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網(wǎng)絡防火墻的工作原理

發(fā)布時間: 2012/9/16 21:43:07

防火墻就是一種過濾塞（目前你這么理解不算錯），你可以讓你喜歡的東西通過這個塞子，別的玩意都統(tǒng)統(tǒng)過濾掉。在網(wǎng)絡的世界里，要由防火墻過濾的就是承載通信數(shù)據(jù)的通信包。

　　天下的防火墻至少都會說兩個詞：Yes或者No。直接說就是接受或者拒絕。最簡單的防火墻是以太網(wǎng)橋。但幾乎沒有人會認為這種原始防火墻能管多大用。大多數(shù)防火墻采用的技術和標準可謂五花八門。這些防火墻的形式多種多樣：有的取代系統(tǒng)上已經(jīng)裝備的TCP/IP協(xié)議棧；有的在已有的協(xié)議棧上建立自己的軟件模塊；有的干脆就是獨立的

一套操作系統(tǒng)。還有一些應用型的防火墻只對特定類型的網(wǎng)絡連接提供保護（比如SMTP或者HTTP協(xié)議等）。還有一些基于硬件的防火墻產品其實應該歸入安全路由器一類。以上的產品都可以叫做防火墻，因為他們的工作方式都是一樣的：分析出入防火墻的數(shù)據(jù)包，決定放行還是把他們扔到一邊。

　　所有的防火墻都具有IP地址過濾功能。這項任務要檢查IP包頭，根據(jù)其IP源地址和目標地址作出放行/丟棄決定�？纯聪旅孢@張圖，兩個網(wǎng)段之間隔了一個防火墻，防火墻的一端有臺UNIX計算機，另一邊的網(wǎng)段則擺了臺PC客戶機。

　　當PC客戶機向UNIX計算機發(fā)起telnet請求時，PC的telnet客戶程序就產生一個TCP包并

把它傳給本地的協(xié)議棧準備發(fā)送。接下來，協(xié)議棧將這個TCP包“塞”到一個IP包里，然后通過PC機的TCP/IP棧所定義的路徑將它發(fā)送給UNIX計算機。在這個例子里，這個IP包必須經(jīng)過橫在PC和UNIX計算機中的防火墻才能到達UNIX計算機。

　　現(xiàn)在我們“命令”（用專業(yè)術語來說就是配制）防火墻把所有發(fā)給UNIX計算機的數(shù)據(jù)包都給拒了，完成這項工作以后，“心腸”比較好的防火墻還會通知客戶程序一聲呢！既然發(fā)向目標的IP數(shù)據(jù)沒法轉發(fā)，那么只有和UNIX計算機同在一個網(wǎng)段的用戶才能訪問UNIX計算機了。

　　還有一種情況，你可以命令防火墻專給那臺可憐的PC機找茬，別人的數(shù)據(jù)包都讓過就它不行。這正是防火墻最基本的功能：根據(jù)IP地址做轉發(fā)判斷。但要上了大場面這種小伎倆就玩不轉了，由于黑客們可以采用IP地址欺騙技術，偽裝成合法地址的計算機就可以穿越信任這個地址的防火墻了。不過根

據(jù)地址的轉發(fā)決策機制還是最基本和必需的。另外要注意的一點是，不要用DNS主機名建立過濾表，對DNS的偽造比IP地址欺騙要容易多了。

　　億恩小路QQ572931335電話15890397512TCP/UDP 端口過濾

　　僅僅依靠地址進行數(shù)據(jù)過濾在實際運用中是不可行的，還有個原因就是目標主機上往往運行著多種通信服務，比方說，我們不想讓用戶采用 telnet的方式連到系統(tǒng)，但這絕不等于我們非得同時禁止他們使用SMTP/POP郵件億恩小路QQ572931335電話15890397512吧？所以說，在地址之外我們還要對億恩小路QQ572931335電話15890397512的TCP/ UDP端口進行過濾。

　　比如，默認的telnet服務連接端口號是23。假如我們不許PC客戶機建立對UNIX計算機（在這時我們當它是億恩小路QQ572931335電話15890397512）的telnet連接，那么我們只需命令防火墻檢查發(fā)送目標是UNIX億恩小路QQ572931335電話15890397512的數(shù)據(jù)包，把其中具有23目標端口號的包過濾就行了。這樣，我們把IP地址和目標億恩小路QQ572931335電話15890397512TCP/UDP端口結合起來不就可以作為過濾標準來實現(xiàn)相當可靠的防火墻了嗎？不，沒這么簡單。

　　客戶機也有TCP/UDP端口

　　TCP/IP是一種端對端協(xié)議，每個網(wǎng)絡節(jié)點都具有唯一的地址。網(wǎng)絡節(jié)點的應用層也是這樣，處于應用層的每個應用程序和服務都具有自己的對應“地址”，也就是端口號。地址和端口都具備了才能建立客戶機和億恩小路QQ572931335電話15890397512的各種應用之間的有效通信聯(lián)系。比如，telnet億恩小路QQ572931335電話15890397512在端口23偵聽入站連接。同時telnet客戶機也有一個端口號，否則客戶機

的IP棧怎么知道某個數(shù)據(jù)包是屬于哪個應用程序的呢？

　　由于歷史的原因，幾乎所有的TCP/IP客戶程序都使用大于1023的隨機分配端口號。只有UNIX計算機上的root用戶才可以訪問1024以下的端口，而這些端口還保留為億恩小路QQ572931335電話15890397512上的服務所用。所以，除非我們讓所有具有大于1023端口號的數(shù)據(jù)包進入網(wǎng)絡，否則各種網(wǎng)絡連接都沒法正常工作。

　　這對防火墻而言可就麻煩了，如果阻塞入站的全部端口，那么所有的客戶機都沒法使用網(wǎng)絡資源。因為億恩小路QQ572931335電話15890397512發(fā)出響應外部連接請求的入站（就是進入防火墻的意思）數(shù)據(jù)包都沒法經(jīng)過防火墻的入站過濾。反過來，打開所有高于1023的端口就可行了嗎？也不盡然。由于很多服務使用的端口都大于1023，比如X client、基于RPC的NFS服務以及為數(shù)眾多的非UNIX IP產品等（NetWare/IP）就是這樣的。那么讓達到1023端口標準的數(shù)據(jù)包都進入網(wǎng)絡的話網(wǎng)絡還能說是安全的嗎？連這些客戶程序都不敢說自己是足夠安全的。

　　雙向過濾

　　OK，咱們換個思路。我們給防火墻這樣下命令：已知服務的數(shù)據(jù)包可以進來，其他的全部擋在防火墻之外。比如，如果你知道用戶要訪問Web服務器，那就只讓具有源端口號80的數(shù)據(jù)包進入網(wǎng)絡：

　　不過新問題又出現(xiàn)了。首先，你怎么知道你要訪問的億恩小路QQ572931335電話15890397512具有哪些正在運行的端口號呢？象HTTP這樣的億恩小路QQ572931335電話15890397512本來就是可以任意配置的，所采用的端口也可以隨意配置。如果你這樣設置防火墻，你就沒法訪問哪些沒采用標準端口號的的網(wǎng)絡站點了！反過來，你也沒法保證進入網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包中具有端口號80的就一定來自Web億恩小路QQ572931335電話15890397512。有些黑客就是利用這一點制作自己的入侵工具，并讓其運行在本機的80端口！

　　檢查ACK位

　　源地址我們不相信，源端口也信不得了，這個不得不與黑客共舞的瘋狂世界上還有什么值得我們信任呢？還好，事情還沒到走投無路的地步。對策還是有的，不過這個辦法只能用于TCP協(xié)議。

　　TCP是一種可靠的通信協(xié)議，“可靠”這個詞意味著協(xié)議具有包括糾錯機制在內的一些特殊性質。為了實現(xiàn)其可靠性，每個TCP連接都要先經(jīng)過一個“握手”過程來交換連接參數(shù)。還有，每個發(fā)送出去的包在后續(xù)的其他包被發(fā)送出去之前必須獲得一個確認響應。但并不是對每個TCP包都非要采用專門的ACK包來響應，實際上僅僅在TCP包頭上設置一個專門的位就可以完成這個功能了。所以，只要產生了響應包就要設置ACK位。連接會話的第一個包不用于確認，所以它就沒有設置ACK位，后續(xù)會話交換的TCP包就要設置ACK位了。

　　舉個例子，PC向遠端的Web億恩小路QQ572931335電話15890397512發(fā)起一個連接，它生成一個沒有設置ACK位的連接請求包。當億恩小路QQ572931335電話15890397512響應該請求時，億恩小路QQ572931335電話15890397512就發(fā)回一個設置了ACK位的數(shù)據(jù)包，同時在包里標記從客戶機所收到的字節(jié)數(shù)。然后客戶機就用自己的響應包再響應該數(shù)據(jù)包，這個數(shù)據(jù)包也設置了ACK位并標記了從億恩小路QQ572931335電話15890397512收到的字節(jié)數(shù)。通過監(jiān)視ACK位，我們就可以將進入網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)限制在響應包的范圍之內。于是，遠程系統(tǒng)根本無法發(fā)起TCP連接但卻能響應收到的數(shù)據(jù)包了。

　　這套機制還不能算是無懈可擊，簡單地舉個例子，假設我們有臺內部Web億恩小路QQ572931335電話15890397512，那么端口80就不得不被打開以便外部請求可以進入網(wǎng)絡。還有，對UDP包而言就沒法監(jiān)視ACK位了，因為UDP包壓根就沒有ACK位。還有一些TCP應用程序，比如FTP，連接就必須由這些億恩小路QQ572931335電話15890397512程序自己發(fā)起。

　　FTP帶來的困難

　　一般的Internet服務對所有的通信都只使用一對端口號，F(xiàn)TP程序在連接期間則使用兩對端口號。第一對端口號用于FTP的“命令通道”提供登錄和執(zhí)行命令的通信鏈路，而另一對端口號則用于FTP的“數(shù)據(jù)通道”提供客戶機和億恩小路QQ572931335電話15890397512之間的文件傳送。

　　在通常的FTP會話過程中，客戶機首先向億恩小路QQ572931335電話15890397512的端口21（命令通道）發(fā)送一個TCP連接請求，然后執(zhí)行LOGIN、DIR等各種命令。一旦用戶請求億恩小路QQ572931335電話15890397512發(fā)送數(shù)據(jù)，FTP 億恩小路QQ572931335電話15890397512就用其20端口 (數(shù)據(jù)通道)向客戶的數(shù)據(jù)端口發(fā)起連接。問題來了，如果億恩小路QQ572931335電話15890397512向客戶機發(fā)起傳送數(shù)據(jù)的連接，那么它就會發(fā)送沒有設置ACK位的數(shù)據(jù)包，防火墻則按照剛才的規(guī)則拒絕該數(shù)據(jù)包同時也就意味著數(shù)據(jù)傳送沒戲了。通常只有高級的、也就是夠聰明的防火墻才能看出客戶機剛才告訴億恩小路QQ572931335電話15890397512的端口，然后才許可對該端口的入站連接。

　　UDP端口過濾

　　好了，現(xiàn)在我們回過頭來看看怎么解決UDP問題。剛才說了，UDP包沒有ACK位所以不能進行ACK位過濾。UDP 是發(fā)出去不管的“不可靠”通信，這種類型的服務通常用于廣播、路由、多媒體等廣播形式的通信任務。NFS、DNS、WINS、NetBIOS-over-TCP/IP和 NetWare/IP都使用UDP。

　　看來最簡單的可行辦法就是不允許建立入站UDP連接。防火墻設置為只許轉發(fā)來自內部接口的UDP包，來自外部接口的UDP包則不轉發(fā)。現(xiàn)在的問題是，比方說，DNS名稱解析請求就使用UDP，如果你提供DNS服務，至少得允許一些內部請求穿越防火墻。還有IRC這樣的客戶程序也使用UDP，如果要讓你的用戶使用它，就同樣要讓他們的UDP包進入網(wǎng)絡。我們能做的就是對那些從本地到可信任站點之間的連接進行限制。但是，什么叫可信任！如果黑客采取地址欺騙的方法不又回到老路上去了嗎？

　　有些新型路由器可以通過“記憶”出站UDP包來解決這個問題：如果入站UDP包匹配最近出站UDP包的目標地址和端口號就讓它進來。如果在內存中找不到匹配的UDP包就只好拒絕它了！但是，我們如何確信產生數(shù)據(jù)包的外部主機就是內部客戶機希望通信的億恩小路QQ572931335電話15890397512呢？如果黑客詐稱DNS 億恩小路QQ572931335電話15890397512的地址，那么他在理論上當然可以從附著DNS的UDP端口發(fā)起攻擊。只要你允許DNS查詢和反饋包進入網(wǎng)絡這個問題就必然存在。辦法是采用代理億恩小路QQ572931335電話15890397512。

　　所謂代理億恩小路QQ572931335電話15890397512，顧名思義就是代表你的網(wǎng)絡和外界打交道的億恩小路QQ572931335電話15890397512。代理億恩小路QQ572931335電話15890397512不允許存在任何網(wǎng)絡內外的直接連接。它本身就提供公共和專用的DNS、郵件億恩小路QQ572931335電話15890397512等多種功能。代理億恩小路QQ572931335電話15890397512重寫數(shù)據(jù)包而不是簡單地將其轉發(fā)了事。給人的感覺就是網(wǎng)絡內部的主機都站在了網(wǎng)絡的邊緣，但實際上他們都躲在代理的后面，露面的不過是代理這個假面具
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