别 2007-01-27 16:52:00有一些问题常令用户困惑:在产品的功能上，各个厂商的描述十分雷同，一些“后起之秀”与知名品牌极其相似。面对这种情况，该如何鉴别?描述得十分类似的产品，即使是同一个功能，在具体实现上、在可用性和易用性上，个体差异也十分明显。一、网络层的访问控制所有防火墙都必须具备此项功能，否则就不能称其为防火墙。当然，大多数的路由器也可以通过自身的ACL来实现此功能。1.规则编辑对网络层的访问控制主要表现在防火墙的规则编辑上，我们一定要考察:对网络层的访问控制是否可以通过规则表现出来?访问控制的力度是否足够细?同样一条规则，是否提供了不同时间段的控制手段?规则配置是否提供了友善的界面?是否可以很容易地体现网管的安全意志? 2.IP/MAC地址绑定同样是IP/MAC地址绑定功能，有一些细节必须考察，如防火墙能否实现IP地址和MAC地址的自动搜集?对违反了IP/MAC地址绑定规则的访问是否提供相应的报警机制?因为这些功能非常实用，如果防火墙不能提供IP地址和MAC地址的自动搜集，网管可能被迫采取其他的手段获得所管辖用户的IP与MAC地址，这将是一件非常乏味的工作。3、NAT(网络地址转换)这一原本路由器具备的功能已逐渐演变成防火墙的标准功能之一。但对此一项功能，各厂家实现的差异非常大，许多厂家实现NAT功能存在很大的问题:难于配置和使用，这将会给网管员带来巨大的麻烦。我们必须学习NAT的工作原理，提高自身的网络知识水平，通过分析比较，找到一种在NAT配置和使用上简单处理的防火墙。二、应用层的访问控制这一功能是各个防火墙厂商的实力比拼点，也是最出彩的地方。因为很多基于免费操作系统实现的防火墙虽然可以具备状态监测模块(因为Linux、FreeBSD等的内核模块已经支持状态监测)，但是对应用层的控制却无法实现“拿来主义”，需要实实在在的编程。对应用层的控制上，在选择防火墙时可以考察以下几点。1.是否提供HTTP协议的内容过滤?目前企业网络环境中，最主要的两种应用是WWW访问和收发电子邮件。能否对WWW访问进行细粒度的控制反映了一个防火墙的技术实力。2.是否提供SMTP协议的内容过滤?对电子邮件的攻击越来越多:邮件炸弹、邮件病毒、泄漏机密信息等等，能否提供基于SMTP协议的内容过滤以及过滤的粒度粗细成了用户关注的焦点。3.是否提供FTP协议的内容过滤?在考察这一功能时一定要细心加小心，很多厂家的防火墙都宣传说具备FTP的内容过滤，但细心对比就会发现，其中绝大多数仅实现了FTP协议中两个命令的控制UT和GET。好的防火墙应该可以对FTP其他所有的命令进行控制，包括CD、LS等，要提供基于命令级控制，实现对目录和文件的访问控制，全部过滤均支持通配符。三、管理和认证这是防火墙非常重要的功能。目前，防火墙管理分为基于WEB界面的WUI管理方式、基于图形用户界面的GUI管理方式和基于命令行CLI的管理方式。各种管理方式中，基于命令行的CLI方式最不适合防火墙。WUI和GUI的管理方式各有优缺点。WUI的管理方式简单，不用专门的管理软件，只要配备浏览器就行;同时，WUI的管理界面非常适合远程管理，只要防火墙配置一个可达的IP，可实现在美国管理位于中国分公司的防火墙。WUI形式的防火墙也有缺点:首先，WEB界面非常不适合进行复杂、动态的页面显示，一般的WUI界面很难显示丰富的统计图表，所以对于审计、统计功能要求比较苛刻的用户，尽量不要选择WUI方式;另外，它将导致防火墙管理安全威胁增大，如果用户在家里通过浏览器管理位于公司的防火墙，信任关系仅仅依赖于一个简单的用户名和口令，黑客很容易猜测到口令，这增加了安全威胁。GUI是目前绝大多数防火墙普遍采用的方式。这种方式的特点是专业，可以提供丰富的管理功能，便于管理员对防火墙进行配置。但缺点是需要专门的管理端软件，同时在远程和集中管理方面没有WUI管理方式灵活。四、审计和日志以及存储方式目前绝大多数防火墙都提供了审计和日志功能，区别是审计的粒度粗细不同、日志的存储方式和存储量不同。很多防火墙的审计和日志功能很弱，这一点在那些以DOM、DOC等电子盘(并且不提供网络数据库支持)为存储介质的防火墙中体现得尤为明显，有些甚至没有区分事件日志和访问日志。如果需要丰富的审计和日志功能，就需要考察防火墙的存储方式，如果是DOM、DOC等Flash电子盘的存储方式，将可能限制审计和日志的功能效果。目前绝大多数防火墙审计日志采用硬盘存储的方式，这种方式的优点是可以存储大量的日志(几个G到几十个G)，但是在某些极端的情况下，如异常掉电，硬盘受到的损坏往往要比电子盘的损坏严重。好的防火墙应该提供多种存储方式，便于用户灵活选择和使用。五、如何区分包过滤和状态监测一些小公司为了推销自己的防火墙产品，往往宣称采用的是状态监测技术;从表面上看，我们往往容易被迷惑。这里给出区分这两种技术的小技巧。1.是否提供实时连接状态查看?状态监测防火墙可以提供查看当前连接状态的功能和界面，并且可以实时断掉当前连接，这个连接应该具有丰富的信息，包括连接双方的IP、端口、连接状态、连接时间等等，而简单包过滤却不具备这项功能。2.是否具备动态规则库?某些应用协议不仅仅使用一个连接和一个端口，往往通过一系列相关联的连接完成一个应用层的操作。比如FTP协议，用户命令是通过对21端口的连接传输，而数据则通过另一个临时建立的连接(缺省的源端口是20，在PASSIVE模式下则是临时分配的端口)传输。对于这样的应用，包过滤防火墙很难简单设定一条安全规则，往往不得不开放所有源端口为20的访问。状态监测防火墙则可以支持动态规则，通过跟踪应用层会话的过程自动允许合法的连接进入，禁止其他不符合会话状态的连接请求。对于FTP来说，只需防火墙中设定一条对21端口的访问规则，就可以保证FTP传输的正常，包括PASSIVE方式的数据传输。这一功能不仅使规则更加简单，同时消除了必须开放所有20端口的危险。防火墙设备类型 目前市场的防火墙产品非常之多，划分的标准也比较杂。主要分类如下：1.从软、硬件形式上分为软件防火墙和硬件防火墙以及芯片级防火墙。第一种：软件防火墙软件防火墙运行于特定的计算机上，它需要客户预先安装好的计算机操作系统的支持，一般来说这台计算机就是整个网络的网关。俗称“个人防火墙”。软件防火墙就像其它的软件产品一样需要先在计算机上安装并做好配置才可以使用。防火墙厂商中做网络版软件防火墙最出名的莫过于Checkpoint。使用这类防火墙，需要网管对所工作的操作系统平台比较熟悉。第二种：硬件防火墙这里说的硬件防火墙是指“所谓的硬件防火墙”。之所以加上所谓二字是针对芯片级防火墙说的了。它们最大的差别在于是否基于专用的硬件平台。目前市场上大多数防火墙都是这种所谓的硬件防火墙，他们都基于PC架构，就是说，它们和普通的家庭用的PC没有太大区别。在这些PC架构计算机上运行一些经过裁剪和简化的操作系统，最常用的有老版本的Unix、Linux和FreeBSD系统。值得注意的是，由于此类防火墙采用的依然是别人的内核，因此依然会受到OS（操作系统）本身的安全性影响。传统硬件防火墙一般至少应具备三个端口，分别接内网，外网和DMZ区（非军事化区），现在一些新的硬件防火墙往往扩展了端口，常见四端口防火墙一般将第四个端口做为配置口、管理端口。很多防火墙还可以进一步扩展端口数目。第三种：芯片级防火墙芯片级防火墙基于专门的硬件平台，没有操作系统。专有的ASIC芯片促使它们比其他种类的防火墙速度更快，处理能力更强，性能更高。做这类防火墙最出名的厂商有NetScreen、FortiNet、Cisco等。这类防火墙由于是专用OS（操作系统）,因此防火墙本身的漏洞比较少，不过价格相对比较高昂。2.从防火墙技术分为“包过滤型”和“应用代理型”两大类。(1).包过滤(Packetfiltering)型包过滤型防火墙工作在OSI网络参考模型的网络层和传输层，它根据数据包头源地址，目的地址、端口号和协议类型等标志确定是否允许通过。只有满足过滤条件的数据包才被转发到相应的目的地，其余数据包则被从数据流中丢弃。包过滤方式是一种通用、廉价和有效的安全手段。之所以通用，是因为它不是针对各个具体的网络服务采取特殊的处理方式，适用于所有网络服务；之所以廉价，是因为大多数路由器都提供数据包过滤功能，所以这类防火墙多数是由路由器集成的；之所以有效，是因为它能很大程度上满足了绝大多数企业安全要求。在整个防火墙技术的发展过程中，包过滤技术出现了两种不同版本，称为“第一代静态包过滤”和“第二代动态包过滤”。第一代静态包过滤类型防火墙这类防火墙几乎是与路由器同时产生的，它是根据定义好的过滤规则审查每个数据包，以便确定其是否与某一条包过滤规则匹配。过滤规则基于数据包的报头信息进行制订。报头信息中包括IP源地址、IP目标地址、传输协议(TCP、UDP、ICMP等等)、TCP/UDP目标端口、ICMP消息类型等。第二代动态包过滤类型防火墙这类防火墙采用动态设置包过滤规则的方法，避免了静态包过滤所具有的问题。这种技术后来发展成为包状态监测(StatefulInspection)技术。采用这种技术的防火墙对通过其建立的每一个连接都进行跟踪，并且根据需要可动态地在过滤规则中增加或更新条目。包过滤方式的优点是不用改动客户机和主机上的应用程序，因为它工作在网络层和传输层，与应用层无关。但其弱点也是明显的：过滤判别的依据只是网络层和传输层的有限信息，因而各种安全要求不可能充分满足；在许多过滤器中，过滤规则的数目是有限制的，且随着规则数目的增加，性能会受到很大地影响；由于缺少上下文关联信息，不能有效地过滤如UDP、RPC（远程过程调用）一类的协议；另外，大多数过滤器中缺少审计和报警机制，它只能依据包头信息，而不能对用户身份进行验证，很容易受到“地址欺骗型”攻击。对安全管理人员素质要求高，建立安全规则时，必须对协议本身及其在不同应用程序中的作用有较深入的理解。因此，过滤器通常是和应用网关配合使用，共同组成防火墙系统。(2).应用代理(ApplicationProxy)型应用代理型防火墙是工作在OSI的最高层，即应用层。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通信流的作用。在代理型防火墙技术的发展过程中，它也经历了两个不同的版本，即：第一代应用网关型代理防火和第二代自适应代理防火墙。第一代应用网关(ApplicationGateway)型防火墙这类防火墙是通过一种代理(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。第二代自适应代理(Adaptiveproxy)型防火墙它是近几年才得到广泛应用的一种新防火墙类型。它可以结合代理类型防火墙的安全性和包过滤防火墙的高速度等优点，在毫不损失安全性的基础之上将代理型防火墙的性能提高10倍以上。组成这种类型防火墙的基本要素有两个：自适应代理服务器(AdaptiveProxyServer)与动态包过滤器(DynamicPacketfilter)。在“自适应代理服务器”与“动态包过滤器”之间存在一个控制通道。在对防火墙进行配置时，用户仅仅将所需要的服务类型、安全级别等信息通过相应Proxy的管理界面进行设置就可以了。然后，自适应代理就可以根据用户的配置信息，决定是使用代理服务从应用层代理请求还是从网络层转发包。如果是后者，它将动态地通知包过滤器增减过滤规则，满足用户对速度和安全性的双重要求。代理类型防火墙的最突出的优点就是安全。由于它工作于最高层，所以它可以对网络中任何一层数据通信进行筛选保护，而不是像包过滤那样，只是对网络层的数据进行过滤。另外代理型防火墙采取是一种代理机制，它可以为每一种应用服务建立一个专门的代理，所以内外部网络之间的通信不是直接的，而都需先经过代理服务器审核，通过后再由代理服务器代为连接，根本没有给内、外部网络计算机任何直接会话的机会，从而避免了入侵者使用数据驱动类型的攻击方式入侵内部网。代理防火墙的最大缺点就是速度相对比较慢，当用户对内外部网络网关的吞吐量要求比较高时，代理防火墙就会成为内外部网络之间的瓶颈。那因为防火墙需要为不同的网络服务建立专门的代理服务，在自己的代理程序为内、外部网络用户建立连接时需要时间，所以给系统性能带来了一些负面影响，但通常不会很明显。3.从防火墙结构分为单一主机防火墙、路由器集成式防火墙和分布式防火墙三种。单一主机防火墙是最为传统的防火墙，独立于其它网络设备，它位于网络边界。这种防火墙其实与一台计算机结构差不多（如下图），同样包括CPU、内存、硬盘等基本组件，当然主板更是不能少了，且主板上也有南、北桥芯片。它与一般计算机最主要的区别就是一般防火墙都集成了两个以上的以太网卡，因为它需要连接一个以上的内、外部网络。其中的硬盘就是用来存储防火墙所用的基本程序，如包过滤程序和代理服务器程序等，有的防火墙还把日志记录也记录在此硬盘上。虽然如此，但我们不能说它就与我们平常的PC机一样，因为它的工作性质，决定了它要具备非常高的稳定性、实用性，具备非常高的系统吞吐性能。正因如此，看似与PC机差不多的配置，价格甚远。随着防火墙技术的发展及应用需求的提高，原来作为单一主机的防火墙现在已发生了许多变化。最明显的变化就是现在许多中、高档的路由器中已集成了防火墙功能，还有的防火墙已不再是一个独立的硬件实体，而是由多个软、硬件组成的系统，这种防火墙，俗称“分布式防火墙”。原来单一主机的防火墙由于价格非常昂贵，仅有少数大型企业才能承受得起，为了降低企业网络投资，现在许多中、高档路由器中集成了防火墙功能。如CiscoIOS防火墙系列。但这种防火墙通常是较低级的包过滤型。这样企业就不用再同时购买路由器和防火墙，大大降低了网络设备购买成本。分布式防火墙再也不是只是位于网络边界，而是渗透于网络的每一台主机，对整个内部网络的主机实施保护。在网络服务器中，通常会安装一个用于防火墙系统管理软件，在服务器及各主机上安装有集成网卡功能的PCI防火墙卡，这样一块防火墙卡同时兼有网卡和防火墙的双重功能。这样一个防火墙系统就可以彻底保护内部网络。各主机把任何其它主机发送的通信连接都视为“不可信”的，都需要严格过滤。而不是传统边界防火墙那样，仅对外部网络发出的通信请求“不信任”。 4.按防火墙的应用部署位置分为边界防火墙、个人防火墙和混合防火墙三大类。边界防火墙是最为传统的那种，它们