防火墙的现状与展望.

防火墙的现状与展望

考号：[1**********]0 姓名：丁萌

【内容提要】

随着计算机技术和通讯技术的迅速发展,特别是Internet的出现,使网络的重要性和社会的影响越来越大,网络安全问题也变得越来越重要。防火墙技术作为一种隔离内部安全网络与外部不信任网络的防御技术，已经成为计算机网络安全体系结构中的一个重要组成部分。本文简要介绍了防火墙在网络信息安全中的重要作用,描述了防火墙的原理及分类,分析了构建防火墙时对防火墙的选择与设置,说明了防火墙的主要规则设置方法。描述了防火墙技术的应用现状。最后提出了面对网络安全问题应用防火墙所面临的挑战，论述了防火墙在网络安全中起的重要作用以及应用需求,并对该技术的未来发展进行了展望。

[关键词]防火墙 优缺点 发展趋势 展望

一、背景和意义 防火墙的英文名为“FireWall”，它是目前一种最重要的网络防护设备。从专业角度讲，防火墙是位于两个(或多个)网络间，实施网络之间访问控制的一组组件集合。防火墙的本义是指古代构筑和使用木制结构房屋的时候，为防止火灾的发生和蔓延，人们将坚固的石块堆砌在房屋周围作为屏障，这种防护构筑物就被称之为“防火墙”。其实与防火墙一起起作用的就是“门”。如果没有门，各房间的人如何沟通呢，这些房间的人又如何进去呢？当火灾发生时，这些人又如何逃离现场呢？这个门就相当于我们这里所讲的防火墙的“安全策略”，所以在此我们所说的防火墙实际并不是一堵实心墙，而是带有一些小孔的墙。这些小孔就是用来留给那些允许进行的通信，在这些小孔中安装了过滤机制，也就是 “单向导通性”。

信息安全是国家发展所面临的一个重要问题。对于这个问题还没有从系统的规划上去考虑它，从技术上、产业上、政策上来发展它。政府不仅应该看见信息安全的发展是我国高科技产业的一部分，而且应该看到，发展安全产业的政策是信息安全保障系统的一个重要组成部分，甚至应该看到它对我国未来电子化、信息化的发展将起到非常重要的作用。

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

【1】活动， 保证了内部网络的安全。

二、防火墙的功能 1、防火墙对流经它的网络通信进行扫描，这样能够过滤掉一些攻击，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。

防火墙对流经它的网络通信进行扫描，这样能够过滤掉一些攻击，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。

2、防火墙的功能主要包含以下几个方面：访问控制，如应用ACL进行访问控制；攻击防范，如防止SYN FLOOD等；NAT；VPN；路由；认证和加密; 日志记录; 支持网管等。此外为了保证可靠性，支持双机或多机热备份；为了满足日益增多的语音、视频等需求，对QoS特性的支持和对H.323、SIP 等多种应用协议的支持也必不可少。

为了满足多样化的组网需求，方便用户组网，同时也降低用户对其他专用设备的需求，减少用户建网成本，防火墙上也常常把其他网络技术结合进来，例如支持DHCP SERVER、DHCP RELAY；支持动态路由，如RIP 、OSPF等；支持拨号、PPPoE等特性。

三、防火墙的分类与技术

传统意义上的防火墙技术分为三大类，“包过滤”（Packet Filtering）、“应用代理”（Application Proxy）和“状态监视”（Stateful Inspection），无论一个防火墙的实现过程多么复杂，归根结底都是在这三种技术的基础上进行功能扩展的。

1、包过滤（Packet filtering）型。

包过滤方式是一种通用、廉价和有效的安全手段。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”。

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（Application Proxy）。

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：第一代应用网关型代理防火和第二代自适应代理防火墙。

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。 代理防火墙的最大缺点是速度相对比较慢，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、状态监视技术

这是继“包过滤”技术和“应用代理”技术后发展的防火墙技术，它是CheckPoint技术公司在基于“包过滤”原理的“动态包过滤”技术发展而来的，与之类似的有其他厂商联合发展的“深度包检测”（Deep Packet Inspection）技术。这种防火墙技术通过一种被称为“状态监视”的模块，在不影响网络安全正常工作的前提下采用抽取相关数据的方法对网络通信的各个层次实行监测，并根据各种过滤规则作出安全决策。

“状态监视”（Stateful Inspection）技术在保留了对每个数据包的头部、协议、地址、端口、类型等信息进行分析的基础上，进一步发展了“会话过滤”（Session Filtering）功能，在每个连接建立时，防火墙会为这个连接构造一个会话状态，里面包含了这个连接数据包的所有信息，以后这个连接都基于这个状态信息进行，这种检测的高明之处是能对每个数据包的内容进行监视，一旦建立了一个会话状态，则此后的数据传输都要以此会话状态作为依据，例如一个连接的数据包源端口是8000，那么在以后的数据传输过程里防火墙都会审核这个包的源端口还是不是8000，否则这个数据包就被拦截，而且会话状态的保留是有时间限制的，在超时的范围

内如果没有再进行数据传输，这个会话状态就会被丢弃。状态监视可以对包内容进行分析，从而摆脱了传统防火墙仅局限于几个包头部信息的检测弱点，而且这种防火墙不必开放过多端口，进一步杜绝了可能因为开放端口过多而带来的安全隐患。

由于状态监视技术相当于结合了包过滤技术和应用代理技术，因此是最先进的，但是由于实现技术复杂，在实际应用中还不能做到真正的完全有效的数据安全检测，而且在一般的计算机硬件系统上很难设计出基于此技术的完善防御措施。

三、防火墙的优缺点

1、防火墙可以阻断攻击，但不能消灭攻击源。各扫自家门前雪，不管他人瓦上霜”，就是目前网络安全的现状。互联网上病毒、木马、恶意试探等等造成的攻击行为络绎不绝。设置得当的防火墙能够阻挡他们，但是无法清除攻击源。即使防火墙进行了良好的设置，使得攻击无法穿透防火墙，但各种攻击仍然会源源不断地向防火墙发出尝试。

2、防火墙不能抵抗最新的未设置策略的攻击漏洞。就如杀毒软件与病毒一样，总是先出现病毒，杀毒软件经过分析出特征码后加入到病毒库内才能查杀。防火墙的各种策略，也是在该攻击方式经过专家分析后给出其特征进而设置的。如果世界上新发现某个主机漏洞的cracker的把第一个攻击对象选中了您的网络，那么防火墙也没有办法帮到您的。

3、防火墙的并发连接数限制容易导致拥塞或者溢出。 由于要判断、处理流经防火墙的每一个包，因此防火墙在某些流量大、并发请求多的情况下，很容易导致拥塞，成为整个网络的瓶颈影响性能。而当防火墙溢出的时候，整个防线就如同虚设，原本被禁止的连接也能从容通过了。

4、某些情况下，攻击者利用服务器提供的服务进行缺陷攻击。例如利用开放了3389端口取得没打过sp补丁的win2k的超级权限、利用asp程序进行脚本攻击等。由于其行为在防火墙一级看来是“合理”和“合法”的，因此就被简单地放行了。

5、防火墙对待内部主动发起连接的攻击一般无法阻止。“外紧内松”是一般局域网络的特点。或许一道严密防守的防火墙内部的网络是一片混乱也有可能。通过社会工程学发送带木马的邮件、带木马的URL等方式，然后由中木马的机器主动对攻击者连接，将铁壁一样的防火墙瞬间破坏掉。另外，防火墙内部各主机间的攻击行为，防火墙也只有如旁观者一样冷视而爱莫能助。

6、防火墙本身也会出现问题和受到攻击。防火墙也是一个os，也有着其硬件系统和软件，因此依然有着漏洞和bug。所以其本身也可能受到攻击和出现软/硬件方面的故障。

7、防火墙不处理病毒。不管是funlove病毒也好，还是CIH也好。在

内部网络用户下载外网的带毒文件的时候，防火墙是不为所动的。

四、防火墙的未来发展趋势与展望

1、防火墙的未来发展趋势

可以预知，未来防火墙的发展趋势是朝高速度、多功能化、更安全的方向发展。

从国内外历次测试的结果都可以看出，目前防火墙一个很大的局限性是速度不够。应用 ASIC 、 FPGA 和网络处理器是实现高速防火墙的主要方法，其中以采用网络处理器最优，因为网络处理器采用微码编程，可以根据需要随时升级，甚至可以支持 IPV6 ，而采用其它方法就不那么灵活。

实现高速防火墙，算法也是一个关键，因为网络处理器中集成了很多硬件协处理单元，因此比较容易实现高速。对于采用纯 CPU 的防火墙，就必须有算法支撑，例如 ACL 算法。目前有的应用环境，动辄应用数百乃至数万条规则，没有算法支撑，对于状态防火墙，建立会话的速度会十分缓慢。

多功能也是防火墙的发展方向之一，鉴于目前路由器和防火墙价格都比较高，组网环境也越来越复杂，一般用户总希望防火墙可以支持更多的功能，满足组网和节省投资的需要。例如，防火墙支持广域网口，并不影响安全性，但在某些情况下却可以为用户节省一台路由器;支持部分路由器协议，如路由、拨号等，可以更好地满足组网需要;支持 IPSEC VPN ，可以利用因特网组建安全的专用通道，既安全又节省了专线投资。

未来防火墙的操作系统会更安全。随着算法和芯片技术的发展，防火墙会更多地参与应用层分析，为应用提供更安全的保障。

2、防火墙的展望

防火墙三种技术各有利弊，前两代防火墙成本比较低，应用普及，但是安全性上却比不上第三代监测型防火墙。但是监测型防火墙成本比较高，不利于普遍使用。日后防火墙技术的发展可以从这几方面着手：

（1）、改进防火墙系统结构，防止外网攻击的同时也要巩固内网通信的安全。随着网络技术日新月异的变化，内网不再单纯指单位内部，校园网等内部局域网。由于vpn 虚拟专用网的引入，可以使不同地方主机虚拟划分到同一个局域网中，导致安全隐患。因此防火墙要更新系统结构，全方位保护vpn 型局域网的安全

（2）、包过滤技术。虽然包过滤防火墙是第一代防火墙实现技术，而且其安全性不高，不能适用于型复杂网络。第二代的防火墙引入代理技术，但也沿用了包过滤技术。目前，包过滤技术呈多极发展趋势包过滤技术主要是多级过滤技术，该技术指的是防火墙采用多级过滤措施，并辅以其他鉴别认证手段，在分组过滤网络层中，过滤掉源路由分组和假冒的IP 源地

址。

五、结语

防火墙在整个网络安全系统中的一个分支，但具有着举足轻重的地位。在实际应用中，防火墙技术还要和其他技术配合使用才能更有效保证网络的安全。因此防火墙发展无论在结构上还是技术上，管理上要有更突出的飞跃性发展，才能在信息安全防御体系中起到堡垒作用。

【参考文献】

【1】 徐长通，王艳军：防火墙技术的现状与展望【J】，河南科技，2009

年4月上。

【2】 崔文斌：防火墙技术原理和展望【J】，科技天地。 【2】