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防火墙设计中的一些重点问题(2)

王朝other·作者佚名  2008-05-21
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4.透明性

防火墙的透明性指防火墙对于用户是透明的,在防火墙接入网络时,网络和用户无需做任何设置和改动,也根本意识不到防火墙的存在。

防火墙作为一个实际存在的物理设备,要想放入已存在地网络中又不对网络有任何影响,就必须以网桥的方式置入网络。传统方式下,防火墙安装时,更象是一台路由器或者网关,原有网络拓扑结构往往需要改变,网络设备(包括主机和路由器)的设置(IP和网关、DNS、路由表等等)也需要改变。但如果防火墙采用了透明模式,即采用类似网桥的方式运行,用户将不必重新设定和修改路由,也不需要知道防火墙的位置,防火墙就可以直接安装和放置到网络中使用。

透明模式最大的好处在于现有网络无需做任何改动,这就方便了很多客户,再者,从透明模式转换到非透明模式又很容易,适用性显然较广。当然,此时的防火墙仅仅起到一个防火墙的作用,其他网关位置的功能如NAT、VPN功能不再适用,当然,其他功能如透明代理还可以 继续使用。

目前透明模式的实现上可采用ARP代理和路由技术实现。此时防火墙相当于一个ARP代理的功能。内网(可以仍含有路由器或子网,依次类推)、防火墙、路由器的位置大致如下:

内网?????防火墙?????路由器

(需要说明的是,这种方式是绝大多数校园网级网络的实现方式)

内网主机要想实现透明访问,必须能够透明的传送内网和路由器之间的ARP包,而此时由于事实上内网和路由器之间无法连通,防火墙就必须配置成一个ARP代理(ARP Proxy)在内网主机和路由器之间传递ARP包。防火墙所要做的就是当路由器发送ARP广播包询问内网内的某一主机的硬件地址时,防火墙用和路由器相连接口的MAC地址回送ARP包;内网内某一主机发送ARP广播包询问路由器的硬件地址时,防火墙用和内网相连接口的MAC地址回送ARP包,因此路由器和内网主机都认为将数据包发给了对方,而实际上是发给了防火墙转发。

显然,此时防火墙还必须实现路由转发,使内外网之间的数据包能够透明的转发。另外,防火墙要起到防火墙的作用,显然还需要把数据包上传给本身应用层处理(此时实现应用层代理、过滤等功能),此时需要端口转发来实现(?这个地方不是十分清楚,也没找到相关资料)。透明模式和非透明模式在网络拓扑结构上的最大区别就是:透明模式的两块网卡(与路由器相连的和与内网相连的)在一个网段(也和子网在同一个网段);而非透明模式的两块网卡分别属于两个网段(内网可能是内部不可路由地址,外网则是合法地址)。

这个过程如下:

1. 用ARP代理实现路由器和子网的透明连接(网络层)

2. 用路由转发在IP层实现数据包传递(IP层)

3. 用端口重定向实现IP包上传到应用层(IP层)

前边我们讨论过透明代理,和这里所说的防火墙的透明模式是两个概念。透明代理主要是为实现内网主机可以透明的访问外网,而无需考虑自己是不可路由地址还是可路由地址。内网主机在使用内部网络地址的情况下仍然可以使用透明代理,此时防火墙既起到网关的作用又起到代理服务器的作用(显然此时不是透明模式)。

需要澄清的一点是,内外网地址的转换(即NAT,透明代理也是一种特殊的地址转换)和透明模式之间并没有必然的联系。透明模式下的防火墙能实现透明代理,非透明模式下的防火墙(此时它必然又是一个网关)也能实现透明代理。它们的共同点在于可以简化内网客户的设置而已。

目前国内大多防火墙都实现了透明代理,但实现了透明模式的并不多。这些防火墙可以很明显的从其广告中看出来:如果哪个防火墙实现了透明模式,它的广告中肯定会和透明代理区分开而大书特书的。

5.可靠性

防火墙系统处于网络的关键部位,其可靠性显然非常重要。一个故障频频、可靠性很差的产品显然不可能让人放心,而且防火墙居于内外网交界的关键位置,一旦防火墙出现问题,整个内网的主机都将根本无法访问外网,这甚至比路由器故障(路由器的拓扑结构一般都是冗余设计)更让人无法承受。

防火墙的可靠性也表现在两个方面:硬件和软件。

国外成熟厂商的防火墙产品硬件方面的可靠性一般较高,采用专门硬件架构且不必多说,采用PC架构的其硬件也多是专门设计,系统各个部分从网络接口到存储设备(一般为电子硬盘)集成在一起(一块板子),这样自然提高了产品的可靠性。

国内则明显参差不齐,大相径庭,大多直接使用PC架构,且多为工业PC,采用现成的网卡,DOC/DOM作为存储设备。工业PC虽然可靠性比普通PC要高不少,但是毕竟其仍然是拼凑式的,设备各部分分立,从可靠性的角度看显然不如集成的(著名的水桶原理)。

国内已经有部分厂家意识到了这个问题,开始自行设计硬件。但大多数厂家还是从成本的角度考虑使用通用PC架构。

另外一方面,软件可靠性的提高也是防火墙优劣的主要差别所在。而国内整个软件行业的可靠性体系还没有成熟,软件可靠性测试大多处于极其初级的水平(可靠性测试和bug测试完全是两个概念)。一方面是可靠性体系建立不起来,一方面是为了迎合用户的需求和跟随网络应用的不断发展,多数防火墙厂商一直处于不断的扩充和修改中,其可靠性更不能让人恭维。

总的来说,如同国内大多数行业(除了少数如航天、航空)一样,网络安全产品特别是防火墙的可靠性似乎还没有引起人们的重视。 6.市场定位

市场上防火墙的售价极为悬殊,从数万元到数十万元,甚至到百万元不等。由于用户数量不同,用户安全要求不同,功能要求不同,因此防火墙的价格也不尽相同。厂商因而也有所区分,多数厂家还推出模块化产品,以符合各种不同用户的要求。

总的说来,防火墙是以用户数量作为大的分界线。如checkpoint的一个报价:

CheckPoint Firewall-1 4.1 25user 19000.00

CheckPoint Firewall-1 4.1 50user 31000.00

CheckPoint Firewall-1 4.1 100user 51000.00

CheckPoint Firewall-1 4.1 250user 64000.00

CheckPoint Firewall-1 4.1 无限用户 131000.00

从用户量上防火墙可以分为:

a. 10-25用户:

这个区间主要用户为单一用户、家庭、小型办公室等小型网络环境。防火墙一般为10M(针对

硬件防火墙而言),两网络接口,涵盖防火墙基本功能:包过滤、透明模式、网络地址转换

、状态检测、管理、实时报警、日志。一般另有可选功能:VPN、带宽管理等等。

这个区间的防火墙报价一般在万元以上2万元以下(没有VPN和带宽管理的价格更低)。

据调查,这个区间的防火墙反而种类不多,也许是国内厂商不屑于这个市场的缘故?

b. 25-100用户

这个区间用户主要为小型企业网。防火墙开始升级到100M,三或更多网络接口。VPN、带宽管

理往往成为标准模块。

这个区间的防火墙报价从3万到15万不等,根据功能价格有较大区别。相对来说,这个区间上

硬件防火墙价格明显高于软件防火墙。

目前国内防火墙绝大部分集中在这个区间中。

c. 100-数百用户

这个区间主要为中型企业网,重要网站、ISP、ASP、数据中心等使用。这个区间的防火墙较多考虑高容量、高速度、低延迟、高可靠性以及防火墙本身的健壮性。并且开始支持双机热备份。这个区间的防火墙报价一般在20万以上。这样的中高端防火墙国内较少,有也是25-100用户的升级版,其可用性令人怀疑。

d. 数百用户以上

这个区间是高端防火墙,主要用于校园网、大型IDC等等。我们接触较少,不多做讨论。当然其价格也很高端,从数十万到数百万不等。

总的来说,防火墙的价格和用户数量、功能模块密切相关,在用户数量相同的情况下,功能越多,价格就越贵。如Netscreen的百兆防火墙: NetScreen-100f(AC Power) -带防火墙+流量控制等功能,交流电源,没有VPN功能报价在¥260,000而在此基础上增加了128位VPN功能的报价则高出5万元:¥317,500

7. 研发费用

如同其他网络安全产品一样,防火墙的研发费用也是很高的。防火墙由于技术含量较高,人员技术储备要求较高,防火墙核心部分的研发必须要对操作系统有相当的熟悉,所需为UNIX系统下开发人员,而目前国内真正能拿的出手的UNIX程序员数量还是太少(远远少于Windows平台下开发人员),人员成本很高。

总的来说,防火墙的研发是一个大项目,而且其前期定位一定要准确,该做什么、不该做什么,哪些功能得实现,哪些功能不必实现、哪些功能可以在后期实现,一定要清楚,否则费用会远远超出预计。

下边对一个中小型企业级防火墙的研发费用作个简单的估计。

研发时,防火墙可以细分为(当然在具体操作时往往需要再具体划分):

内核模块

防火墙模块(含状态检测模块)

NAT模块

带宽管理模块

通信协议模块

管理模块

图形用户界面模块(或者Web界面模块)

透明代理模块(实质属于NAT模块)

透明模式模块(包括ARP代理子模块、路由转发子模块等)

各应用代理模块(包括URL过滤模块)

VPN模块

流量统计与计费模块

审计模块

其他模块(如MAC、IP地址绑定模块、简单的IDS、自我保护等等)

上边把防火墙划分为12个模块,其中每一个模块都有相当的工作量要做,除了弹性较大的内核模块和防火墙模块(它们的工作量可能异常的大,视设计目标不同),其他模块暂定10人周的话就需要120周(VPN的工作量也相当大),两个主模块各按20人周计算,防火墙实现总共需要150人周。加上前期10- 15人周论证、定方案,后期20人周(保守数字)集成、测试,前后总共需要约210人周。按每人周1200元开发费用(折合工资5000月,但由于有运行费用、保险等费用摊分,个人工资应远低于这个数字),开发费用约需25万。

显然,这个数字只是一个局外人估计的下限,实际的研发应该超出这个数字很多。

8. 可升级能力(适用性)和灵活性

对用户来说,防火墙作为大成本投入的商品,势必要考虑到可升级性的问题,如果防火墙不能升级,那它的可用性和可选择余地势必要大打折扣。目前国内防火墙一般都是软件可升级的,这是因为大多数防火墙采用电子硬盘(少数采用磁盘),实现升级功能只要很小的工作量要做。但究竟升级些什么内容?升级周期多长一次?这就涉及到一个灵活性的问题。

防火墙的灵活性主要体现在以下几点:

a. 易于升级

b. 支持大量协议

c. 易于管理(如纳入通用设备管理体系(支持SNMP)而不是单列出来)

d. 功能可扩展

这里对功能可扩展做一简单讨论。一般情况下,防火墙在设计完成以后,其过滤规则都是定死的,用户可定制的余地很小。特别如URL过滤规则(对支持URL过滤的防火墙而言),当前网络中的漏洞是不断发现的,如最近很猖獗的codered攻击的就是Windows机器IIS服务器的ida漏洞,而我们如果能够及时定义过滤规则,对于“GET /default.ida”的请求及时过滤,那么内网主机(此时一般为DMZ内主机)的安全性就会高很多,内网管理人员也不必时时密切关注网络漏洞(这是个工作量很大,既耗费体力又容易出现遗漏的工作)。这样大部分工作留给防火墙厂家来做(相应需要有一个漏洞监测体系),用户肯定会满意很多。另外,灵活性一开始也往往不是前期设计所能设计的很完美的,它需要和用户具体实践相配合。另外灵活性也是和具体环境密切结合的,往往需要在不同的用户环境里考虑。

 
 
 
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