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论文题目：防火墙 课程名称：网络管理 学号：1103050102 姓名：唐宇琳 日期：2013年12月151.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。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，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。 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。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、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。2 防火墙的概念 防火墙，实际上是一种隔离技术，是在内部网和公众网通信时执行的一种访问控制手段，其基本目的是通过控制对内部组件的访问。阻止入侵从外部组件扩散到网络中来，保护内部网络的设备不被破坏，防止内部网络的重要数据被窃取。防火墙系统还决定了哪些内部数据可以被外界访问，以及外界的哪些人才可以访问到内部数据，即防火墙系统必须只永许授权的数据，安全策略允许的数据才可以通过防火墙。3.防火墙的功能 3.1 防火墙的主要功能 3.1.1包过滤 包过滤是一种网络的数据安全保护机制，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;1.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。DNAT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: 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、Web服务;且FTP服务是否支持“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; 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 Overflow)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。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。4防火墙主要工作方式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。 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，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:(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 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。4.3 动态包过滤 动态包过滤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。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。 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。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。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