硬件防火墙课件.ppt
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1、第第9章章 硬件防火墙硬件防火墙 本章重点:本章重点:一般基于计算机硬件防火墙一般基于计算机硬件防火墙一般基于计算机硬件防火墙一般基于计算机硬件防火墙 基于基于基于基于x86x86的平台(工控机)硬件防火墙的平台(工控机)硬件防火墙的平台(工控机)硬件防火墙的平台(工控机)硬件防火墙 ASCIASCI芯片的平台硬件防火墙芯片的平台硬件防火墙芯片的平台硬件防火墙芯片的平台硬件防火墙 基于基于基于基于NPNP的平台硬件防火墙的平台硬件防火墙的平台硬件防火墙的平台硬件防火墙19.1 硬件防火墙的硬件结构硬件防火墙的硬件结构 硬件防火墙是指把防火墙程序做到芯片里面,硬件防火墙是指把防火墙程序做到芯片里
2、面,由硬件执行这些功能,能减少由硬件执行这些功能,能减少CPUCPU的负担,使路由的负担,使路由器更稳定。硬件防火墙是保障内部网络安全的一器更稳定。硬件防火墙是保障内部网络安全的一道重要屏障,它的安全和稳定,直接关系到整个道重要屏障,它的安全和稳定,直接关系到整个内部网络的安全。内部网络的安全。1.路由器防火墙路由器防火墙23路由器(路由器(Router)是互联网络中必不可)是互联网络中必不可少的网络设备之一,路由器是一种连接多少的网络设备之一,路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行络或网段之间的数据信息进行“翻译翻
3、译”,以使它们能够相互以使它们能够相互“读读”懂对方的数据,懂对方的数据,能把把数据从一个地方传送到另一个地方,能把把数据从一个地方传送到另一个地方,从而构成一个更大的网络。从而构成一个更大的网络。4 路由器使用寻径协议来获得网络信息,采路由器使用寻径协议来获得网络信息,采用基于用基于“寻径矩阵寻径矩阵”的寻径算法和准则来选择的寻径算法和准则来选择最优路径。按照最优路径。按照OSIOSI参考模型,路由器是一个参考模型,路由器是一个网络层系统。路由器分为单协议路由器和多协网络层系统。路由器分为单协议路由器和多协议路由器。议路由器。在路由器中保存着各种传输路径的相关数据的路在路由器中保存着各种传输
4、路径的相关数据的路由表(由表(Routing TableRouting Table),供路由选择时使用。路由),供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系统管理一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系统管理员固定设置好的,也可以由系统动态修改,可以由路员固定设置好的,也可以由系统动态修改,可以由路由器自动调整,也可以由主机控制。由器自动调整,也可以由主机控制。6路由器有两大典型功能:即数据通道功能和控路由器有两大典型功能:即数据通道功能和控制功能。制功能。数据通道功能包括转发决定、背
5、板转发以及数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等,一般由特定的硬件来完成。输出链路调度等,一般由特定的硬件来完成。控制功能一般用软件来实现,包括与相邻路控制功能一般用软件来实现,包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。等。7路由器平台的结构图路由器平台的结构图 8 路由器工作的时候,根据它的某个端口收到的路由器工作的时候,根据它的某个端口收到的数据包的目的数据包的目的IPIP地址,查询路由器自己的路由表,地址,查询路由器自己的路由表,然后决定将数据包转发到相应的端口。路由器的路然后决定将数据包转发到相应的端口。路由器的路由表有几
6、种:一种是根据路由器自己的每个端口由表有几种:一种是根据路由器自己的每个端口IPIP地址和子网掩码计算出来的路由,这种路由叫做地址和子网掩码计算出来的路由,这种路由叫做“固定路由固定路由”;第二种是有系统管理员设置的到某个;第二种是有系统管理员设置的到某个子网需要通过某个下一级路由器的路由,这种叫子网需要通过某个下一级路由器的路由,这种叫“静态路由静态路由”;还有就是在网络环境中让每个路由器;还有就是在网络环境中让每个路由器都把自己的路由信息广播出去,让路由器之间进行都把自己的路由信息广播出去,让路由器之间进行互相学习,这样学到的路由就叫做互相学习,这样学到的路由就叫做“动态路由动态路由”。路
7、由器还会把目的地址不在自己路由表中的数据包路由器还会把目的地址不在自己路由表中的数据包固定转发给一个预先设定固定转发给一个预先设定IPIP地址,这样的路由设置地址,这样的路由设置又叫又叫“默认路由默认路由”。在路由匹配的过程中,一般有。在路由匹配的过程中,一般有这样的优先级:固定路由这样的优先级:固定路由 静态路由静态路由 动态路由动态路由 默认默认路由。路由。10 路由器会查看路由器会查看IPIP数据包的目的地址,也就是说原数据包的目的地址,也就是说原则上它是则上它是“照单全收照单全收”,而且全部转发,除非真的发,而且全部转发,除非真的发不出去了。如果让路由器在转发数据包的时候,加一不出去了
8、。如果让路由器在转发数据包的时候,加一项检查,检查数据包的来源和数据包要求的应用层服项检查,检查数据包的来源和数据包要求的应用层服务类型,根据预先设计的规则来判定这个数据包是应务类型,根据预先设计的规则来判定这个数据包是应该转发还是作别的处理,这样这个路由器就不再是一该转发还是作别的处理,这样这个路由器就不再是一个单纯意义上的路由器,而是一种类型的防火墙个单纯意义上的路由器,而是一种类型的防火墙包过滤防火墙。包过滤防火墙。路由器通过设定核心的路由器通过设定核心的ACLACL列表,基于包过滤实现列表,基于包过滤实现简单的防火墙功能时,简单的防火墙功能时,ACLACL列表可以针对列表可以针对IPI
9、P地址、协议地址、协议等进行等进行permitpermit(允许)或者(允许)或者denydeny(禁止)的处理。这样(禁止)的处理。这样的设置可以通过路由器的命令行(的设置可以通过路由器的命令行(CLICLI)来完成。)来完成。119.2 基于PC型x86平台的防火墙 自从状态检测防火墙(Stateful Inspection Firewalls)技术成熟以来,人们转向在计算机平台上安装防火墙软件。当这个承载防火墙软件的硬件平台专用化、工业化之后,业界也把它们称为硬件防火墙。13 X86 X86架构跟我们日常使用的架构跟我们日常使用的PCPC机在硬件结构机在硬件结构上无异,也是由主板、上无异
10、,也是由主板、CPUCPU、风扇、内存、硬盘、风扇、内存、硬盘等组成,可以说,等组成,可以说,X86X86的硬件防火墙实际上是由的硬件防火墙实际上是由一台一台PCPC机和在其上运行的操作系统和防火墙软件机和在其上运行的操作系统和防火墙软件组成。只是组成。只是X86X86架构的防火墙使用专门的工控主架构的防火墙使用专门的工控主板,屏蔽了我们所熟悉的板,屏蔽了我们所熟悉的VGAVGA、鼠标、键盘等接、鼠标、键盘等接口,机箱使用口,机箱使用1U1U或或2U2U的机架式机箱,从外观上不的机架式机箱,从外观上不容易区分和其他架构的区别。我们完全可以在容易区分和其他架构的区别。我们完全可以在PCPC机上实
11、现机上实现“硬件硬件”防火墙。防火墙。1 1)基于)基于PCPC型型x86x86平台的防火墙平台的防火墙15 X86 X86架构的防火墙在开发上最简单,硬件架构的防火墙在开发上最简单,硬件上采用通用上采用通用CPUCPU和和PCIPCI总线接口,具有很高的总线接口,具有很高的灵活性和可扩展性,过去一直是防火墙开发灵活性和可扩展性,过去一直是防火墙开发的主要平台。一般的主要平台。一般X86X86防火墙产品使用的底层防火墙产品使用的底层操作系统是操作系统是LinuxLinux或或FreeBSDFreeBSD,但也有极少数,但也有极少数产品采用产品采用WindowsWindows。其产品功能主要由软
12、件实。其产品功能主要由软件实现,可以根据用户的实际需要而做相应调整,现,可以根据用户的实际需要而做相应调整,增加或减少功能模块,产品比较灵活,功能增加或减少功能模块,产品比较灵活,功能十分丰富。十分丰富。16网络设备型x86平台的结构图 18在采用Intel E7500作为主板芯片组的平台中,虽然E7500的内存控制器(MCH)当时只支持100MHz的内存工作频率,但是通过采用2个内存通道,E7500可以提供最大 3.2GBps的内存带宽,这个数值与400MHz前端总线的Xeon处理器的带宽恰好相同,连接两颗Xeon 处理器的仍旧是采用总线(3.2GBps)共享的方式。199.3 NP平台平台
13、 NP是Network Processor的缩写,意为网络处理器,是专门为网络设备处理网络流量而设计的处理器。根据“国际网络处理器会议”的定义:网络处理器是一种可编程器件,它特定地应用于通信领域的各种任务,比如包处理、协议分析、路由查找、防火墙、QoS等。20 NP平台的结构图 21 网络处理器器件内部通常由若干个微码处理器和网络处理器器件内部通常由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成,且多个微码处理器在若干硬件协处理器组成,且多个微码处理器在NPNP内部内部并行处理,通过预先编制的微码来控制处理流程。对并行处理,通过预先编制的微码来控制处理流程。对于某些复杂的标准操作,如内存操作、路由表查
14、找算于某些复杂的标准操作,如内存操作、路由表查找算法、法、QoSQoS的拥塞控制算法、流量调度算法等,则采用的拥塞控制算法、流量调度算法等,则采用硬件协处理器来进一步提高处理性能,从而实现了业硬件协处理器来进一步提高处理性能,从而实现了业务灵活性和高性能的有机结合。务灵活性和高性能的有机结合。目前目前NPNP主要用于网络骨干设备和网络接入设备,主要用于网络骨干设备和网络接入设备,用来开发从网络第用来开发从网络第2 2 层到第层到第7 7层的各种服务和应用。层的各种服务和应用。目前,采用目前,采用NPNP处理分组交换的厂家,既有第一梯队的处理分组交换的厂家,既有第一梯队的网络公司,如思科、北电和
15、朗讯等,也有不少后起之网络公司,如思科、北电和朗讯等,也有不少后起之秀,如华为、中兴、港湾等。但是,其秀,如华为、中兴、港湾等。但是,其NPNP用途却不尽用途却不尽相同:思科宽带汇聚系列产品使用了思科的并行快速相同:思科宽带汇聚系列产品使用了思科的并行快速转发(转发(PXFPXF)NPNP,它被业内称为,它被业内称为“NP“NP的鼻祖的鼻祖”;华为;华为在在“第五代路由器第五代路由器”NE80/40/20”NE80/40/20系列产品中全面采系列产品中全面采用了用了NPNP;港湾的高端路由器、核心交换机,如;港湾的高端路由器、核心交换机,如NetHammer GNetHammer G系列采用了
16、系列采用了NPNP相关技术;相关技术;UTUT斯达康公司斯达康公司选择了选择了MotorolaMotorola的的NPNP作为几项作为几项3G3G无线接入网产品的封无线接入网产品的封包转发引擎包转发引擎229.4 ASIC平台平台ASIC英文全称为Application Specific Integrated Circuit专用集成电路。从电子工程学上来讲,ASIC并不是新概念,从有电路的一刻起,就开始了ASIC的开发与应用。ASIC采用硬接线的固定模式,最早的ASIC确实是完全量身订造。可编程芯片则从上世纪70年代初期开始起步,可编程逻辑装置(Programmable Logic Devic
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