校園網(wǎng)防火墻的配置與實(shí)現(xiàn)

管虎林

(江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134)

1 引言

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的安全也變得十分重要。特別是隨著校園網(wǎng)建設(shè)的不斷開展，目前網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)成為校園中所關(guān)注的焦點(diǎn)。校園網(wǎng)絡(luò)使用范圍廣泛，是高等院校校內(nèi)外進(jìn)行信息共享、信息交流、學(xué)生學(xué)習(xí)的重要平臺，所以，在校園網(wǎng)的使用中，防火墻的應(yīng)用變得尤為重要。

2 相關(guān)理論概述

2.1 防火墻的定義

防火墻實(shí)質(zhì)是處于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與計(jì)算機(jī)之間的系統(tǒng)，其作用是保護(hù)內(nèi)外網(wǎng)之間數(shù)據(jù)的安全傳遞。防火墻對內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行保護(hù)，對未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，避免在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行。同時(shí)防火墻可以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受路由的攻擊，提供一個(gè)單獨(dú)的“阻攔點(diǎn)”，在“阻攔點(diǎn)”上設(shè)置安全與審計(jì)檢查。

2.2 防火墻的實(shí)現(xiàn)平臺

本次防火墻的實(shí)現(xiàn)平臺系統(tǒng)是使用的Linux的FreeBSD，因?yàn)樗哂泻芨叩陌踩砸约胺€(wěn)定性，同時(shí)它的成本也相對較低。綜合各方面，得以用于校園網(wǎng)防火墻的配置。IP Filter具有內(nèi)核模式，這種內(nèi)核模式有兩種機(jī)制，一種是NAT機(jī)制，另外一種是防火墻機(jī)制。使用IP Filter，這些機(jī)制能夠被用戶通過接口程序來控制，這對于軟件的使用是比較安全的。

3 防火墻的配置與實(shí)現(xiàn)

3.1 防火墻的配置

3.1.1 校園網(wǎng)身份認(rèn)證訪問的配置

校園網(wǎng)應(yīng)用最重要的是安全問題，所以在對校園網(wǎng)防火墻中關(guān)于身份認(rèn)證的設(shè)定尤為重要。為了能安全地訪問內(nèi)部資源，首先是需要對內(nèi)部成員進(jìn)行身份認(rèn)證，避免受到網(wǎng)絡(luò)的攻擊。身份流程圖如圖1所示。

圖1 身份認(rèn)證流程

用戶信息合法則可以進(jìn)入使用校園網(wǎng)，不合法則不能。

3.1.2 校園網(wǎng)包過濾、內(nèi)容過濾的配置

主機(jī)之間進(jìn)行相互訪問時(shí)，必須指明對方主機(jī)的IP地址以及TCP/UDP的端口。在接收返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，需要打開一個(gè)臨時(shí)的接口用來接收。包過濾是通過控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間、網(wǎng)絡(luò)與站點(diǎn)之間、站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的相互訪問將數(shù)據(jù)內(nèi)容傳遞。

數(shù)據(jù)包經(jīng)過NAT處理后，該數(shù)據(jù)包的源地址將會(huì)被轉(zhuǎn)換為防火墻出端口上的IP地址，這時(shí)防火墻會(huì)打開臨時(shí)端口用來替換數(shù)據(jù)包中的源端口。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)防火墻之后，該數(shù)據(jù)包所在的源地址將會(huì)重新覆蓋防火墻出端口的IP地址，最終數(shù)據(jù)包得以傳回校園網(wǎng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中。其連接建立如表1所示，TC兩端的接口由A和B來表示，防火墻用FW表示。

表1 連接建立表

表2 連接正常關(guān)閉時(shí)TCP包的狀態(tài)

首先A端發(fā)送Fin包狀態(tài)為FIN-WAIT-1—防火墻收到該包時(shí)將連接狀態(tài)為FIN_WAIT—B端收到該包后發(fā)送Ack包，進(jìn)入CLOSE-WAIT狀態(tài)—A端收到Ack包后變?yōu)镕INWAIT-2。然后B端發(fā)送Fin包狀態(tài)為LAST_ACK—防火墻接收Fin包，連接狀態(tài)為TIME_WAIT—A端接收Fin包后發(fā)送Ack報(bào)文—防火墻收到Ack包狀態(tài)變?yōu)門IME-WAIT—定時(shí)器啟動(dòng)—兩分鐘后刪除連接。使用Rst包關(guān)閉連接，A端發(fā)出Syn包給B端的禁止連接的端口，B端發(fā)送Rst包后斷開連接。關(guān)閉連接時(shí)的狀態(tài)如表3所示。

表3 以Rst包關(guān)閉連接時(shí)TCP包的狀態(tài)

系統(tǒng)在數(shù)據(jù)包到達(dá)后按照Rst->Syn->Fin->Ack->other位置程序?qū)ζ漕愡M(jìn)行檢測。如果需要更換位置重新設(shè)定程序的話，需要對Ack進(jìn)行處理。具體過程如圖2所示。

圖2 包過濾模塊的操作過程

本次設(shè)計(jì)將內(nèi)容過濾模塊設(shè)計(jì)成可加載內(nèi)核模塊，分別為：Con_lter.o、Netfilter()實(shí)現(xiàn)模塊的初始化和nf_register_hook(&Contentfilter)實(shí)現(xiàn)注冊鉤子處理函數(shù)；當(dāng)我們要向NF_IP_FORWARD注冊鉤子函數(shù)時(shí)，通常都是實(shí)例化一個(gè)nf_hook_ops{}對象，然后通過nf_register_hook()接口將其注冊到NF_IP_FORWARD中就可以了。其中filter模塊也是通過這種常規(guī)方式來實(shí)現(xiàn)完成的。

3.1.3 校園網(wǎng)路由記錄模塊的配置

由于包過濾技術(shù)只能夠保證部分傳輸?shù)男畔⑹前踩?，本次防火墻的設(shè)計(jì)采取的是兩層結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置兩層防火墻保證校園網(wǎng)絡(luò)的安全。在該防火墻設(shè)計(jì)中，改變RAM執(zhí)行的設(shè)定，重新更改路由器的具體配置。其中記錄路由選項(xiàng)首先生成一個(gè)IP地址的空列表，然后將處理過的數(shù)據(jù)包的地址添加到列表里，其實(shí)現(xiàn)過程關(guān)鍵程序如下所示：

3.1.4 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的配置

因?yàn)閿?shù)據(jù)包中含有源地址和目標(biāo)地址，所以在校園網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換過程中，如果數(shù)據(jù)包從源地址傳到目標(biāo)地址時(shí)被攔截，就會(huì)關(guān)閉連接。并且為了不影響下次連接的使用，NAT地址會(huì)釋放新的連接端口。

在校園網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換過程中，主要是對NAT和ACL進(jìn)行配置。NAT的功能是保證校園網(wǎng)的內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)能夠成功訪問。ACL的功能是用來設(shè)置內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的訪問權(quán)限，主要是訪問控制。NAT是能夠保證內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)成功訪問外網(wǎng)，ACL是允許或者禁止內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間的相互訪問以及內(nèi)網(wǎng)訪問外網(wǎng)。具體如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

不過將校園網(wǎng)的IP地址轉(zhuǎn)換成防火墻各有利弊。好處是校園網(wǎng)能夠通過私有地址訪問公共網(wǎng)址并且能夠控制流入流出網(wǎng)絡(luò)的流量。缺點(diǎn)是地址轉(zhuǎn)換成防火墻具有一定的局限性，比如說數(shù)據(jù)包的處理，因?yàn)榈刂忿D(zhuǎn)換之后TCP或者是UDP兩端的地址也發(fā)生了變化，那么兩報(bào)頭校驗(yàn)必須重新計(jì)算，所以會(huì)在這個(gè)過程中增加延遲的情況，并且不是所有應(yīng)用的TCP協(xié)議都能支持地址轉(zhuǎn)換的。

4 結(jié)語

本文針對校園網(wǎng)絡(luò)的安全問題設(shè)計(jì)了校園網(wǎng)的防火墻系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用IP Filter平臺進(jìn)行操作完成對防火墻配置和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)比較清晰明了并且本次校園網(wǎng)防火墻的操作簡單，也不需要太多的專業(yè)知識，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)能有效保護(hù)校園網(wǎng)絡(luò)的安全。

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