防火墙的工作模式

防火墙工作模式简介

工作模式介绍

目前，secpath防火墙能够工作在三种模式下：路由模式、透明模式、混合模式。如果防火墙以第三层对外连接（接口具有ip地址），则认为防火墙工作在路由模式下；若防火墙通过第二层对外连接（接口无ip地址），则防火墙工作在透明模式下；若防火墙同时具有工作在路由模式和透明模式的接口（某些接口具有ip地址，某些接口无ip地址），则防火墙工作在混合模式下。下面分别进行介绍：

1. 路由模式

当secpath防火墙位于内部网络和外部网络之间时，需要将防火墙与内部网络、外部网络以及dmz三个区域相连的接口分别配置成不同网段的ip地址，重新规划原有的网络拓扑，此时相当于一台路由器。如下图所示，secpath防火墙的trust区域接口与公司内部网络相连，untrust区域接口与外部网络相连。值得注意的是，trust区域接口和untrust区域接口分别处于两个不同的子网中。

采用路由模式时，可以完成acl包过滤、aspf动态过滤、nat转换等功能。然而，路由模式需要对网络拓扑进行修改（内部网络用户需要更改网关、路由器需要更改路由配置等），这是一件相当费事的工作，因此在使用该模式时需权衡利弊。

2. 透明模式

如果secpath防火墙采用透明模式进行工作，则可以避免改变拓扑结构造成的麻烦，此时防火墙对于子网用户和路由器来说是完全透明的。也就是说，用户完全感觉不到防火墙的存在。

采用透明模式时，只需在网络中像放置网桥（bridge）一样插入该secpath防火墙设备即可，无需修改任何已有的配置。与路由模式相同，ip报文同样经过相关的过滤检查（但是ip报文中的源或目的地址不会改变），内部网络用户依旧受到防火墙的保护。防火墙透明模式的典型组网方式如下：

如上图所示，secpath防火墙的trust区域接口与公司内部网络相连，untrust区域接口与外部网络相连，需要注意的是内部网络和外部网络必须处于同一个子网。

3. 混合模式

如果secpath防火墙既存在工作在路由模式的接口（接口具有ip地址），又存在工作在透明模式的接口（接口无ip地址），则防火墙工作在混合模式下。混合模式主要用于透明模式作双机备份的情况，此时启动vrrp（virtual router redundancy protocol，虚拟路由冗余协议）功能的接口需要配置ip地址，其它接口不配置ip地址。防火墙混合模式的典型组网方式如下：

如上图所示，主/备secpath防火墙的trust区域接口与公司内部网络相连，untrust区域接口与外部网络相连，主/备secpath防火墙之间通过hub或lan switch实现互相连接，并运行vrrp协议进行备份。需要注意的是内部网络和外部网络必须处于同一个子网。

路由模式工作过程

secpath防火墙工作在路由模式下，此时所有接口都配置ip地址，各接口所在的安全区域是三层区域，不同三层区域相关的接口连接的外部用户属于不同的子网。

当报文在三层区域的接口间进行转发时，根据报文的ip地址来查找路由表，此时secpath防火墙表现为一个路由器。但是，secpath防火墙与路由器存在不同，secpath防火墙中ip报文还需要送到上层进行相关过滤等处理，通过检查会话表或acl规则以确定是否允许该报文通过。此外，还要完成其它防攻击检查。路由模式的防火墙支持acl规则检查、aspf状态过滤、防攻击检查、流量监控等功能。

透明模式工作过程

secpath防火墙工作在透明模式（也可以称为桥模式）下，此时所有接口都不能配置ip地址，接口所在的安全区域是二层区域，和二层区域相关接口连接的外部用户同属一个子网。

当报文在二层区域的接口间进行转发时，需要根据报文的mac地址来寻找出接口，此时secpath防火墙表现为一个透明网桥。但是，secpath防火墙与网桥存在不同，secpath防火墙中ip报文还需要送到上层进行相关过滤等处理，通过检查会话表或acl规则以确定是否允许该报文通过。此外，还要完成其它防攻击检查。透明模式的防火墙支持acl规则检查、aspf状态过滤、防攻击检查、流量监控等功能。

工作在透明模式下的secpath防火墙在数据链路层连接局域网（lan），网络终端用户无需为连接网络而对设备进行特别配置，就像lan switch进行网络连接。透明模式工作过程分为如下几个阶段：

1. 获取地址表过程

采用透明模式，防火墙依据mac地址表进行转发，地址表由mac地址和接口两部分组成，透明模式防火墙必须获取mac地址和接口的对应关系。

(1)广播消息包

透明模式防火墙与物理网段相连时，会监测该物理网段上的所有以太网帧，一旦监测到某个接口上节点发来的以太网帧，就提取出该帧的源mac地址，并将该mac地址与接收该帧的接口之间的对应关系加入到mac地址表中，如下图所示：

a、b、c和d四个工作站分布在两个局域网中，以太网段1与透明模式防火墙接口1相连，以太网段2与接口2相连。某一时刻，当工作站a向工作站b发送以太网帧时，透明模式防火墙和工作站b都将收到这个帧。

(2)反向学习工作站a的mac地址和端口对应关系

透明模式防火墙收到这个以太网帧后，就知道工作站a与透明模式防火墙接口1相连（因为从接口1收到了该帧），于是工作站a的mac地址与透明模式防火墙接口1之间的对应关系就被加入到mac地址表中。如下图所示：

(3)反向学习工作站b的mac地址和端口对应关系

当工作站b对工作站a的以太网帧作出响应后，透明模式防火墙也能监测到工作站b回应的以太网帧，并知道工作站b也是与透明模式防火墙接口1相连的（因为从接口1收到了该帧），于是工作站b的mac地址与透明模式防火墙接口1之间的对应关系也被加入到mac地址表中。如下图所示：

反向学习过程一直进行，直到所有mac地址与接口的对应关系（本例中为工作站a、b、c和d），都会被透明模式防火墙获取（假设所有的工作站都在使用中）。

2. 转发和过滤

在链路层，透明模式防火墙根据下列三种情况对数据帧作出转发或不转发（即过滤）处理：

(1)查找地址表成功后的转发处理

若工作站a向工作站c发送以太网帧，透明模式防火墙通过查找地址表知道工作站c与接口2对应，则将该帧从接口2转发。如下图所示：

当透明模式防火墙在某接口接收到广播帧或多播帧时，向其它接口进行转发。

(2)查找地址表成功后的不转发（过滤）处理

若工作站a向工作站b发送以太网帧，因工作站b与工作站a在同一个物理网段上，透明模式防火墙对此帧进行过滤，不转发该帧。

(3)查找地址表失败后的转发处理

若工作站a向工作站c发送以太网帧，而在地址表中未找到关于工作站c的mac地址与接口的对应关系，透明模式防火墙会如何处理呢？透明模式防火墙会把这个发往未知目的mac地址的帧向除发送该帧的源接口外的其它所有接口进行转发。在这种情况下，透明模式防火墙充当的实际上是集线器的角色，确保没有使信息停止传送。如下图所示：

混合模式工作过程

secpath防火墙工作在混合透明模式下，此时部分接口配置ip地址，部分接口不能配置ip地址。配置ip地址的接口所在的安全区域是三层区域，接口上启动vrrp功能，用于双机热备份；而未配置ip地址的接口所在的安全区域是二层区域，和二层区域相关接口连接的外部用户同属一个子网。

当报文在二层区域的接口间进行转发时，转发过程与透明模式的工作过程完全相同。请参见3.1.3 透明模式工作过程中的描述。当防火墙进行双机热备份时，转发过程类似路由模式的工作过程，请参见3.1.2 路由模式工作过程中的描述。