【网络安全】网络安全基础精讲 - 网络安全入门第一篇

一、网络安全基础

1.1网络安全定义

1.2网络系统安全

1.3网络信息安全

1.4网络安全的威胁

1.5网络安全的特征

二、入侵方式

2.1黑客

2.1.1黑客入侵方式

2.1.2系统的威胁

2.2 IP欺骗

2.2.1 TCP等IP欺骗

2.2.2 IP欺骗可行的原因

2.3 Sniffer探测

2.4端口扫描技术

2.4.1 端口扫描

2.4.2 Ping命令

2.5 木马与病毒

2.5.1 木马与病毒的区别

2.5.2 木马与病毒的攻击方式

三、防火墙技术

3.1 防火墙基础

3.1.1 防火墙简介

3.1.2 防火墙的功能及分类

3.1.3 访问控制机制

3.2 防火墙详解

3.2.1 包过滤防火墙

3.2.2状态检测防火墙

3.2.3应用代理防火墙

3.2.4复合型防火墙

3.2.5各类防火墙优缺点

3.3 防火墙体系结构

3.4 硬件防火墙的性能指标

3.5 分布式防火墙

四、密码学基础

4.1 定义

4.2 重要工具及算法

一、网络安全基础

1.1网络安全定义

网络安全指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不因偶然的或恶意的原因而遭受到破坏、更改、泄露，确保系统连续可靠正常的运行，网络业务不中断。

网络安全的重要性体现在多个方面：
保护个人隐私：网络安全可以防止个人信息泄露，比如银行账号、上网登录口令等敏感信息。
保护企业商业机密：企业的重要数据和信息需要得到保护，防止商业机密泄露。
保护国家安全：网络安全对于保护国家的重要信息基础设施、防止国家机密泄露具有重要作用。

接下来，我们来聊聊网络安全基础的两个主要部分：

1.2网络系统安全

一、定义
网络系统安全指的是信息系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不会遭到偶然的或者恶意的破坏、更改、泄露，确保系统能连续、可靠、正常地运行，服务不中断。

二、基本需求
网络系统安全的基本需求主要包括以下几点：
可靠性：系统能够稳定运行，提供持续的服务。
可用性：授权用户可以随时访问系统资源和服务。
保密性：确保系统中的敏感信息不被未授权的用户获取。
完整性：数据在传输和存储过程中不会被篡改或破坏。
不可抵赖性：信息发送者不能否认其发送的信息。
可控性：可以控制授权范围内的信息流向及行为方式。
可审查性：对出现的网络安全问题提供调查的依据和手段。

三、内容
网络系统安全的内容主要包括以下几个方面：
保护网络上信息系统中数据的安全，防止数据泄露、篡改或丢失。
保护通信的安全，确保通信过程中的数据不被窃取或篡改。
保护应用的安全，确保应用程序不被恶意软件攻击或滥用。

四、安全要素
网络系统安全包括以下几个基本安全要素：
机密性：确保信息不暴露给未授权的实体或过程。
完整性：只有得到允许的人才能修改数据，并且能够判别出数据是否已被篡改。
可用性：得到授权的实体在需要时可访问数据，即攻击者不能占用所有的资源而妨碍授权者的工作。
可控性：可以控制授权范围内的信息流向及行为方式。
可审查性：对出现的网络安全问题提供调查的依据和手段。

五、防护措施
保护网络系统安全的措施有很多，包括：
全面规划网络平台的安全策略。
制定网络安全的管理措施。
使用防火墙、入侵检测系统等网络安全设备。
尽可能记录网络上的一切活动，以便进行安全审计。
注意对网络设备的物理保护，防止被非法访问或破坏。

1.3网络信息安全

一、定义
网络信息安全，涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科。它主要是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，确保系统能够连续、可靠、正常地运行，网络服务不中断。

二、技术特征
完整性：信息在传输、交换、存储和处理过程中保持非修改、非破坏和非丢失的特性。
保密性：信息按照给定要求不泄漏给非授权的个人、实体或过程，或提供其利用的特性。
可用性：网络信息可被授权实体正确访问，并按要求能正常使用或在非正常情况下能恢复使用的特征。
不可否认性：通信双方在信息交互过程中，确信参与者本身以及参与者所提供的信息的真实同一性。
可控性：对流通在网络系统中的信息传播及具体内容能够实现有效控制的特性。

三、重要性
保护个人隐私和财产安全：防止个人信息被盗用、泄露，保护财产安全。
保护国家安全和经济发展：防止重要信息被非法获取，保障国家安全，维护经济健康发展。
防范网络犯罪活动：打击网络犯罪，维护社会正常秩序。
保护知识产权和商业机密：确保企业和创新者的知识产权和商业机密不被泄露。

四、防御措施
提高网络安全意识：加强员工网络安全意识培训，减少人为干扰因素。
建立防火墙：限制内部用户与外部网络的连接，保护网络服务器和计算机。
使用加密技术：对网络数据进行加密处理，确保敏感信息在传输过程中不被窃取。
数据备份：定期备份互联网安全数据，防止数据丢失或遭到破坏。
病毒防范：使用杀毒软件和防病毒软件，检测和清除病毒，避免病毒传播造成的网络安全问题。

1.4网络安全的威胁

在网络安全领域，我们通常会遇到两种主要的攻击类型：主动攻击和被动攻击。

主动攻击是指攻击者试图突破信息系统的安全防线，对系统内的信息进行篡改、删除、伪造或影响系统的正常运行。这种攻击通常是有预谋、有针对性的，旨在达到破坏、窃取或欺骗的目的。
主动攻击的特点包括：
针对性强：攻击者通常会选择特定的目标，如某个网站、数据库或用户，进行有针对性的攻击。
破坏性大：主动攻击可能导致系统崩溃、数据丢失或泄露，对受害者造成严重的损失。
难以追踪：由于攻击者通常会采用各种手段隐藏自己的身份和行踪，因此主动攻击往往难以追踪和溯源。
主动攻击的示例包括：
拒绝服务攻击（DoS/DDoS）：攻击者通过发送大量无效请求或数据包，使目标系统无法处理正常请求，导致系统瘫痪或崩溃。
恶意软件攻击：攻击者通过植入病毒、蠕虫、木马等恶意软件，破坏目标系统的正常运行，窃取用户数据或进行其他恶意活动。

被动攻击是指攻击者在不影响系统正常运行的情况下，截获并窃取系统内的信息。这种攻击通常是在用户不知情的情况下进行的，因此难以被发现和防范。
被动攻击的特点包括：
隐蔽性强：被动攻击不会破坏系统的正常运行，因此难以被用户或安全系统察觉。
信息泄露风险：由于攻击者能够截获系统内的信息，因此存在信息泄露的风险。
难以防范：由于被动攻击不需要对系统进行破坏或篡改，因此难以通过传统的安全手段进行防范。
被动攻击的示例包括：
信息窃取：攻击者通过窃听、网络监听等手段，截获并窃取系统内的敏感信息，如用户密码、银行账户信息等。
流量分析：攻击者通过分析网络流量，获取用户的上网习惯、访问记录等敏感信息，从而进行针对性攻击或诈骗。

1.5网络安全的特征

网络安全的特征主要包括以下几个方面，它们共同构成了网络安全的基石：

·保密性（Confidentiality）：
信息不泄露给非授权用户、实体或过程，或供其利用的特性。
通过使用加密技术、访问控制和身份验证等手段来确保只有授权的人员可以访问敏感信息。
·完整性（Integrity）：
数据未经授权不能进行改变的特性。
信息在传输、交换、存储和处理过程中保持信息原样，不受损、篡改或无效的影响。
采用防篡改技术、数据校验和数字签名等手段来验证数据的完整性。
·可用性（Availability）：
可被授权实体访问并按需求使用的特性。
确保网络系统和服务能够在需要时正常工作，不受故障、攻击或其他威胁的影响。
通过备份、冗余和容错机制等手段来确保系统的可用性和可靠性。
·可控性（Controllability）：
系统对信息的传播及内容具有控制能力。
能够对信息的传输范围和存放空间实现有效的控制。
·不可否认性（Non-repudiation）：
信息交互参与者不能抵赖或否认自身的真实身份，以及提供信息的原样性和完成操作的行为。
确保在网络和系统中进行的操作和交互是可追溯和不可否认的。
授权和认证（Authorization and Authentication）：
通过身份验证和访问控制机制，确保只有合法用户能够访问网络和系统资源。
验证用户或实体的身份以确定其是否具有访问权限，并防止未经授权的访问。
·可恢复性（Recoverability）：
能够快速恢复网络和系统的正常运行状态，以减少攻击或事故造成的损失。
提供数据和系统恢复的机制和手段。
·审计和监控（Auditing and Monitoring）：
通过日志记录、事件监测和分析等手段，对网络和系统进行实时监控和审计。
及时发现和应对安全事件，确保系统的安全性和稳定性。
·教育和培训（Education and Training）：
提供安全意识培训和技能培训，提高用户对网络安全的认识和能力。
减少因用户错误导致的安全风险。
·防御性措施（Defensive Measures）：
使用防火墙、入侵检测系统（IDS）、入侵防御系统（IPS）等技术手段，阻止恶意攻击者入侵和攻击网络和系统。

这些特征共同构成了网络安全的综合体系，旨在保护网络系统中的数据、资源和用户免受各种威胁和攻击。

二、入侵方式

2.1黑客

2.1.1黑客入侵方式

1）社会工程学：
利用人类的信任、好奇心或恐惧等情感，诱使受害者提供敏感信息，执行恶意文件，或访问控制的系统。
实例：钓鱼攻击，攻击者可能伪装成银行的官方电子邮件，诱导用户点击恶意链接，从而窃取用户的登录凭证。
2）密码攻击：
攻击者尝试获取用户的密码，通过直接猜测、使用已知数据推断或通过自动化工具尝试大量可能的密码组合（暴力破解）。
防御措施：实施复杂的密码策略，启用多因素认证。
3）SQL注入：
攻击者在Web表单输入或URL参数中输入恶意SQL代码，试图执行非法的数据库命令。
防御措施：使用参数化查询，彻底的输入验证。
4）跨站脚本攻击（XSS）：
通过将恶意脚本注入到网页上，当其他用户浏览该网页时执行这些脚本。
防御措施：有效的用户输入输出清理，避免直接在页面上渲染未经检查的用户输入。
5）漏洞利用：
利用软件中的已知或未知漏洞（如缓冲区溢出、命令注入等）来执行未授权的命令或访问数据。
防御措施：定期更新和打补丁，使用漏洞扫描工具检测系统弱点。
6）拒绝服务攻击（DoS）和分布式拒绝服务攻击（DDoS）：
通过大量的请求超载服务器或网络设备，使其无法处理合法的请求。

2.1.2系统的威胁

1）数据泄露：
通过上述入侵方式，黑客可能窃取敏感数据，如用户信息、财务记录等，导致数据泄露。
2）系统破坏：
黑客可能利用漏洞或恶意软件破坏系统，导致服务中断、数据丢失等。
3）恶意软件感染：
黑客可能通过恶意软件（如勒索软件、间谍软件等）感染系统，从而窃取信息、破坏数据或控制整个系统。
4）信任关系破坏：
如果黑客成功入侵系统，可能会破坏用户与系统之间的信任关系，导致用户对系统的信心下降。
5）经济损失：
黑客入侵可能导致数据泄露、系统破坏、恶意软件感染等，这些都可能给组织带来重大的经济损失。

2.2 IP欺骗

IP欺骗，又称IP地址欺骗，是一种黑客攻击手段，它涉及伪造网络数据包中的IP地址信息，以冒充其他系统或发件人的身份进行通信。

定义与原理
定义：IP欺骗是指行动产生的IP数据包为伪造的源IP地址，以便冒充其他系统或发件人的身份。
原理：根据Internet Protocol（IP）网络互联协议，数据包头包含来源地和目的地信息。IP欺骗通过伪造数据包包头，使显示的信息源不是实际的来源，就像这个数据包是从另一台计算机上发送的。

攻击目的与影响
匿名性：隐藏攻击者的真实IP地址，增加追踪和检测的难度。
绕过安全措施：欺骗防火墙、入侵检测系统等安全设备，以逃避检测和阻止。
身份冒充：冒充其他系统或发件人，获取敏感信息或执行恶意操作。
拒绝服务攻击：利用伪造的IP地址进行拒绝服务攻击（DDoS），使得受害者难以追溯到真正的攻击源。

常见类型
IP欺骗攻击：发送经过伪装的数据包，使得目标系统误以为这些数据包是来自合法源地址的。常用于绕过入侵检测系统、防火墙等安全设备。
ARP欺骗：利用ARP协议漏洞，发送虚假的ARP响应，欺骗目标设备将数据包发送到错误的MAC地址。
DNS欺骗：通过篡改或伪造DNS响应，将域名解析到错误的IP地址，从而实现对目标网络的攻击。

2.2.1 TCP等IP欺骗

IP欺骗就是攻击者伪造具有虚假源地址的IP数据包进行发送，以达到隐藏发送者身份、假冒其他计算机等目的。在TCP中，IP欺骗常常与三次握手过程相结合，来实现攻击。

那么，TCP的三次握手过程是怎样的呢？
第一次握手：客户端发送SYN包（seq=j）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。
第二次握手：服务器收到SYN包后，会发送一个SYN以及一个ACK（ack=j+1）给客户，表示对SYN J的应答，同时新发送一个SYN K（seq=k），此时服务器进入SYN_RECV状态。
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包后，向服务器发送确认包ACK（ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

现在，我们来看看IP欺骗在TCP三次握手中的应用：
攻击者首先会向目标主机（我们称之为hostA）发送DoS攻击，使其暂时瘫痪，以免在攻击过程中受到干扰。
接着，攻击者会伪造一个SYN包，其中的源IP地址是hostA的IP地址，目标IP地址是另一个主机（我们称之为hostB）的IP地址。这个SYN包会被发送到hostB。
hostB收到SYN包后，会回复一个SYN+ACK包给hostA。但由于hostA已经被攻击者搞瘫痪了，所以hostB的这个回复包实际上并不会被hostA接收到。
攻击者需要想办法截获这个SYN+ACK包，并从中获取到关键的序列号信息。然后，攻击者会伪造一个ACK包，其中的序列号信息与截获的SYN+ACK包中的序列号信息相对应，并将其发送给hostB。
如果一切顺利的话，hostB会认为这个ACK包是来自hostA的，于是双方就建立了一个连接。但实际上，这个连接是攻击者与hostB之间的连接，而不是hostA与hostB之间的连接。这就是IP欺骗在TCP三次握手中的应用。

2.2.2 IP欺骗可行的原因

1.TCP/IP协议自身的漏洞：TCP/IP协议是为了实现网络连接而设计的，但在设计之初并没有充分考虑到安全性问题。特别是IP协议，它不保持任何连接状态的信息，只是简单地在网络中发送数据报。因此，攻击者可以伪造数据包的源地址字段，而不受TCP/IP协议本身的限制。

2.主机之间的信任关系：在某些网络环境中，主机之间会建立一种信任关系。例如，Unix主机中可能存在多个账号在不同主机之间的相互信任关系。这种信任关系可能被攻击者利用，通过伪造受信任主机的IP地址来进行欺骗。

3.IP地址的唯一性：每台连接到互联网的设备都会被分配一个唯一的IP地址。在网络通信中，IP地址是识别设备身份的重要标识。攻击者可以利用这一点，通过伪造数据包的源IP地址，使接收方误认为是来自另一个可信的设备。

4.数据包头部的可修改性：数据包头部包含了源IP地址、目的IP地址等关键信息。在网络通信中，这些信息被用于确定数据包的来源和目的。然而，攻击者可以使用特定的软件或脚本来修改数据包头部中的源IP地址字段，实现IP地址的伪造。

2.3 Sniffer探测

Sniffer探测，也被称为网络嗅探器或网络监听器，是一种基于被动侦听原理的网络分析方式。它能够监视网络的状态、数据流动情况以及网络上传输的信息。

技术原理：
Sniffer通过将以太网卡置于混杂模式（Promiscuous Mode）来捕获所有流经网卡的数据包。
在混杂模式下，网卡会接收并处理网络上传输的每一个数据包，而不仅仅是那些目标地址为自己的数据包。
捕获的数据包随后会被Sniffer软件进行分析，提取出有用的信息，如源地址、目的地址、端口号、数据内容等。

主要特征：
多线程数据捕获和处理：能够同时捕获和分析多个网络接口上的数据包，提高处理效率。
支持多种协议解析：可以解析常见的网络协议（如TCP、UDP、ICMP等）的数据包，提取出协议级别的信息。
自定义过滤器设置：用户可以根据需要设置过滤条件，只捕获和分析符合特定条件的数据包。
强大的日志输出功能：可以将捕获的数据包和分析结果保存到日志文件中，方便后续分析和查看。

应用场景：
网络性能监测与故障定位：通过Sniffer可以实时监测网络接口的流量、延迟等指标，帮助运维人员快速定位网络故障。
安全漏洞检测与防范：在安全领域，Sniffer可以用来分析网络流量中的潜在风险，如SQL注入、跨站脚本（XSS）等攻击行为。
协议分析与教学实验：Sniffer可以作为网络协议分析的工具，帮助学生和研究人员更好地理解网络协议的工作原理和运行机制。

2.4端口扫描技术

2.4.1 端口扫描

口扫描技术是什么呢？简单来说，它就像是一种侦探手法，用来查找和了解计算机上开放的端口和服务。通过扫描，我们可以知道哪些端口是开放的，哪些服务在运行，从而找到可能存在的安全隐患。

端口扫描的原理其实很简单，就是逐个对一段端口或指定的端口进行扫描。具体来说，扫描器会向目标计算机的每个端口发送消息，一次只发送一个。然后，根据接收到的回应类型，就可以判断该端口是否在使用，并且可以探寻到可能存在的弱点。

几种常用的端口扫描方法：
·完全连接扫描：这是最传统也是最基本的扫描方法。它利用TCP/IP协议的三次握手连接机制，使源主机和目的主机的某个端口建立一次完整的连接。如果连接成功，就表示该端口开放；否则，表示该端口关闭。
·半连接扫描：这种方法只完成TCP连接的前两次握手，不建立完整的连接。它可以更快地扫描大量端口，但可能不如完全连接扫描准确。
·SYN扫描：它首先向目标主机发送连接请求，当目标主机返回响应后，立即切断连接过程，并查看响应情况。这种方法可以更快地扫描大量端口，并且不易被检测到。
·ID头信息扫描：这种方法利用了TCP/IP协议中ID头信息的变化规律来判断端口状态。虽然比较复杂，但可以有效地绕过一些防火墙和入侵检测系统。
除了以上几种方法外，还有隐蔽扫描、SYN|ACK扫描、FIN扫描、ACK扫描等多种扫描技术。

2.4.2 Ping命令

ping （Packet Internet Groper）是一种因特网包探索器，用于测试网络连接量的程序。Ping是工作在 TCP/IP网络体系结构中应用层的一个服务命令，主要是向特定的目的主机发送 ICMP（Internet Control Message Protocol 因特网报文控制协议）Echo 请求报文，测试目的站是否可达及了解其有关状态。

2.5 木马与病毒

2.5.1 木马与病毒的区别

定义：

·木马：木马一词来源于古希腊特洛伊战争中的“木马计”，在计算机领域，它指的是一种可以非法控制计算机或在他人计算机中从事秘密活动的恶意软件。木马通常通过伪装成正常软件被下载到用户主机，随后黑客可以通过木马控制用户主机并盗取用户信息。

·病毒：在计算机领域，病毒是一种能够自我复制并感染其他程序的恶意软件。

特征：

木马：

隐蔽性：木马能够长时间潜伏在用户计算机中不被发现，通过将自己隐藏在合法的程序中，运行时不会在“任务栏”中生成图标，也不会在任务管理器中被轻易发现。
欺骗性：木马一般会通过将自己包装为普通的软件来欺骗用户和躲避安全软件查杀。
危害性：木马被植入目标主机后，攻击者可以通过对客户端的远程控制进行一系列非法行为，如窃取机密文件、控制系统的运行等。

病毒：

传染性：病毒具有自我复制和感染其他程序的能力。
破坏性：病毒可能破坏计算机系统的正常运行，导致文件损坏、数据丢失等问题。

行为与目标：

木马：主要目标是非法控制计算机或窃取用户信息，通过远程控制实现。
病毒：主要目标是破坏计算机系统的正常运行或传播恶意信息。

2.5.2 木马与病毒的攻击方式

木马和病毒在攻击方式上存在显著差异。木马主要通过伪装和远程控制来实现其恶意目的，如窃取密码、监控屏幕活动等；而病毒则通过破坏、干扰和降低性能等手段来影响计算机的正常运行。

1）、木马攻击方式

远程控制木马 (Remote Access Trojan, RAT)
- 攻击者通过植入远程控制木马，可以完全控制受害者的计算机，包括执行命令、遥控操作、下载/上传文件等。
- 广泛应用于黑客攻击、网络犯罪以及个人监控等领域。
密码窃取木马 (Password Stealing Trojan)
- 能够盗取用户登录凭证和密码信息的木马程序。
- 常通过钓鱼网站、恶意软件下载、邮件附件等方式传播。
键盘记录木马 (Keylogger)
- 记录被感染计算机上用户的键盘输入，以获取用户的登录凭证、敏感信息或银行卡、支付宝等账户的用户名和密码。
屏幕记录木马 (Screen Logger)
- 记录用户屏幕活动，使攻击者能够获悉受害者的各类敏感信息。
按键精灵木马 (AutoHotkey Trojan)
- 利用Windows操作系统的自动化工具“AutoHotkey”，模拟用户输入操作，自动执行预设任务。
挖矿木马 (Cryptojacking Trojan)
- 利用受害者计算机处理能力进行加密货币挖矿，从中获取利润。
木马后门 (Backdoor Trojan)
- 提供潜在的连接、执行和控制目标系统的功能，一旦成功植入，攻击者可以远程控制目标系统。

2）、病毒攻击方式

攻击文件
- 对文件进行删除、改名、替换内容、丢失部分程序代码等操作。
攻击内存
- 占用大量内存、改变内存总量、禁止分配内存等，导致较大程序难以运行。
干扰系统运行
- 不执行命令、干扰内部命令的执行、虚假报警、使文件打不开等。
降低速度
- 激活时迫使计算机空转，导致计算机速度明显下降。
攻击磁盘
- 攻击磁盘数据、不写盘、写操作变读操作等。
扰乱屏幕显示
- 字符跌落、环绕、倒置、显示前一屏等。
干扰键盘操作
- 响铃、封锁键盘、换字、抹掉缓存区字符等。

三、防火墙技术

3.1 防火墙基础

3.1.1 防火墙简介

防火墙（Firewall）是一种网络安全系统，用于监控和控制进出网络的通信流量。它可以根据预先设定的安全规则，允许或阻止特定的数据包通过，从而保护内部网络资源免受外部威胁的侵害。

以下是防火墙的简单解释：

安全屏障：防火墙是网络的第一道防线，就像一座物理上的城墙，它位于内部网络和外部网络之间，防止未经授权的访问。
数据包过滤：防火墙检查所有进出网络的数据包，并根据安全规则判断它们是否应该被允许通过。这些规则可能基于源地址、目标地址、端口号、协议类型等因素。
访问控制：防火墙可以限制对内部网络资源的访问，只允许特定的用户或设备从外部网络访问内部资源。这有助于防止未经授权的访问和数据泄露。
网络地址转换（NAT）：防火墙可以执行网络地址转换，将内部网络的私有IP地址转换为公共IP地址，以便与外部网络通信。这增加了内部网络的安全性，因为外部网络无法直接访问内部网络的私有IP地址。
日志和监控：防火墙可以记录所有通过它的通信流量，并提供日志和监控功能。这有助于管理员识别潜在的安全威胁，并采取相应的措施来应对。
状态检测：现代防火墙使用状态检测技术来跟踪网络会话的状态。通过跟踪会话的状态，防火墙可以更准确地判断哪些数据包是合法的，哪些数据包可能是恶意的。
应用层网关：除了基本的包过滤功能外，防火墙还可以作为应用层网关，对特定的应用程序流量进行更深入的检查和控制。例如，它可以检查电子邮件附件或Web请求的内容，以防止恶意软件的传播。

3.1.2 防火墙的功能及分类

防火墙的功能

防火墙在网络安全中扮演着至关重要的角色，其主要功能包括：

构建安全屏障：防火墙在内部网络和外部网络之间构建一道相对隔绝的保护屏障，以保护用户资料与信息的安全性。
处理安全风险：防火墙能够及时发现并处理计算机网络运行时可能存在的安全风险、数据传输等问题。处理措施包括隔离与保护，以确保计算机网络运行的安全性。
监控与检测：防火墙可对计算机网络安全当中的各项操作实施记录与检测，包括对网络存取和访问进行监控审计，只有经过授权的通信业务才能通过防火墙进出。
防止信息外泄：防火墙能够防止内部信息的外泄，从而保护组织的敏感信息不被未经授权的外部访问所获取。

防火墙的分类

防火墙可以根据不同的分类标准进行划分：

软、硬件形式分类：
- 软件防火墙：运行于特定的计算机上，需要客户预先安装好的计算机操作系统的支持。这类防火墙需要先在计算机上安装并做好配置才可以使用。
- 硬件防火墙：基于PC架构，与普通家庭用的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。
- 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。
技术分类：
- 包过滤型防火墙：基于网络层的安全性，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数据包通过。
- 应用代理型防火墙：也称应用网关，它将每一个用户请求视为一个连接，实现外部网络内部化。
结构分类：
- 单一主机防火墙：主要用于保护单台主机。
- 路由器集成式防火墙：将防火墙功能集成到路由器中。
- 分布式防火墙：在网络中的每一台主机上都安装了防火墙软件，它们同时担负防火墙的功能。
应用部署位置分类：
- 边界防火墙：部署在网络边界，如企业网络的边缘。
- 个人防火墙：部署在个人计算机上，保护个人计算机的安全。
- 混合防火墙：结合了边界防火墙和个人防火墙的特点。
性能分类：
- 百兆级防火墙：适用于百兆网络环境的防火墙。
- 千兆级防火墙：适用于千兆网络环境的防火墙。
使用方法分类：
- 网络层防火墙：在网络层进行安全控制。
- 物理层防火墙：在物理层提供安全保护。
- 链路层防火墙：在链路层进行数据包过滤和控制。

以上分类和功能概述旨在帮助用户更好地理解防火墙在网络安全中的作用和选择适合自身需求的防火墙类型。

3.1.3 访问控制机制

访问控制机制是指对主体访问客体的权限或能力的限制，以及限制进入物理区域（出入控制）和限制使用计算机系统和计算机存储数据的过程（存取控制）。以下是访问控制机制的详细解释：

一、定义与目标

访问控制机制是指在计算机系统中，对用户或进程对系统资源的访问进行限制和管理的一种机制。其目标是确保只有经过授权的用户或程序可以访问特定的资源，如文件、文件夹、系统设置、网络服务和数据库等。

二、主要组成与分类

主体（Subject）：指被授权或未经授权试图访问系统的用户、程序或进程。
客体（Object）：指需要被保护的系统资源，如文件、数据、设备或服务等。
访问控制规则（Access Control Rules）：由系统管理员定义的规则，用于限制主体对资源的访问权限。

三、实现方法

访问控制列表（ACL）：一种基于资源的访问控制机制，将用户或组分配给资源，并定义了他们对资源的访问权限。
角色基础访问控制（RBAC）：将用户分配给角色，而不是直接分配给资源。每个角色都有一组与之相关的权限，用户通过被分配到的角色来获取相应的权限。
行级访问控制（RLAC）：在关系数据库系统中常用的访问控制机制，允许对数据库中的每行数据进行细粒度的访问控制。
强制访问控制（MAC）：基于安全级别的访问控制机制，通过对资源和用户进行标记并定义访问策略，以确保系统的安全性。
容器访问控制（CAC）：用于容器化环境的访问控制机制，通过对容器中的资源和进程进行隔离和管理，以确保不同容器之间的安全性和隔离性。

四、主要目标

保护系统资源：防止未经授权的访问或恶意攻击，防止数据泄露、系统崩溃或破坏等安全问题。
实现数据保密性：确保只有授权用户可以访问敏感信息，保护数据的保密性。
管理权限：帮助管理员控制和管理用户权限，确保用户只能执行必要的任务，防止滥用权限和误操作。
管理身份验证：提供身份验证机制，确保只有经过身份验证的用户可以访问资源，防止身份伪造和欺诈。
管理审计：记录用户活动和系统事件，帮助管理员审计用户行为，发现潜在的安全问题和保证合规性。

3.2 防火墙详解

3.2.1 包过滤防火墙

包过滤防火墙（Packet Filtering Firewall）是网络安全中的一种基础防火墙技术，它基于数据包的源地址、目标地址、端口号、协议类型等包头信息，来决定是否允许数据包通过。这种防火墙工作在网络层（OSI模型的第三层），也被称为网络层防火墙或筛选路由器。

工作原理

包过滤防火墙通过检查经过网络层的数据包，根据预先设定的安全规则进行过滤。这些规则定义了哪些数据包应该被允许通过，哪些数据包应该被拒绝。当数据包通过防火墙时，防火墙会读取数据包的包头信息，并与安全规则进行匹配。如果匹配成功，数据包会根据规则被允许通过或拒绝；如果匹配失败，防火墙通常会根据默认规则来处理数据包。

优缺点

优点：

性能高效：由于仅检查数据包的包头信息，包过滤防火墙的处理速度较快，对系统资源的消耗较小。
配置简单：基于网络层的规则配置相对简单，容易理解和实现。
透明性好：对于用户和应用来说，包过滤防火墙是透明的，不需要额外的客户端软件或配置。

缺点：

安全性较低：由于仅检查数据包的包头信息，包过滤防火墙无法识别应用层的数据内容，因此容易受到一些复杂攻击的威胁，如IP地址欺骗、应用层攻击等。
管理复杂：随着网络规模和应用复杂性的增加，包过滤防火墙的规则数量也会急剧增加，使得管理和维护变得复杂。
无法防范内部攻击：包过滤防火墙只能控制进出网络的数据包，无法防范来自网络内部的攻击。

应用场景

包过滤防火墙通常适用于对性能要求较高、网络规模较小、安全需求相对简单的场景。例如，小型企业、学校或家庭网络等。在这些场景中，包过滤防火墙可以提供基本的网络安全防护，防止一些常见的网络攻击。

然而，在大型企业、金融机构或政府机构等对网络安全要求较高的场景中，包过滤防火墙可能无法满足需求。这些场景通常需要更高级别的安全防护措施，如状态检测防火墙、应用层网关防火墙等。

3.2.2状态检测防火墙

状态检测防火墙是一种重要的网络安全设备，主要用于监测和过滤网络流量，以保护计算机网络免受潜在的攻击。以下是关于状态检测防火墙的详细介绍：

定义与功能：
- 状态检测防火墙是一种网络安全设备，用于监控和管理网络流量，以保护网络免受未经授权的访问和恶意攻击。
- 它通过检测和分析网络数据包的状态和内容，来决定是否允许或阻止数据包通过网络。
- 具有访问控制、漏洞检测、行为分析、日志记录和审计等功能。
工作原理：
- 状态检测防火墙采用了状态检测包过滤的技术，是传统包过滤功能上的扩展。
- 在网络层有一个检查引擎，用于截获数据包并抽取出与应用层状态有关的信息，以此为依据决定对该连接是接受还是拒绝。
- 防火墙在状态表中保存以前的通信信息，记录从受保护网络发出的数据包的状态信息，如FTP请求的服务器地址和端口、客户端地址等。
- 根据状态表内容对返回受保护网络的数据包进行分析判断，只有响应受保护网络请求的数据包才被放行。
主要特点：
- 安全性好：状态检测防火墙工作在数据链路层和网络层之间，能确保截取和检查所有通过网络的原始数据包。
- 适应性和扩展性好：支持多种协议和应用程序，可方便地实现应用和服务的扩充。
- 透明性：对用户透明，在OSI最高层上加密数据，而无需修改客户端程序，也无需对每个需在防火墙上运行的服务额外增加一个代理。
- 综合分析能力：可以结合前后数据包里的数据信息进行综合分析，以决定是否允许该数据包通过。
主要功能：
- 访问控制：根据预定义的访问控制策略，决定是否允许或阻止特定的网络连接。
- 漏洞检测：检测到网络连接中的漏洞，如未经授权的访问、恶意代码传播等，并阻止潜在的攻击行为。
- 行为分析：分析网络流量的行为模式，检测到异常的网络活动，并采取相应的措施来阻止潜在的攻击。
- 日志记录和审计：记录和审计网络流量的信息，如源IP地址、目标IP地址、端口号、数据包内容等，用于后续的安全分析和调查。
局限性：
- 可能受到新型攻击的影响，因为它只能检测到已知的攻击模式。
- 可能会对网络性能产生一定的影响，因为它需要对网络流量进行深度分析。
- 检测的层次主要限于网络层与传输层，无法对应用层内容进行深入检测，因此可能无法有效抵抗应用层的攻击。

3.2.3应用代理防火墙

应用代理防火墙是一种网络安全设备，其主要功能在于过滤和监控进出企业网络的应用层网络流量，以保护企业网络的安全。以下是关于应用代理防火墙的详细介绍：

1. 工作原理

中间人角色：应用代理防火墙在企业网络与外部网络之间扮演着中间人的角色。当有来自互联网的访问请求时，该请求首先被发送到代理服务器，由代理服务器作为代理去访问内部网的某个服务器。这样，所有来自互联网的访问请求均要通过代理服务器的安全管控。
深度检测：应用代理防火墙对流经的数据包进行深度检测，它会解析和分析应用层协议（如HTTP、FTP等），以便对流量进行监控和防御措施。
风险评估：在对数据包进行检测的同时，应用代理防火墙会根据预设的安全策略进行风险评估。基于规则库和特征数据库，对流量中的威胁进行识别和分类，并与预设的安全策略进行匹配。

2. 主要功能

访问控制：提供灵活的访问控制功能，允许企业根据需求设置不同的访问权限和策略。
应用层验证：支持应用层验证，确保数据在传输过程中的完整性和真实性。
URL和文件过滤：提供URL过滤和文件过滤功能，防止用户访问恶意网站或下载恶意文件。
日志记录和报告：所有经过应用代理防火墙的流量都会被记录下来，包括原始数据、事件信息等。它还可以根据预设的规则和策略，触发报警并通知安全管理员，及时应对潜在的安全威胁。

3. 优点

高安全性：应用代理防火墙可以在应用层对网络流量进行深度检测，更精确地识别威胁和攻击，提供更高的安全性。
灵活的访问控制：允许企业根据应用层协议和业务需求，制定细粒度的安全策略，保护企业敏感信息的安全。
应用层策略管理：支持应用层策略管理，可以根据具体的应用层协议和业务需求，对企业网络进行保护。

4. 缺点

系统实现相对复杂：相比于其他防火墙技术，应用代理防火墙的实现更为复杂，需要更多的配置和管理。
服务请求延迟：由于所有请求都需要通过代理服务器进行转发，因此可能会导致服务请求的延迟。
额外的硬件需求：应用代理防火墙可能需要额外的硬件设备来支持其运行，增加了企业的成本。

5. 应用场景

上网保护：利用防火墙的访问控制及内容过滤功能，保护内网和上网计算机安全，防止互联网黑客直接攻击内部网络，过滤恶意网络流量，切断不良信息访问。
数据保护：在受保护的数据区域边界处部署防火墙，对数据库服务器或数据存储设备的所有请求和响应进行安全检查，过滤恶意操作，防止数据受到威胁。
网络安全应急响应：利用防火墙对恶意攻击源及网络通信进行阻断，过滤恶意流量，防止网络安全事件影响扩大。

3.2.4复合型防火墙

复合型防火墙是一种集成了多种防火墙技术的安全设备，它通过多种技术的结合，为网络提供了全面的安全保护。以下是关于复合型防火墙的详细介绍：

工作原理

智能IP识别技术：复合型防火墙基于自主研发的智能IP识别技术，在防火墙内核对应用和协议进行高效分组识别，实现对应用的访问控制。该技术摒弃了传统防火墙在内核中进行缓存的方式，采用零拷贝流分析、特有快速搜索算法等技术，加快了会话组织和规则定位的速度，从而突破了复合型防火墙效率较低的瓶颈。
流量监测与分析：复合型防火墙通过网络边界设备（如路由器）对进入网络的流量进行监测和分析，确保只有合法的数据包能够进入内部网络。它通过对网络流量进行深度包检测和内容分析，能够识别出携带恶意软件或攻击代码的数据包，并阻止它们进入网络。
访问控制：复合型防火墙通过设置访问控制规则来限制特定IP地址、端口或协议的访问。它还可以基于应用层协议进行过滤，允许或阻止特定应用程序的传输。此外，复合型防火墙还可以对进出网络的数据流进行状态检查，过滤掉与当前会话无关的数据包。

主要功能

防火墙功能：作为网络安全的基础，复合型防火墙对多种网络对象进行有效的访问监控，为网络安全提供高效、稳定的安全保护。
入侵检测功能：通过监视网络中的数据包来发现黑客的入侵企图。复合型防火墙的入侵检测产品可以实现对20多类1000多种攻击方式的鉴别。在发现入侵行为时，它可以立即通知防火墙自动生成规则，并在第一时间封禁网络攻击。
安全评估功能：主动地检测内部网络，对主机信息、端口、各种漏洞、RPC远程过程调用和服务中可能存在的弱密码进行扫描，并生成分析报告，提供给用户相应的解决办法。
虚拟专用网（VPN）功能：使用隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者与设备身份认证技术，在公共网络中建立专用网络，确保数据在公共网络中的安全传播。

3.2.5各类防火墙优缺点

◼ 包过滤防火墙: 包过滤防火墙不检查数据区，包过滤防火墙不建立连接状态表，前后报文无关，应用层控制很弱。
◼ 应用代理防火墙:不检查IP、TCP报头，不建立连接状态表，网络层保护比较弱，影响用户的网速。
◼ 状态检测防火墙:不检查数据区，建立连接状态表，前后报文相关，应用层控制很弱。
◼ 复合型防火墙:可以检查整个数据包内容，根据需要建立连接状态表，网络层保护强，应用层控制细，会话控制较弱

3.3 防火墙体系结构

防火墙的体系结构是指防火墙在设计和实现时所采用的整体结构和组成部分。以下是几种常见的防火墙体系结构，以及它们的主要特点和组成部分：

双重宿主主机结构：
- 特点：双重宿主主机结构主要用于把一个内部网络从一个不可信的外部网络分离出来。它不能转发任何TCP/IP流量，因此可以彻底隔离内部和外部不可信网络间的任何IP流量。
- 组成部分：在双重宿主主机结构中，与外部网络直接相连的主机需要承担堡垒主机的角色，这是一种被强化的可防御进攻的计算机，提供进入内部网络的一个检查点。
- 关键点：建立双重宿主主机的关键是要禁止路由，网络之间通信的主要途径是通过应用层的代理软件。
屏蔽主机结构：
- 特点：比双重宿主主机防火墙更安全，通过增加屏蔽路由器来提高安全性。
- 组成部分：包括屏蔽路由器和服务主机（堡垒主机或功能丰富的服务主机）。屏蔽路由器是保护堡垒主机或服务主机以及内部网络的第一道防线。
- 过滤规则：屏蔽路由器一般遵循特定规则进行数据过滤，如只允许从内部网络到外部网络的连接，以及允许外部网络对服务主机的访问，但限制对内部网络的直接访问。
屏蔽子网结构：
- 特点：在主机屏蔽体系结构的基础上添加额外的安全层，通过添加周边网络更进一步地把内部网络与外网隔离。
- 组成部分：使用两个屏蔽路由器，一个位于堡垒主机的外部网络端，另一个位于内部网络端。
- 安全性：为了入侵这种类型的体系结构，入侵者必须穿透两个屏蔽路由器。即使入侵者控制了堡垒主机，他仍然需要通过内网端的屏蔽路由器才能到达内网。
组合结构：
- 特点：根据具体的安全需求和网络环境，将上述结构进行组合和定制，以提供更高层次的安全保护。

除了上述结构外，防火墙还可以根据其功能、部署位置、技术类型等进行分类，如软件防火墙、硬件防火墙、芯片级防火墙、包过滤型防火墙、应用代理型防火墙等。这些不同类型的防火墙在体系结构上可能有所差异，但总体上都遵循类似的安全原则和策略，即监控、限制、更改跨越防火墙的数据流，以防止不可预测的、潜在的破坏性侵入。

3.4 硬件防火墙的性能指标

硬件防火墙的性能指标是衡量其处理网络流量、保护网络安全能力的关键标准。以下是硬件防火墙的一些主要性能指标，以及相关的解释和参考信息：

吞吐量（Throughput）
- 定义：硬件防火墙的吞吐量表示其处理数据包的能力，通常以每秒处理的数据包数量（PPS）或每秒传输的数据量（BPS）来衡量。
- 重要性：吞吐量直接影响防火墙的处理速度和响应时间。高吞吐量的防火墙能够更有效地处理大规模网络流量，特别是在企业级别环境中，当大量数据需要通过防火墙时，高吞吐量尤为关键。
- 参考值：吞吐量应至少与企业现有的互联网接入带宽相当，以确保在高峰时段不会导致网络瓶颈或延迟。
并发连接数（Concurrent Connections）
- 定义：硬件防火墙支持的最大连接数是另一个重要的性能指标，它表示防火墙同时能够处理的连接数量。
- 重要性：高连接数的硬件防火墙可以同时处理更多的连接请求，提高了系统的稳定性和可靠性，特别是在面对大量并发连接时。
延迟（Latency）
- 定义：硬件防火墙的延迟指的是数据包经过防火墙处理所需的时间。
- 重要性：低延迟可以提高网络性能和响应速度，确保数据能够快速、高效地通过防火墙。
丢包率（Packet Loss Rate）
- 定义：丢包率表示在网络传输过程中，由于防火墙处理或其他原因而导致的数据包丢失的比率。
- 重要性：低丢包率意味着防火墙在处理数据包时能够保持较高的传输效率和稳定性。
最大安全策略数（Maximum Security Policy Number）
- 定义：表示防火墙能够支持的最大安全策略数量。安全策略定义了如何根据源IP、目标IP、端口、协议等信息来允许或拒绝网络流量。
- 重要性：拥有更多安全策略数的防火墙可以提供更细粒度的访问控制，以适应复杂的网络环境和安全需求。
扩展性（Scalability）
- 定义：扩展性描述了防火墙在面对网络规模增长时，是否能够通过增加硬件资源（如CPU、内存、存储等）来保持性能。
- 重要性：随着网络环境的不断变化和发展，防火墙需要具备足够的扩展性来适应未来的需求。

3.5 分布式防火墙

分布式防火墙是一种在网络主机上驻留并对主机系统提供安全防护的软件产品。以下是对分布式防火墙的详细介绍：

一、定义

分布式防火墙是指通过在网络中的多个主机上部署防火墙软件，实现安全防护功能的分布式部署方式。它不再依赖于传统的单一防火墙设备，而是将防火墙功能扩展到网络中的每一台主机上。

二、特点

不依赖网络拓扑结构：分布式防火墙能够不依赖于网络拓扑结构进行规则定义的策略语言，使得安全策略的制定更加灵活和方便。
策略集中定制与分散执行：安全策略的制定采用由中心策略服务器集中定义的方式，而安全策略的执行则由相关主机节点独立实施。这种方式能够实现统一管理和控制，提高安全策略的执行效率。
主机驻留与嵌入内核：分布式防火墙驻留在主机上，并嵌入到操作系统内核中，从而实现对主机系统的深入防护。
类似于个人防火墙：分布式防火墙的功能类似于个人防火墙，能够保护主机的网络安全。
适用于服务器托管：由于分布式防火墙的特性，它特别适用于服务器托管等场景，能够提供更加全面和深入的安全防护。

三、组成部分