一文读懂防火墙基本原理

你们好，我的网工朋友。

今天想和你聊聊防火墙。防火墙是啥？表意自然是防止火灾发生时，火势烧到其它区域，使用由防火材料砌的墙。

后来这个词语引入到了网络中，把从外向内的网络入侵行为看做是火灾，防止这种入侵的策略叫做防火墙。

后来，防火墙不但用于防范外网，例如：对企业内网的 DoS 攻击或非法访问等，也开始防范从内部网络向互联网泄露信息、把内部网络作为攻击跳板等行为。

想更透彻地理解防火墙的知识，建议你读下今天的文章，把基础知识先学明白。

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切入正题前，再浅聊一下防火墙是怎么一回事儿。

防火墙是可信和不可信网络之间的一道屏障，通常用在LAN和WAN之间。

它通常放置在转发路径中，目的是让所有数据包都必须由防火墙检查，然后根据策略来决定是丢弃或允许这些数据包通过。

例如：

如上图，LAN有一台主机和一台交换机SW1。在右侧，有一台路由器R1连接到运营商的路由器ISP1。

防火墙位于两者之间，这样就可以保证LAN的安全。

路由器是可选的，主要是取决于所连的WAN。例如，如果你的 ISP 提供电缆，那么你可能有一个带有以太网连接的电缆调制解调器，也可以直接连接到你的防火墙。

当它是无线连接时，你可能需要那里的路由器进行连接。如果你需要配置（高级）路由，如 BGP，你就需要路由器。

大多数防火墙支持一些基本路由选项：静态路由、默认路由，有时还支持 RIP、OSPF 或 EIGRP 等路由协议。

我们在这里谈论硬件防火墙。还有软件防火墙，例如 Microsoft Windows 预装的防火墙。它具有与我们的硬件防火墙类似的功能。

01 状态过滤

防火墙，如路由器，可以使用访问控制列表来检查源、目地址/端口号。

然而，大多数路由器不会在过滤上花太多时间……当它们收到数据包时，就检查数据包的源目信息是否与访问控制列表中的条目匹配，如果匹配，它们会允许或丢弃该数据包。

无论他们收到一个数据包还是数千个数据包，每个数据包都会单独处理，不进行跟踪之前是否检查过的数据包，这称为无状态过滤。

与之相反的就是，有状态过滤。防火墙会跟踪所有入向和出向的连接。

例如：

• 局域网里有台电脑，作为邮箱客户端，通过互联网去访问邮箱服务器，邮箱客户端起初会进行TCP三次握手，经过防火墙，就知道它们的源目信息，防火墙会跟踪这些信息，当邮箱服务器要进行响应客户端的请求时，防火墙就会自动允许这部分的流量通过防火墙，最终到达客户端。
• 一个 Web 服务器位于防火墙后面，它是一个繁忙的服务器，平均每秒从不同的 IP 地址接受 20 个新的 TCP 连接。防火墙会跟踪所有连接，一旦发现每秒请求超过 10 个新 TCP 连接的源 IP 地址，它将丢弃来自该源 IP 地址的所有流量，防止 DoS（拒绝服务）。

02 数据包检测

大多数防火墙支持进行数据包（深度）检查。简单的访问控制列表仅能检查源、目标地址/端口，即 OSI 模型的第 3 层和第 4 层。

数据包深度检查意味着防火墙可以检查 OSI 模型的第 7 层。这就意味着防火墙查看应用程序数据甚至负载：

上面你看到网络（IP）和传输层（TCP）被标记为红色，应用层被标记为绿色。这个示例是来自捕获web浏览器请求页面的数据包。

03 安全区

默认情况下，Cisco 路由器将允许并转发它们收到的所有数据包，前提是需要匹配它们的路由表中的路由。

如果你想进行限制，你必须配置一些ACL。

如果设备有很多接口或很多条ACL需要配置，这会成为网工的噩梦。

这是一个例子：

上面的路由器有两个入站方向ACL来阻止来自主机的一些流量。

此外，还有两个ACL，来防止来自 Internet 的流量进入我们的网络。

我们还可以复用一些ACL，但记得将ACL应用到四个接口。

接下来有个更好的解决方案，防火墙可以结合安全区域来工作。

这是一个例子：

上面我们有两个安全区域：

• inside：这是LAN区域。
• outside：这是WAN区域 接口已分配到正确的安全区域。这些区域有两个简单的规则：
• 允许从“高”安全级域到“低”安全级别的流量。
• 拒绝从“低”安全级别到“高”安全级别的流量。

LAN是我们信任的网络，所以具有很高的安全级别。WAN 不受信任，因此它的安全级别较低。这意味着来自从LAN去往WAN的流量将被允许。

从 WAN 到 LAN 的流量将被拒绝。由于防火墙是有状态的，它会跟踪传出连接并允许其返回的流量。

如果你想例外，也可以允许从 WAN 到 LAN 的流量，这就需要通过访问控制列表来完成了。

大多数公司将拥有一台或多台服务器，这些服务器大部分是需要从 Internet来访问。如邮件服务器。

为了安全，我们没有将它们放在内部（LAN），而是放在称为DMZ（非军事区）的第三个区域。看看下面的图片：

DMZ 安全区域的安全级别介于 INSIDE 和 OUTSIDE 之间。这意味着：

• 允许从 INSIDE 到 OUTSIDE 的流量。
• 允许从 INSIDE 到 DMZ 的流量。
• 允许从 DMZ 到 OUTSIDE 的流量。
• 从 DMZ 到 INSIDE 的流量被拒绝。
• 从外部到 DMZ 的流量被拒绝。
• 从外部到内部的流量被拒绝。

为确保来自 OUTSIDE 的流量能够到达 DMZ 中的服务器，我们将使用一个访问列表，该列表只允许流量流向 DMZ 中服务器使用的 IP 地址（和端口号）。

此设置非常安全，如果你在 DMZ 中的其中一台服务器遭到黑客攻击，你的 INSIDE 网络仍然是安全的。

04 总结

防火墙的基础知识差不多就是这些了，你消化得咋样？给你总结一波。

防火墙使用状态过滤来跟踪所有入站和出站连接。

他们还能够（主要看防火墙型号）检查 OSI 模型的第 7 层、应用程序的有效负载。

防火墙还使用安全区域，允许来自高安全级别的流量进入较低安全级别。

从低安全级别到高安全级别的流量将被拒绝，可以使用访问控制列表进行特例处理。

整理：老杨丨10年资深网络工程师，更多网工提升干货，请关注公众号：网络工程师俱乐部