第一篇：防火墙的技术及应用课件资料

防火墙的技术及应用

随着计算机网络和现代技术的飞速发展，人们已经生活在信息时代。计算机技术和网络技术深入到社会的各个领域，因特网把“地球村”的居民紧密地连在了一起。近年来因特网的飞速发展，给人们的生活带来了全新地感受，人类社会各种活动对信息网络地依赖程度已经越来越大。在互联网上防火墙是一种非常有效的网络安全模型，通过它可以隔离风险区域与安全区域的连接，同时不会妨碍人们对风险区域的访问。因此，防火墙的作用就是防止不希望的、未授权的通信进出被保护的网络。在互联网的众多站点中，非常多的网站都是由某种形式的防火墙加以保护，这是对黑客防范最严密，安全性较强切较有效的一种方式。这不免使的一些不法之徒恶意利用有效的网络工具进行恶意攻击。网络环境日益复杂，安全问题接受的挑战越来越大越来越多的时候，对防火墙技术需要有全面的认识。因此了解其所处的现状以及优势和缺点，未来的展望就显得格外重要。本文将详细介绍与防火墙的有关的技术。

本文简要介绍了防火墙在网络信息安全中的重要作用,描述了防火墙的原理及分类,分析了构建防火墙时对防火墙的选择与设置,说明了防火墙的主要规则设置方法。然后从实际出发，描述防火墙技术的应用现状。最后提出了面对网络安全问题以及构建安全网络环境应用防火墙所面临的挑战，其中论述了防火墙在网络安全中起的重要作用以及应用需求,最后对该技术的未来发展进行展望，以期促进防火墙技术发展，实现安全网络环境的构建。

1、防火墙简介 1.1防火墙的基本概念

防火墙是一个位于内部网络与 Internet 之间的网络安全系统，是按照一定的安全策略建立起来的硬件和(或)软件的有机组成体，以防止黑客的攻击，保护内部网络的安全运行。防火墙可以被安全在一个单独的路由器中，用来过滤不想要的信息包，也可以被安装在路由器和主机中，发挥更大的网络安全保护作用。防火墙被广泛用来让用户在一个安全屏障后接入互联网，还被用来把一家企业的公共网络服务器和企业内部网络隔开。另外，防火墙还可以被用来保护企业内部网络某一个部分的安全。例如，一个研究或者会计子网可能很容易受到来自企业内部虚拟主机网络里面的窥探。

它是一个由软件和硬件设备组合而成、在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间的界面上构造的保护屏障。它实际上是一种隔离技术。它是一种计算机硬件和软件的结合，使Internet与Intranet之间建立起一个安全网关，从而保护内部网免受非法用户的侵入，防火墙可以是硬件类型的，所有数据都首先通过硬件芯片监测;也可以是软件类型，软件在电脑上运行并监控。其实硬件型也就是芯片里固化了的软件，但是它不占用计算机CPU处理时问，功能作用非常强大，处理速度很快，对于个人用户来说软件型，更加方便实在。1.2 防火墙的发展（1）第一代防火墙

第一代防火墙技术几乎与路由器同时出现，采用了包过滤（Packet filter）技术。（2）第二、三代防火墙

1989年，贝尔实验室的Dave Presotto和Howard Trickey推出了第二代防火墙，即电路层防火墙，同时提出了第三代防火墙——应用层防火墙（代理防火墙）的初步结构。（3）第四代防火墙

1992年，USC信息科学院的BobBraden开发出了基于动态包过滤（Dynamic packet filter）技术的第四代防火墙，后来演变为目前所说的状态监视（Stateful inspection）技术。

（4）第五代防火墙

1998年，NAI公司推出了一种自适应代理（Adaptive proxy）技术，并在其产品Gauntlet Firewall for NT中得以实现，给代理类型的防火墙赋予了全新的意义，可以称之为第五代防火墙。

1.3防火墙的基本构成

防火墙的基本构成包括：安全策略、高层认证、包过滤、应用网关。其中安全策略又分为扩展性策略、服务/访问策略、防火墙设计策略、信息策略、以及拔入与拔出策略。服务/访问策略是建立防火墙中最重要的组成部分，其余3部分在实现和执行策略中是必要的。保护网站防火墙的有效性，取决于使用防火墙的实现类型，以及使用正确的程序和服务/访问策略。

它是一项信息安全的防护系统，依照特定的规则，允许或是限制传输的数据通过。防火墙是在两个网络通讯时执行的一种访问控制尺度，它能允许你“同意”的人和数据进入你的网络，同时将你“不同意”的人和数据拒之门外，最大限度地阻止网络中的黑客来访问你的网络。换句话说，如果不通过防火墙，公司内部的人就无法访问Internet，Internet上的人也无法和公司内部的人进行通信。它是目前一种最重要的网络防护设备。从专业角度讲，防火墙是位于两个或两个以上的网络间，实施网络之间访问控制的一组组件集合。对于普通用户来说，所谓“防火墙”，指的就是一种被放置在自己的计算机与外界网络之间的防御系统，它对从网络发往计算机的所有数据都进行判断处理，并决定能否把这些数据交给计算机，一旦发现有害数据，防火墙就会拦截下来，实现对计算机的保护功能。2、使用防火墙的必要性

如果没有防火墙，粗略的下个结论，就是：整个网络的安全将倚仗该网络中所有系统的安全性的平均值。遗憾的是这并不是一个正确的结论，真实的情况比这更糟：整个网络的安全性将被网络中最脆弱的部分所严格制约。即非常有名的木桶理论也可以应用到网络安全中来。没有人可以保证网络中每个节点每个服务都永远运行在最佳状态。网络越庞大，把网络中所有主机维护至同样高的安全水平就越复杂，将会耗费大量的人力和时间。整体的安全响应速度将不可忍受，最终导致网络安全框架的崩溃。2.1为什么要使用防火墙

很多人都会有这个问题，也有人提出，如果把每个单独的系统配置好，其实也能经受住攻击。遗憾的是很多系统在缺省情况下都是脆弱的。最显著的例子就是Windows系统，我们不得不承认在Windows 2003以前的时代，Windows默认开放了太多不必要的服务和端口，共享信息没有合理配置与审核。如果管理员通过安全部署，包括删除多余的服务和组件，严格执行NTFS权限分配，控制系统映射和共享资源的访问，以及帐户的加固和审核，补丁的修补等。做好了这些，我们也可以非常自信的说，Windows足够安全。也可以抵挡住网络上肆无忌惮的攻击。但是致命的一点是，该服务器系统无法在安全性，可用性和功能上进行权衡和妥协。对于此问题我们的回答是：“防火墙只专注做一件事，在已授权和未授权通信之间做出决断。” 2.2设置防火墙的目的

设置防火墙的目的是防火墙是在网络之间执行控制策略的系统，它包括硬件和软件，目的是保护内部网络资源不被外部非授权用户使用、防止内部网络受到外部非法用户的攻击。防火墙的主要功能检查所有从外部网络进入内部网络的数据包；检查所有从内部网络流出到外部网络的数据包；执行安全策略，限值所有不符合安全策略要求的数据包通过具有防攻击能力，以保证自身的安全性。它是一种过滤器，按照防火墙事先设计的规则对内网和外网之间的通信数据包进行筛选和过滤，只允许授权的的数据通过不符合童心规则的数据包将被丢弃，以此来限制网络内部和外部的相互访问，达到保护内网的目的。

防火墙成为了与不可信任网络进行联络的唯一纽带，我们通过部署防火墙，就可以通过关注防火墙的安全来保护其内部的网络安全。并且所有的通信流量都通过防火墙进行审记和保存，对于网络安全犯罪的调查取证提供了依据。总之，防火墙减轻了网络和系统被用于非法和恶意目的的风险。简单来说，通常应用防火墙的目的有以下几方面：限制他人进入内部网络、过滤掉不安全的服务和非法用户、防止入侵者接近你的防御设施、限定人们访问特殊站点、为监视局域网安全提供方便。

3、防火墙的主要类型 3.1 包过滤防火墙

数据包过滤是指在网络层对数据包进行分析、选择和过滤。选择的数据是系统内设置的访问控制表，又叫规则表，规则表制定允许哪些类型的数据包可以流入或流出内部网络。通过检查数据流中每一个IP数据包的源地址、目的地址、所用端口号、协议状态等因素或它们的组合来确定是否允许该数据包通过。包过滤防火墙一般可以直接集成在路由器上，在进行路由选择的同时完成数据包的选择与过滤，也可以由一台单独的计算机来完成数据包的过滤。

数据包过滤防火墙的优点是速度快、逻辑简单、成本低、易于安装和使用，网络性能和通明度好，广泛地用于Cisco和Sonic System等公司的路由器上。缺点是配置困难，容易出现漏洞，而且为特定服务开放的端口存在着潜在的危险。

例如：“天网个人防火墙”就属于包过滤类型防火墙，根据系统预先设定的过滤规则以及用户自己设置的过滤规则来对网络数据的流动情况进行分析、监控和管理，有效地提高了计算机的抗攻击能力。3.2 应用代理防火墙

应用代理防火墙能够将所有跨越防火墙的网络通信链路分为两段，使得网络内部的客户不直接与外部的服务器通信。防火墙内外计算机系统间应用层的连接由两个代理服务器之间的连接来实现。有点是外部计算机的网络链路只能到达代理服务器，从而起到隔离防火墙内外计算机系统的作用；缺点是执行速度慢，操作系统容易遭到攻击。

代理服务在实际应用中比较普遍，如学校校园网的代理服务器一端接入Internet,另一端介入内部网，在代理服务器上安装一个实现代理服务的软件，如WinGate Pro、Microsoft Proxy Server等，就能起到防火墙的作用。3.3 状态检测防火墙

状态检测防火墙又叫动态包过滤防火墙。状态检测防火墙在网络层由一个检查引擎截获数据包并抽取出与应用状态有关的信息。一次作为数据来决定该数据包是接受还是拒绝。检查引擎维护一个动态的状态信息表并对后续的数据包进行检查，一旦发现任何连接的参数有意外变化，该连接就被终止。状态检测防火墙克服了包过滤防火墙和应用代理防火墙的局限性，能够根据协议、端口及IP数据包的源地址、目的地址的具体情况来决定数据包是否可以通过。

在实际使用中，一般综合采用以上几种技术，使防火墙产品能够满足对安全性、高效性、适应性和易管性的要求，再集成防毒软件的功能来提高系统的防毒能力和抗攻击能力，例如，瑞星企业级防火墙RFW-100就是一个功能强大、安全性高的混合型防火墙，它集网络层状态包过滤、应用层专用代理、敏感信息的加密传输和详尽灵活的日志审计等都肿安全技术于一身，可根据用户的不同需求，提供强大的访问控制、信息过滤、代理服务和流量统计等功能。

4、各防火墙体系结构的优缺点 4.1双重宿主主机体系结构

提供来自于多个网络相连的主机的服务（但是路由关闭），它围绕双重宿主主计算机构筑。该计算机至少有两个网络接口，位于因特网与内部网之间，并被连接到因特网和内部网。两个网络都可以与双重宿主主机通信，但相互之间不行，它们之间的IP通信被完全禁止。双重宿主主机仅能通过代理或用户直接登录到双重宿主主机来提供服务。4.2被屏蔽主机体系结构

使用1个单独的路由器提供来自仅仅与内部网络相连的主机的服务。屏蔽路由器位于因特网与内部网之间，提供数据包过滤功能。堡垒主机是1个高度安全的计算机系统，通常因为它暴露于因特网之下，作为联结内部网络用户的桥梁，易受到侵袭损害。这里它位于内部网上，数据包过滤规则设置它为因特网上唯一能连接到内部网络上的主机系统。它也可以开放一些连接（由站点安全策略决定）到外部世界。在屏蔽路由器中，数据包过滤配置可以按下列之一执行：①允许其他内部主机，为了某些服务而开放到因特网上的主机连接（允许那些经由数据包过滤的服务）。②不允许来自内部主机的所有连接（强迫这些主机经由堡垒主机使用代理服务）。这种体系结构通过数据包过滤来提供安全，而保卫路由器比保卫主机较易实现，因为它提供了非常有限的服务组，所以这种体系结构提供了比双重宿主主机体系结构更好的安全性和可用性。弊端是，若是侵袭者设法入侵堡垒主机，则在堡垒主机与其他内部主机之间无任何保护网络安全的东西存在；路由器同样可能出现单点失效，若被损害，则整个网络对侵袭者开放。4.3被屏蔽子网体系结构

考虑到堡垒主机是内部网上最易被侵袭的机器（因为它可被因特网上用户访问），我们添加额外的安全层到被屏蔽主机体系结构中，将堡垒主机放在额外的安全层，构成了这种体系结构。这种在被保护的网络和外部网之间增加的网络，为系统提供了安全的附加层，称之为周边网。这种体系结构有两个屏蔽路由器，每一个都连接到周边网。1个位于周边网与内部网之间，称为内部路由器，另一个位于周边网与外部网之间，称之为外部路由器。堡垒主机位于周边网上。侵袭者若想侵袭内部网络，必须通过两个路由器，即使他侵入了堡垒主机，仍无法进入内部网。因此这种结构没有损害内部网络的单一易受侵袭点。

5、防火墙的未来发展趋势

尽管罗列了这么多防火墙技术的局限性，但防火墙在网络安全中所扮演的重要角色是不可撼动的。未来的防火墙发展朝高速、多功能化、更安全的方向发展。

实现高速防火墙，可以应用ASIC硬件加速技术、FPGA和网络处理器等方法。其中以采用网络处理器最好，因为网络处理器采用微码编程，可以根据需要随时升级，甚至可以支持IPv6；并且网络处理器中集成了很多硬件协处理单元，通过算法也比较容易实现高速。防火墙将会集成更多的网络安全功能，入侵检测、防病毒、防御拒绝服务攻击等安全技术都可以模块形式安装到防火墙的机箱内。既节省宝贵的机柜空间，又能为企业节约一部分安全支出，更主要的是可以实现网络安全设备之间的联动。防火墙将会更加的行业化。

任何一种防火墙只是为内部网络提供安全保障，但网络安全不能完全依赖于防火墙，还需要加强内部的安全管理，完善安全管理制度，提高用户的安全意识，从而形成全方位的安全防御体系。

第二篇：防火墙技术的应用

防火墙技术的应用

作 者：郭 丽 指导老师：李争艳

摘 要：为了保护计算机、服务器和网络资源免遭攻击破坏, 提出了防火墙技术是当前比较流行而且是比较可行的一种网络安全防护技术。本论文从实际应用的角度对防火墙的应用问题进行了探讨分析，阐述了防火墙的几种技术及其应用模式。最后，详细介绍了防火墙的应用设计。

关键词：防火墙；防火墙技术；防火墙应用模式；防火墙应用设计 防火墙概述

防火墙是设置在不同网络（如可信任的企业内部网络与不可信任的外部公共网络）或者不同网络安全域之间的一系列部件（包括软件和硬件）的组合。它是不同网络或网络安全域之间信息和数据的唯一出入口，能够根据网络管理人员制定的网络安全策略控制出入网络的各种数据信息流，从而对所受保护的网络提供信息安全服务。在逻辑上，防火墙是一个分离器、一个限制器，也是一个分析器，它有效地监控了所要保护的内部网和外部公共网络之间的任何活动，用于确定网络哪些内部服务允许外部访问，以及内部网络主机访问哪些外部服务等，从而保证了所要保护的内部计算机网络的稳定正常运行以及内部网络上数据和信息资源的完整性、可用性和保密性。不同技术的防火墙实现的功能的侧重点不同，从某种意义来说，防火墙实际上代表了一个网络的访问控制原则。防火墙技术是计算机网络安全领域中最为关键和有效的技术之一，它设置在相对安全的内部网和相对不安全的而又具有大量资源和信息的外部网之间，执行网络安全策略，以有效地阻止来自外界的网络攻击，保护内部网络正常运行以及资源和信息的安全。通过以上分析我们可以看出防火墙从理论上应该具有下列特点：内部和外部的所有网络数据流必须经过防火墙；只有符合安全策略的数据流才能通过防火墙；防火墙本身应该坚固安全可靠。

第1页(共14页)2 防火墙技术

防火墙技术分为包过滤，代理，NAT，状态监测等几种技术。2.1 包过滤技术

包过滤工作在网络层和逻辑链路层之间。日益增多的众多IP路由产品正使包过滤成为一种改善网络安全的工具。如果恰当使用，对具有安全意识的网络管理者来说，包过滤是一种有用的工具。但它的有效利用需要对它的实际能力和缺点的充分了解，以及对用于过滤器的特定协议的特点的充分了解。首先检查包过滤作为一种网络安全度量的效用，简要地比较了IP包过滤和其它的网络安全方法如应用级网关，描述了包过滤在每一个包中检查什么，及涉及包过滤时的通用应用协议的特性。然后鉴别和检查了许多当前包过滤实现中出现的一些共同问题，说明这些问题怎样不费力地破坏网络管理者的意图并导致一种虚假的安全感，并对这些问题提出解决方案。

这里把包过滤看作一种实现网络安全策略的机制。需要考虑的事项是来自站点或网络管理者的观点(他们是那些在维持他们的站点或网络足够的安全时，对提供好的可能的服务给他们的用户感兴趣的人)，站点或网络管理者的观点必定和服务提供者或路由器供应商所有的观点不一样(他们感兴趣的是提供网络服务或产品给用户)。始终假定站点管理者通常对于阻止外面的人进入更感兴趣，而不是设法管辖内部的人，并假定目的是阻止外而的人侵入和内部的人偶尔接触到有价值的数据或服务，而不是防止内部的人有意地或恶意地暗中破坏安全措施。

包过滤能被用于实现各种不同的网络安全策略。这些策略的第一个目的通常在于防止未经授权的网络访问，而没有阻碍授权的访问。未经授权的访问和授权的访问的定义在不同机构有很大的不同。第二个目的通常为机制在执行用户了解和安全措施的应用程序认识方面是透明的。另一个目的是机制对于配置和维护是简单的，从而提高策略被正确和彻底的实现的可能性。或多或少的，包过滤是完成所有这些目的的一种机制，但这只能通过对于它的优势和缺点的透彻地了解及它的实际能力的小心运用来达到。

为了网络安全，包过滤的一般的可供选择的方法包括用网络访问保护

第2页(共14页)每一台机器和使用应用网关。以全有或全无(一种非常粗糙的包过滤形式)为基础允许网络访问，然后尝试去保护具有网络访问权的每一台机器一般是不切实际的，没有几个站点有办法去保护并监控每一台需要偶然的网络访问的机器。应用网关，诸如被AT&T, DEC和其他几个机构使用的那些，通常也是不切实际的。因为它们为了到达外部主机，要求内部主机运行改良(通常被定做或其他方面不是通用的)版本的应用程序(如FTP和Telnet)。如果一个恰当改良版本的应用程序对于一个特定的主机(如适合于个人计算机的改良的Telnet客户机)是不可用的，内部主机的用户简直是不幸的，而且不能到达过去的应用网关。

在这里用到的允许和拒绝同路由和丢弃的意义是相同的。如果路由器决定允许或路由一个包，那么它将被送到它的目的地，好像路由不曾发生。如果路由器决定拒绝或丢弃一个包，那么该包仅仅被丢弃，好像它不曾存在一样。依赖于过滤实现(有时候是过滤说明)，路由器可能给被丢弃的包的源主机回送一个ICMP信息(通常为主机不可达信息)，或只是假装不曾收到该包。另外，本文中，入站和出站通常用于从受保护网络作为一个整体的观点谈到连接或包，有时用于从过滤器路由器(在内部网络边缘，内部网络和外部网络之间)的观点谈到包，或用于涉及包经过的路由器接口。一个包在它到外部网络的路上，对于过滤路由器来说，可能看来是入站的，但从内部网络作为一个整体来说，该包是出站的。一个出站连接是由内部机器上的客户机发起到外部机器上的服务器的连接。注意:当连接作为一个整体是出站的，它既包括出站包(指那些从内部客户机到外部服务器的)又包括入站包(指那些从外部服务器回到内部客户机的)。同样地，一个入站连接是一个由外部机器上的客户机发起到内部机器上的服务器的连接。对于一个包来说，入站接口是在包出现的过滤路由器上的接口，而出站接口是包将经由它出去的接口，如果它不被应用过滤规则拒绝的话。2.2代理技术

具有因特网访问功能的主机代替其它主机完成与因特网的通信，这就是代理服务。代理只对单个(或很小一部分)主机提供因特网访问服务，尽管它看起来像是对所有的主机提供服务。

代理服务其运行在一个双宿主主机或一个堡垒主机上:一些可以与用户交谈的主机同样也可以与外界交谈。用户的代理程序与这个代理服务器

第3页(共14页)交谈，而不是直接与外部的因特网上的真实的服务器交谈。这个代理服务器接收来自客户的要求，应决定哪个请求可以传送，那个可以不考虑。如果一个请求是许可的，代理服务器就会代表客户与真正的服务器交谈，继而将客户请求传达给真实服务器，并将真实服务器的应答返回给客户。代理服务对用户是透明的，用户与代理服务器交谈就像与真实服务器交谈一样；而对真实服务器米说，它是于一个运行于代理服务器主机上的用户交谈，而并不知道用户的真实所在。代理技术有如下特点：

（1）代理服务允许用户直接地访问因特网服务

使用双宿主主机方式，用户需要在访问任何因特网服务之前连入这个主机，通常这样做很不方便，会使一些用户变得很沮丧，以至于是他们在防火墙周围寻找通道。使用代理服务，用户会认为他们是在直接与因特网服务器进行交流。

当然，后台仍会有更多程序在运行，但它们对于用户来说通常是透明的。当代理服务允许用户通过它们连入因特网时，它们不允许在用户系统和因特网之间直接传送数据包。数据包的传输道路是间接的:或者通过双宿主主机，或者通过一个堡垒主机和屏蔽路由器系统。（2）代理服务可以优化日志服务

因为代理服务器可以优先选择协议，所以它们允许日志服务以一种特殊有效的方式运行。例如，一个FTP代理服务器可以只记录已发出的命令和服务器返回的应答，来代替记录所有传送的数据，这样会产生一个小的多也有用的多的日志。

（3）代理服务滞后于非代理服务

尽管代理软件广泛用于类似FTP和Telnet这些陈旧的简单的服务，但新的或不常用服务的代理软件却较难找到。在一个新的服务出现以后，通常要经过一个明显的延迟，它的代理服务器才会出现，滞后时间的长短主要依赖于为代理而设计的服务器。这时的一个站点在提供一项新的服务时，难以立刻提供相应的代理服务。如果某个内部子系统需要一种新的服务，那么在找到合适的代理软件之前，将不得不把它置于防火墙之外，这等于打开了潜在的安全缺口。

（4）不同的服务可能要求不同的服务器

第4页(共14页)可能需要为每项服务设置不同的代理服务器。因为代理服务器需要理解这个服务所用的协议，以判断什么是允许的，什么是不允许的，并且它还得扮演两个角色，对真实服务器来说它是用户，对代理服务器来说它是真实服务器。挑选、安装和配置所有这些不同的代理服务可能是一项庞大的工程。

根据所用的代理软件的不同，配置的难易程度也大不相同，在一个地方容易做的事情可能在其它地方非常困难。例如，容易配置的服务器通常实用性比较差，它们之所以可以比较容易地配置，是因为它们限制了各种使用条件，这些条件可能是正确的，也可能根本不适合你的站点。（5）代理服务对用户的限制比较多

代理服务器通常要求对用户和使用过程进行限制，每一种限制都有不足之处，人们无法按他们自己的步骤来随心所欲地使用代理服务。由于这些限制，代理服务就不能像非代理服务运行得那样好，它们往往可能曲解协议，而且也缺少一定的灵活性。2.3 NAT技术

网络地址转换是一种用于把IP地址转换成临时的、外部的、注册的IP地址标准。它允许具有私有IP地址的内部网络访问因特网。它还意味着用户不许要为其网络中每一台机器取得注册的IP地址。在内部网络通过安全网卡访问外部网络时，将产生一个映射记录。系统将外出的源地址和源端口映射为一个伪装的地址和端口，让这个伪装的地址和端口通过非安全网卡与外部网络连接，这样对外就隐藏了真实的内部网络地址。在外部网络通过非安全网卡访问内部网络时，它并不知道内部网络的连接情况，而只是通过一个开放的IP地址和端口来请求访问。OLM防火墙根据预先定义好的映射规则来判断这个访问是否安全。当符合规则时，防火墙认为访问是安全的，可以接受访问请求，也可以将连接请求映射到不同的内部计算机中。当不符合规则时，防火墙认为该访问是不安全的，不能被接受，防火墙将屏蔽外部的连接请求。网络地址转换的过程对于用户来说是透明的，不需要用户进行设置，用户只要进行常规操作即可。

NAT的工作过程如图1所示：

在内部网络通过安全网卡访问外部网络时，将产生一个映射记录。系统将外出的源地址和源端口映射为一个伪装的地址和端口，让这个伪装的第5页(共14页)地址和端口通过非安全网卡与外部网络连接，这样对外就隐藏了真实的内部网络地址。

图1 NAT工作过程

在外部网络通过非安全网卡访问内部网络时，它并不知道内部网络的连接情况，而只是通过一个开放的IP地址和端口来请求访问。OLM防火墙根据预先定义好的映射规则来判断这个访问是否安全。当符合规则时，防火墙认为访问是安全的，可以接受访问请求，也可以将连接请求映射到不同的内部计算机中。当不符合规则时，防火墙认为该访问是不安全的，不能被接受，防火墙将屏蔽外部的连接请求。网络地址转换的过程对于用户来说是透明的，不需要用户进行设置，用户只要进行常规操作即可。2.4状态监测技术

这是继“包过滤”技术和“应用代理”技术后发展的防火墙技术，它是CheckPoint技术公司在基于“包过滤”原理的“动态包过滤”技术发展而来的，与之类似的有其他厂商联合发展的“深度包检测”（Deep Packet Inspection）技术。这种防火墙技术通过一种被称为“状态监视”的模块，在不影响网络安全正常工作的前提下采用抽取相关数据的方法对网络通信的各个层次实行监测，并根据各种过滤规则做出安全决策。

“状态监测”技术在保留了对每个数据包的头部、协议、地址、端口、第6页(共14页)类型等信息进行分析的基础上，进一步发展了“会话过滤”功能，在每个连接建立时，防火墙会为这个连接构造一个会话状态，里面包含了这个连接数据包的所有信息，以后这个连接都基于这个状态信息进行，这种检测的高明之处是能对每个数据包的内容进行监视，一旦建立了一个会话状态，则此后的数据传输都要以此会话状态作为依据，例如一个连接的数据包源端口是8000，那么在以后的数据传输过程里防火墙都会审核这个包的源端口还是不是8000，否则这个数据包就被拦截，而且会话状态的保留是有时间限制的，在超时的范围内如果没有再进行数据传输，这个会话状态就会被丢弃。状态监视可以对包内容进行分析，从而摆脱了传统防火墙仅局限于几个包头部信息的检测弱点，而且这种防火墙不必开放过多端口，进一步杜绝了可能因为开放端口过多而带来的安全隐患。

由于状态监视技术相当于结合了包过滤技术和应用代理技术，因此是最先进的，但是由于实现技术复杂，在实际应用中还不能做到真正的完全有效的数据安全检测，而且在一般的计算机硬件系统上很难设计出基于此技术的完善防御措施（市面上大部分软件防火墙使用的其实只是包过滤技术加上一点其他新特性而已）。

3防火墙的应用模式

由于网络拓扑结构和安全需求等方面的差异，在使用防火墙构建网络安全防护系统时，其应用模式可能是千差万别的。总的来说，比较典型的防火墙应用模式有4种。

3.1屏蔽路由器（Screened Route）

这种应用模式采用单一的分组过滤型防火墙或状态检测型防火墙来实现。通常，防火墙功能由路由器提供（在路由器上增加一个防火墙模块），该路由器设置在内部网与internet之间，根据预先设置的安全规则对进人内部网的信息流进行安全过滤。在这种应用模式中，防火墙功能也可以用单独的防火墙设备或主机来实现，设置在内部网与路由器之间。参见图2：

内部网

屏蔽

路由器

INTERNET

图2 屏蔽路由器 第7页(共14页)这种应用模式的优点是数据转发速度快，冈络性能损失较小，易于实现，费用较低、它的缺点是安全性比较脆弱，尤其是分组过滤型防火墙，容易被人侵者攻破，进而入侵内部网。3.2双宿主机网关（Dual Homed Gateway）

这种应用模式采用单一的代理服务型防火墙来实现。通常，防火墙是由一个运行代理服务软件的主机实现的。这种主机称为堡垒主机（Bastion Host），而具有两个网络接口的堡垒。主机称为双宿主机（Dual Home）。这种应用模式由双宿主机充当内部网与internet之间的网关，并在其上运行代理服务器软件，受保护的内部网与Internet之间不能直接建立连接，必 须通过堡垒主机才能进行通信外部用户只能看到堡垒主机。而不能看到内部网的实际服务器和其他资源。受保护网络的所有开放服务必须由堡垒主机上的代理服务软件来实施。参见图3：

内部网

堡垒

主机

INTERNET

图3 双宿主机网关

这种应用模式的安全性略好一些。但仍然比较脆弱，因为堡垒主机是惟一的安全屏障，一旦被人侵者攻破。内部网将失去保护。3.3屏蔽主机网关（Screened Host Gateway）

这种应用模式采用双重防火墙来实现，一个是屏蔽路由器，构成内部网的第一道安全屏障；另一个是堡垒主机．构成内部网的第二道安全屏障。参见图4：

内部网

堡垒 主机 屏蔽 路由器

INTERNET

图4 屏蔽主机网关

屏蔽路由器基于下列规则过滤分组流：堡垒主机是内部网惟一的系统，允许外部用户与堡垒主机建立连接，并且只能通过与堡垒主机建立连接来访问内部网提供的服务。由于这种应用模式设有两道安全屏障，并且是由两种不同的防火墙构成的，可以优势互补和相互协调。因此，具有较高的第8页(共14页)安全性，并且比较灵活。

3.4屏蔽子网网关（Screened Subnet Gateway）

这种应用模式是在内部网与internet之间设置一个独立的屏蔽子网，在内部网与屏蔽子网之间和屏蔽子网与Internet之间都要没置一个屏蔽路由器，堡垒主机连接在屏蔽子网上。堡垒主机是惟一的内部网和Internet都能访问的系统，但要受到屏蔽路由器过滤规则的限制。参见图5：

屏蔽子网

内部网

堡垒 主机

堡垒主机

屏蔽 路由器

INTERNET

图5 屏蔽子网网关

在这种应用模式中，内部服务器设有三道安全屏障：两个屏蔽路由器和堡垒主机，入侵者要入侵内部网必须攻破两个屏蔽路由器和堡垒主机，这显然是相当困难的。因此，具有更高的安全性，比较适合保护大型的网络，但成本也比较高。防火墙的应用设计

根据行业特征和应用性质可将网络系统大致分成校园网、企业网、商务网、金融网、政务网以及军用网等。这些网络系统的安全需求是不相同的，必须采用与其应用性质相适应的安全措施来构建完整的网络安全体系。以满足各种网络系统的安全需求，完整的网络安全体系应当包括防护、检测、响应和管理等各个环节，不是单靠某一种安全技本来解决的，也要形成一个动态的安全防护系统。其中，防火墙是整个网络安全体系的基础和关键环节，也是一种常用的安全防护技术，它作为第一道安全屏障最容易受到人侵者的攻击。因此，除了防火墙本身应具有较好的安全防护能力之外，防火墙的应用方案设计也是十分重要的。

第9页(共14页)防火墙的应用方案设计一般包括安全需求分析、网络安全系统设计和安全策略设计3部分。4.1安全需求分析

根据网络应用性质，可以将网络应用环境分成3种：开放的、专用的和内部的。不同的网络应用环境所面临的安全风险和需求是不同的，其安全解决方案也有所不同。

（1）开放的网络应用环境：在开放的网络应用环境中，网络服务和信息内容向internet上的所有用户完全开放，如连接在Internet上的各种开放的Web服务器等。这种开放的应用环境一般不存在信息内容保密和用户身份验证问题，它所面临的安全风险是拒绝服务（Dos）篡改网页内容以及被非法利用等。这些安全风险需要采用多种安全措施来防范，包括使用接纳控制技术阻止入侵者非法获取系统控制权、使用防火墙技术过滤“有害”的信息，使用“补丁”程序来阻塞系统安全漏洞，使用入侵检测技术来检测和发现网络攻击行为等。这种应用环境的安全要求相对较低，防火墙的作用是次要的，必要时可采用屏蔽路由器模式。

（2）专用的网络应用环境：在专用的网络应用环境中，网络服务和信息内容是半开放的。只允许授权用户通过Internet来访问。这些授权用户是可信任的，他们通常是商业合作伙伴或者本单位的外地员工。这种专用的应用环境所面临的安全风险是假冒合法用户获取信息以及信息传输过程中被非法截获或者篡改等。前者属于网络安全问题，主要是用防火墙等技术来防范；后者属于信息安全问题，主要采用VPN等枝术来解决信息传输过程中的数据机密性和数据完整性问题。

在这种网络应用环境中，一般要在内部网与Internet之间设置防火墙，并通过安全规则来控制外部用户对内部网资源（如Web服务器和其他服务器）的访问。根据网络服务的安全要求，选择适当的防火墙应用模式来建立网络安全防护系统。除了防火墙外，还应当使用VPN技术、基于数字证书的访问控制技术等来解决信息交换安全问题。

（3）内部的网络应用环境：在内部的网络应用环境中，内部网与Internet是物理隔离的，网络服务器没置在内部网，只允许内部用户通过内部网访问网络服务器，这是一种封闭的网络环境。它所面临的安全风险是内部用户的非授权访问，窃取和泄露机密信息等。其防范措施主要侧重

第10页(共14页)于解决内部用户对内部网的攻击问题，如采用VLAN、访问控制、安全审计和安全管理等防范措施。

由于不同的网络应用环境所面临的安全风险是各不相同的，不能一概而论。因此必须针对不同网络应用环境所面临的安全风险采取适当的安全措施来增强系统安全性。在系统安全性、网络性能损失和系统费用等方面寻找一个最佳平衡点，减少盲目性。4.2网络安全系统设计

在上述的4种防火墙应用模式中，每一种应用模式所提供的安全防护能力和系统费用都是不相同的。在网络安全系统设计中，应当根据网络应用系统的安全需求来构造网络安全体系。

在安全要求不高的情况下，一般采用屏蔽路由器或双宿主机网关应用模式来构造网络安全系统。这样在满足系统安全需求前提下，有利于降低系统费用，简化网络管理。在屏蔽路由器或双穴主机网关应用模式不能满足系统安全需求的情况下，可以考虑采用屏蔽主机网关或屏蔽子网网关应用模式。

例如：在基于屏蔽子网网关应用模式构建的网络安全系统中，必须将内部网划分为3个子网：内部子网、屏蔽子网与外部网（如Internet）。不同子网的安全需求是不同的。屏蔽子网网关模式采用了两个屏蔽路由器，一个位于内都子网和屏蔽子网之间的内部屏蔽路由器；另一个位子屏蔽子网与外部网之间的外部屏蔽路由器。从网络体系结构上通过屏蔽子网将内部子网与不可信的外部网隔离开。外部屏蔽路由器的作用是保证外部网发来的数据包只能到达屏蔽子网，而且只能将屏蔽子网中的数据包输出到外部网上。内部屏蔽路由器的作用是保证内部网发来的数据包只能输出到屏蔽子网上，而不能到达外部网。这样内部网和外部网之间不能直接通信，双方都只能到达屏蔽子网。由于屏蔽子网是内部子网与外部网之间的隔离区，所以屏蔽子网也称为“非军事区”或“停火区”。图6所示是一种基于屏蔽子网网关应用模式的网络安全系统结构。

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图6 网络安全系统结构

内部屏蔽路由器还应当提供网络地址翻译器（NAT）功能。NAT允许在内部网络中使用私有IP地址。而私有IP地址在internet中是不可见的，可见的只是代理服务器的公用IP地址。这样，在屏蔽内部子网结构的同时，还解决了公用IP地址短缺问题。

对于各种对外开放的网络服务器，如Web服务器、FTP服务器、E-mail服务器以及DNS服务器等可以放置在屏蔽子网中。为了使内部用户能够仿问Internet，在屏蔽子网上设置一个堡垒主机，提供代理服务器功能。这样，既可以使外部用户能方便浏览开放的信息服务、与内部网用户交换邮件等，又防止了外部用户攻击内部网，篡改数据或破坏系统。在这种网络安全体系结构中，入侵者想要攻击内部网，必须连续地攻破外部分组过滤器、代理服务器和内部分组过滤器等三道防火墙。即使高明的黑客也是相当困难的。

合理地配置防火墙可以防御多种网络攻击，例如：

（1）在防火墙中配置多块网卡，不同的网卡对应于不同的网段，通过将网卡与对应网段绑定，可以防御IP地址欺骗的攻击。

（2）在防火墙中阻塞ICMP报文，只允许某些类型（如回应请求类型）的ICMP报文通过，可以防御“Ping Of death”之类的攻击。

（3）在防火墙中阻塞ActiveX和Java Applets程序，可以防御恶意程序对内部主机进行攻击。

（4）在防火墙中使用NAT功能，所有从防火墙流出的IP数据包的源地址均为防火墙上保留的合法IP地址，不仅可以使内部主机共享有限的 Internet IP地址，而且能够隐藏内部网络信息。

（5）在防火墙中使用认证功能，可以对主机地址、网卡地址和主机名进行认证，还可以对用户身份进行认证，例如采用口令认证、RADIUS认证以及硬件参与认证等，可以防御地址欺骗、身份假冒等攻击。

另外，对于处于不同地理位置上的内部网通过Internet交换信息时，可以采用VPN技术来解决信息传输过程中的数据机密性和数据完整性问题。在这种情况下，应当在屏蔽子网设置一个VPN网关，两个内部网之间通过VPN网关建立一个安全的传输隧道，实现数据安全传输。这意味着可信的外部用户只能迈过VPN隧道穿越内部网的防火墙，而在建立VPN隧道时，双方的身份是经过认证的，都是可信的用户。

第12页(共14页)4.3安全策略设计

在图6所示的网络安全系统结构中，设有3个防火墙：外部分组过滤器（由外部屏蔽路由器提供）、内部分组过滤器（由内部屏蔽路由器提供）和代理服务器（由堡垒主机提供）。根据网络应用的安全需求，必须分别为它们设计安全策略和规则。

（1）外部分组过滤器：外部分组过滤的缺省规则为禁止所有服务。主机规则为允许外部用户访问屏蔽子网中开放的服务器（如 Web服务器、FTP服务器等），允许外部用户连接安全代理服务器。每次连接都要产生日志记录，供以后安全审计使用。

（2）内部分组过滤器：内部分组过滤的缺省规则为禁止所有服务。主机规则为允许内部用户连接屏蔽子网中的主机。每次连接都要产生日志记录。通过地址转换功能，使所有使用内部IP地址的用户都能共用一个合法外都IP地址访问外部网络（如Internet）。

（3）代理服务器：代理服务器的缺省规则为禁止听有连接．它允许内部用户访向外部网络的web站点，并提供代理功能，对所代理的连接进行安全检查，禁止内部用户访问非法站点，并产生日志记录。它还为内部邮件服务器与外部邮件服务器之间的连接提供代理。对邮件的大小、数量，发送者、接收者，甚至内容进行检查，并产生日志记录。它在代理 Telnet和 FTP内部服务器时，要求验证用户的身份，允许合法用户以规定的权限上载和下载服务器中的文件，并产生日志记录。

为了支持防火墙的系统配置、规则设置、日志查看和安全审计等管理操作，一般的防火墙产品都提供一种图形化界面的管理软件。在完成网络体系结构设计和各个防火墙的安全策略设计后，便可以着手配置各个防火墙的系统参数和安全规则。在网络应用和网络体系结构发生变化时，应当及时修改防火墙的安全策略，避免可能产生的安全漏洞。在防火墙工作过程中，可以通过管理软件监视防火墙的日志信息，定期进行安全审计，及时发现系统可能存在的安全漏洞，入侵者的攻击行为以及其他违反安全规则的行为，为网络安全管理提供决策依据。结束语

第13页(共14页)本论文主要研究防火墙技术的应用，从防火墙的简单概述展开，描述了防火墙的四种技术，防火墙的应用模式。最后，阐述了防火墙的应用设计。旨在展望网络安全，即防火墙技术的未来状况。

参 考 文 献

[1] 蔡皖东.网络与信息安全[M].西安：西北工业大学出版社，2004.[2] 魏利华.防火墙技术研究[J].淮阴工业学院学报：计算机科学技术版，2003，38（4）：21-33.[3] 蒋建春，冯登国.网络入侵检测技术原理与技术[M].北京：国防工业出版社，2005.[4] 陆楠.现代网络技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.[5] 刘克龙，蒙杨.一种新型的防火墙系统[J].淮阴工业学院学报：计算机科学技术版，2005，46（6）：11-14.[6] 张凡，李丹灵.网络信息安全的真相[J].深圳大学学报：计算机科学技术版，2006，24（5）：12-19.[7] 陈功富.现代计算机网络技术[M].北京：电子工业出版社，2005.[8] 邓吉，柳靖.黑客防攻实战详解[M].北京：电子工业出版社，2006.[9] 郭鑫.防黑档案[M].北京：电子工业出版社.2003.[10]薛静锋.入侵检测技术[M].机械工业出版社，2004.[11]邓亚平.计算机网络安全[M].北京：人民邮电出版社.2004.[12]李涛.网络安全概论[M].北京:电子工业出版社.2004.Application of Firewall technology

Guo Li Abstract：To protect the personal computer, the server and the network resource from attacking and keep them safe from being destroyed, the firewall technology is popular used and applied successfully in network safeguard field.The paper mainly analyzes the application of firewall from a point of practical usage and expound the applied design of firewall in the end after introducing several techniques and applied patterns.Key words：Firewall;Firewall technology;Firewall application pattern;Firewall using design

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第三篇：防火墙的技术与应用-选购和应用

防火墙的技术与应用-选购和应用(5)

个人防火墙市场漫步

网络的高速发展已促使信息时代以网络为核心发生了深刻的变革，许多人遨游在网络这个虚拟世界里时，并没有意识到有人正在监视着你的一举一动。网友通过OICQ和你一边亲密地聊天，一边却在偷窥你电脑硬盘里的私人资料，而他“共享”你的电脑就像用自己的一样，你的文件随时有可能成为他的囊中之物，硬盘也有可能“不经意”地给格式化掉了。也许就在你为了隐藏自己的身份与对方周旋的时候，他已经在窃笑了。在以入侵他人计算机系统为乐的黑客眼里，你的电脑对他来说是透明的。

请记住：黑客肆无忌惮的攻击无处不在，网络安全对于个人用户而言并不是一个遥远的话题。在你上网浏览，从网上下载软件接收邮件随时都有可能让病毒和木马混进来。在网上购物、用信用卡进行网上支付、买卖股票或者通过在线银行进行转账等操作的时候，随时随地都存在威胁。这些恶意攻击导致的结果就是：上网账号被窃取，银行账号被盗用，密码被修改，甚至整个系统全线瘫痪。其实，想远程获取你硬盘里的内容并不需要人们所想象中出神入化的技术，只要会使用一些黑客工具就已经足够了，因为许多智能化的黑客工具在20万多个黑客网站中可以轻易地下载。

新一代的黑客们不但自己攻击别人，还编写了各种各样的黑客工具放在网上供人们自由免费下载。同时，黑客工具版本的升级出乎人们意料的快。譬如，专家们正当发出警告：制造出肆虐一时的“库尔尼科娃病毒”的SubSeven黑客工具软件2.0版已经问世，才过几个小时，就又发现一个更新的升级版本呱呱落地了。现在的黑客工具功能越来越强大，使用这个工具更容易催生出智能突破电脑网络防线的黑客软件来。

今年初，某著名的网络安全公司举行了一个“一千个伤心的理由”--互联网不安全因素问卷调查。经过统计，在调查问卷中所列出的众多令人头疼的互联网不安全因素中，最令网友担心的是(按得票多少)排第三的是：网上购物时，我担心我提供给网站的个人信息会被非法利用；第四是：上网时，我的电脑资源会不会暴露；第五是：网上聊天时IP地址被盗用；第六；访问某些网站时，某些程序自动下载到我的电脑；第八：如何才能避开有害的cookies；第九：访问陌生网站是否安全。从上面的调查来看，信息安全越来越引起人们的注意，个人隐私权越来越受到重视。据悉，个人隐私的保护已被列为网络经济面临的八大伦理难题之首。

另外，根据一份国际统计资料显示，平均有大约30%的个人电脑遭受过恶意攻击，这个比例在网络较为发达的国家还要高，在中国的比例要低一些，但随着我国上网人数和上网计算机的增加，这个数字正在呈上升的趋势。互联网萌发的早期重点放在发展，时至今天，衍生出来的网络安全问题却是每个网民必须面对，不容回避的新生问题。我们必须积极采取措施以捍卫自己精彩的网络生活。方法是多种多样的，减少在网上的逗留时间、感觉到攻击立刻强行断线、提高警惕性等等，当然，最稳妥的办法莫过于选择一个适和个人用户的防火墙了。

个人防火墙是安装在每台PC机上的软件，个人防火墙不必象企业防火墙那样导入特定的网络设备，仅仅在用户所使用的PC上安装软件即可。由于管理者可以远距离地进行设置和管理，终端用户在使用时感觉不到防火墙的存在，极为适合个人和小企业等使用。而且，它也可以象防病毒软件那样地安装在公司内部的LAN（Local Area Net 局域网）终端上。

个人防火墙能捍卫PC和机密资料，使其避免受网络漫游可能造成的安全威胁。即使计算机每天连接网络的时间并不长，但智能的恶意入侵程序依然可以找到它。利用宽频上网（包括通过缆线调制解调器或 ADSL 线路上网），长时间处于联机状态的企业和个人用户最容易受到黑客攻击，危险指数更高。宽带带给人们上网高流速的便利，人人都在期盼宽带时代早点到来，可极少人留意到宽带对网络和个人隐私所带来潜在的安全隐患。如果用户上网时未在计算机上做好正确的安全措施，宽带将降低黑客攻击的难度，因为尽管宽带使连接速度更快，但互联网协议地址基本保持不变，不象通过调制解调器拨号上网的用户那样每拨一次电话他们的IP地址就会改变一次，故相当于永远有一条通途直达被攻击的计算机。国外前不久曾做过这样一个实验，在一个受到控制的环境下，经一个月的调查，得出结论：长时间上网者受黑客攻击的几率高达95%。

在网络上执行任何工作时，个人防火墙都会阻止网络服务器在背景窃取您的电子邮件地址或其它个人信息。你可以选择哪些信息需要保密，而不会不慎把这些信息发送到不安全的网站。这样，还可以防止网站服务器在你不察觉的情况下跟踪你的电子邮件地址和其它个人信息。

由于雅虎，微软，Intel等大型网站接二连三遭到黑客入侵，加上各大媒体的宣传，防火墙愈发受到用户认识和青睐，防火墙生产厂商正在大幅度增加市场销售额。而且防火墙在一段时期之内仍会出现销量猛增的局面，其增长的动力主要来源于中小型企业以及家用电脑用户。今后几年这一增长趋势还将继续，而且平均增长率预计可达到38.7%，以往防火墙主要针对网上交易频繁且易受黑客攻击的大型企业和保密性强的机构，许多安全产品厂商只是重视大型网络安全，对个人安全市场比较忽视。但随着黑客攻击事件的不断增加（现在世界上平均每20秒就有一起黑客事件发生）和人们对黑客攻击严重性的意识与日俱增，这种情况近期被打破，防火墙厂商开始研发低价位产品。所谓未雨绸缪，许多小型企业和个人用户也开始购买防火墙。

2001年7月，中国互联网络信息中心（CNNIC）公布了“中国互联网络发展状况统计报告”。报告表明：我国上网计算机数为约1002万台，上网用户人数为约2650万人，其中家庭用户占了61%。“中国互联网的使用目前基本上还处于个人运用阶段”国务院新闻办公室主任赵启正如是说。因此，个人防火墙的市场规模将会是相当庞大的。另外，网民年龄低于24岁的占51.9%，在这个“诱惑太多”的虚拟世界里，少年犯罪占网络犯罪总数的比例越来越高，年龄却越来越小，少年犯罪与网络毒瘤的迅速蔓延有着莫大的关系。

目前，介入我国个人防火墙的国内国外的生产厂商各有5家。最近，国际著名的互联网安全技术厂商Chcek Point开始全面介入中国防火墙市场并在北京设立中国办事处，以及国内一些防病毒软件开发商和知名的IT厂商也逐渐涉足防火墙这一领域，预示着中国网络安全防护意识的兴起。这对于国内防火墙生产厂商来说既是好事也是麻烦事，因为这说明竞争对手的增加的同时市场也在增大。但由于国外个人防火墙价格不菲（每套在40到50美元之间），阻碍了个人防火墙进一步的普及。而且，国外个人防火墙的兴起时间并不长，换句话说，国内与国外个人防火墙基本上是在同一条起跑线上，而提倡“服务”比“产品”更为增值的新价值观在IT业浮头，国产个人防火墙无论是在设计、应用和服务等方面都会较为强调国情化，技术支持响应及时，加之产品价位有一定的优势。据了解，作为防火墙“粤家军”代表的广东天海威数码有限公司近期针对小型企业和家庭用户推出了既可以防止黑客攻击又可以拦截黄色网站的蓝盾个人防火墙V3.0，该版本是在V1.0和V 2.0基础上，在数百万用户下载使用和反馈后，通过不断测试和完善，于9月17日通过了国家公安部的检验并取得了销售许可证，经北京、沈阳、大连等地的试销后，市场反应良好，决定于近期正式推出。

蓝盾个人版防火墙安装智能化，操作简易，既防内又防外，防黑又防黄。个人防火墙对所有内外部提出的服务请求进行过滤，发现非授权的服务请求后立即拒绝。据统计，我国网民年龄低于24岁的占51.9%，在这个“诱惑太多”的虚拟世界里，少年犯罪占网络犯罪总数的比例越来越高，年龄却越来越小，少年犯罪与网络毒瘤的迅速蔓延有着莫大的关系。据了解，美国去年的网络诈骗案中，其中受黄色网站诈骗的占了10%，达1.88多亿美元。蓝盾个人版防火墙可限制内部人员或少儿访问3万多个黄色、暴力和反动网站，同时蓝盾个人版防火墙又强调个性化设计，用户可通过自定义，增加禁止访问的网站。还设有密码管理，防止非法用户进行修改和删除过滤功能。

蓝盾个人版防火墙还能有效防止外部机器利用各种黑客工具探测到本机的IP地址，当受到攻击时能自动报警，同时将反追踪来的黑客踪迹形成详细的报表。阻止黑客窃取用户账号和密码，对E-mail的发送进行信息加密，防止个人隐密信息泄露。抵御外来的蓝屏攻击造成windows系统的崩溃以至死机，亦可击退著名的冰河等特洛伊木马病毒或其他后门程序的攻击，避免黑客掌握本机的所有资源而进行肆意破坏，形成一堵坚固的保护墙，拒绝所有来历不明的访问，将各种可能存在的网络安全威胁挡在保护层之外，使用户清清楚楚地知道自己计算机的安全状况，以确保用户的系统安全。做到既可防黑客又可防病毒。

日前，信息产业部部长吴基传指出：“信息安全保障能力是21世纪综合国力﹑经济竞争实力和民族生存能力的重要组成部分。”如今，如何规范网上行为，保障网络安全，已成为每一个国家所极力关注的一个问题，保卫网络安全，也将成为一个国际性行为。信息安全产业已成为信息产业发展最快﹑最具市场前景的高新技术产业，而个人防火墙也必将在IT产业逆流而上成为新的经济增长点。

第四篇：毕业论文(防火墙的技术与应用)

* * * * 学院

毕业论文

课题名称： 防火墙的技术与应用 作 者： 学 号： 系 别： 电子工程系 专 业： 指导教师：

20**年**月**日

中文摘要

防火墙的技术与应用

摘要

计算机网络安全已成为当今信息时代的关键技术。当前网络安全问题存在着计算机病毒，计算机黑客攻击等问题。网络安全问题有其先天的脆弱性，黑客攻击的严重性，网络杀手集团性和破坏手段的多无性，解决网络安全问题重要手段就是防火墙技术。走在中国特色的防火墙技术发展之路,是确保我国网络安全的有效途径。防火墙技术的核心思想是在不安全的网际网环境中构造一个相对安全的子网环境。本文重点介绍防火墙技术的基本概念和系统结构，讨论了实现防火墙的两种主要技术手段：一种是基于分组过滤技术(Packet filtering)，它的代表是在筛选路由器上实现的防火墙功能；一种是基于代理技术(Proxy)，它的代表是在应用层网关上实现的防火墙功能。

关键词：网络安全；防火墙；技术；功能

I 郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文

目 录

中文摘要.................................................................I 1 引言..................................................................1 2 网络安全概述..........................................................1 3 协议安全分析..........................................................2 3.1 物理层安全........................................................2 3.2 网络层安全........................................................2 3.3 传输层安全........................................................3 4 网络安全组件..........................................................3 4.1 防火墙............................................................3 4.2 扫描器............................................................3 4.3 防毒软件..........................................................3 4.4 安全审计系统......................................................3 4.5 IDS...............................................................4 5 网络安全的看法........................................................4 5.1 隐藏IP地址有两种方法.............................................5 5.2 更换管理及账户....................................................5 6 防火墙概述............................................................5 6.1 防火墙定义........................................................5 6.2 防火墙的功能......................................................5 6.3 防火墙技术........................................................6 6.4 防火墙系统的优点..................................................7 6.5 防火墙系统的局限性................................................7 7 结论..................................................................8 参考文献.................................................................9 致 谢..................................................................10 郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文 引言

随着网络技术的普遍推广，电子商务的开展，实施和应用网络安全已经不再仅仅为科学研究人员和少数黑客所涉足，日益庞大的网络用户群同样需要掌握网络安全知识。由于在早期网络协议设计上对安全问题的忽视，以及在管理和使用上的无政府状态，逐渐使Internet自身安全受到严重威胁，与它有关的安全事故屡次发生，一些黑客把先进的计算机网络技术，当成一种犯罪工具，不仅影响了网络的稳定运行和用户的正常使用,造成许多经济损失,而且还会威胁到国家的安全，一些国家的机密被黑客破坏造成网络瘫痪。如何更有效地保护重要信息数据，提高计算机网络的安全性已经成为世界各国共同关注的话题，防火墙可以提供增强网络的安全性，是当今网络系统最基础设施，侧重干网络层安全，对于从事网络建设与管理工作而言，充分发挥防火墙的安全防护功能和网络管理功能至关重要。网络安全概述

网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到了保护，不因偶然的或恶意的原因而遭受到破坏、更改、泄露、系统正常地运行网络服务不中断，网络安全的定义从保护角度来看，是指计算机及其网络系统资源和信息资源不受自然和人为有害因素的威胁和危害，从广义上来说，凡是涉及到计算机网络上信息的机密性，完整性、可用性、可控性、可审查性的相关技术和理论都是计算机网络安全的研究领域。

网络安全的具体含义会随着“角度”的变化而变化，比如：从个人的角度来说，凡是涉及到个人隐私的信息在网络上传输时受到机密性完整性和真实性的保护避免其他人利用窃听、冒充、篡改、抵赖等手段侵犯用户的利益和隐私。

网络安全应具有以下五个方面的特征：机密性：确保信息不暴露给未授权的实体或进程。完整性：只有得到授权的实体才能修改数据，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阻碍授权者的工作。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。

从管理者角度说网络信息的访问读写操作受到保护和控制避免病毒侵入，非法存取、非法占用、非法控制等威胁，防止网络黑客的攻击，对安全保密部门来说，对于非 郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文

法的有害的或涉及国家机密的信息进行过滤和防止，对社会造成危害，对国家造成巨大损失的机要信息的泄漏进行防止，做到杜绝。

现在全球普遍存在缺乏网络安全的重要性，这导致大多数网络存在着先天性的安全漏洞和安全威胁，使用TCP/IP协议的网络所提供的网络服务都包含许多不安全的因素，存在着一些漏洞网络的普及使信息共享达到了一个新的层次，信息被暴露的机会大大增多，特别是Internet网络就是一个不设防的开放大系统，近年来，计算机犯罪案件也急剧上升，计算机犯罪是商业犯罪中最大的犯罪类型之一，每年计算机犯罪造成的经济损失高达50亿美元，在信息安全的发展过程中企业和政府的的要求有一致的地方，也不有一致的地方，企业注重于信息和网络安全的可靠性，政府注重于信息和网络安全的可管性和可控性，在发展中国家，对信息安全的投入还满足不了信息安全的需求，同时投入也常常被挪用和借用。协议安全分析

3.1 物理层安全

物理层安全威胁主要指网络周边环境和物理特性引起的网络设备和线路的不可用而造成的网络系统的不可用，如：设备老化、设备被盗、意外故障，设备损毁等。由于以太局域网中采用广播方式，因此在某个广播域中利用嗅探器可以在设定的侦听端口侦听到所有的信息包，并且对信息包进分析，那么本广播域的信息传递都会暴露无遗，所以需将两个网络从物理上隔断同时保证在逻辑上两个网络能够连通。3.2 网络层安全

网络层的安全威胁主要有两类：IP欺骗和ICMP攻击。IP欺骗技术的一种实现方法是把源IP地址改成一个错误的IP地址，而接收主机不能判断源IP地址的正确性，由此形成欺骗，另外一种方法是利用源路由IP数据包让它仅仅被用于一个特殊的路径中传输，这种数据包被用于攻击防火墙。

ICMP在IP层检查错误和其他条件。ICMP信息、对于判断网络状况非常有用，例如：当PING一台主机想看它是否运去时，就产生了一条ICMP信息。远程主机将用它自己的ICMP信息对PING请求作出回应，这种过程在网络中普遍存在。然而，ICMP信息能够被用于攻击远程网络或主机，利用ICMP来消耗带宽从而有效地摧毁站点。

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3.3 传输层安全

具体的传输层安全措施要取决于具体的协议，传输层安全协议在TCP的顶部提供了如身份验证，完整性检验以及机密性保证这样的安全服务，传输层安全需要为一个连接维持相应的场景，它是基于可靠的传输协议TCP的。由于安全机制与特定的传输协议有关所以像密钥管理这样的安全服务可为每种传输协议重复使用。现在，应用层安全已被分解成网络层、操作系统、数据库的安全，由于应用系统复杂多样不存在一种安全技术能够完全解决一些特殊应用系统的安全问题。网络安全组件

网络的整体安全是由安全操作系统、应用系统、防火墙、网络监控安全扫描、信息审计、通信加密、灾难恢复、网络反病毒等多个安全组件共同组成的，每一个单独的组件只能完成其中部分功能，而不能完成全部功能。4.1 防火墙

防火墙是指在两个网络之间加强访问控制的一整套装置，是软件和硬件的组合体，通常被比喻为网络安全的大门，在内部网和外部网之间构造一个保护层，用来鉴别什么样的数据包可以进出企业内部网。防火墙可以阻止基于IP包头的攻击和非信任地址的访问，但无法阻止基于数据内容的黑客攻击和病毒入侵，同时也无法控制内部网络之间的攻击行为。4.2 扫描器

扫描器是一种自动检测远程或本地主机安全性弱点的程序，通过使用扫描器可以自动发现系统的安全缺陷，扫描器可以分为主机扫描器和网络扫描器，但是扫描器无法发现正在进行的入侵行为，而且它也可以被攻击者加以利用。4.3 防毒软件

防毒软件可以实时检测，清除各种已知病毒，具有一定的对未知病毒的预测能力利用代码分析等手段能够检查出最新病毒。在应用对网络入侵方面，它可以查杀特洛伊木马和蠕虫等病毒程序，但不能有效阻止基于网络的攻击行为。4.4 安全审计系统

安全审计系统对网络行为和主机操作提供全面详实的记录，其目的是测试安全策略是否完善，证实安全策略的一致性，方便用户分析与审查事故原因，协助攻击的分析收 郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文

集证据以用于起诉攻击者。4.5 IDS 由于防火墙所暴露出来的不足，引发人们对IDS（入侵检测系统）技术的研究和开发。它被认为是防火墙之后的第二道安全闸门，在不影响网络性能的情况下对网络进行监测，从而提供对内部攻击，外部攻击和误操作的实时保护。

IDS的主要功能：监控、分析用户和系统的活动。核查系统配置和漏洞。评估关键系统和数据文件的完整性。识别攻击的活动模式，并向网管人员报警。对异常活动的统计分析。操作系统审计跟踪管理，识别违反政策的用户活动。评估重要系统和数据文件的完整性。

IDS可分为主机型和网络型两种：主机型入侵检测系统，主要用于保护运行关键应用的服务器，它通过监视与分析主机的审计记录和日志文件来检测入侵。网络型入侵检测系统主要用于实时监控网络关键路径信息，它通过侦听网络上的所有分组来采集数据、分析可疑现象。网络入侵检测系统通常利用一个运行在混杂模式下的网络适配器来实时监视并分析通过网络的所有通信业务。

由于每个网络安全组件自身的限制，不可能把入侵检测和防护做到一应俱全所以不能指望通过使用某一种网络安全产品实现绝对的安全，只有根据具体的网络环境，有机整合这些网络安全组件才能最大限度地满足用户的安全需求，在这个通信发达的时代，网络安全组件是不可缺少的，用户的安全要得到保障那就使用网络安全组件吧！它能给你带来意想不到的效果。网络安全的看法

随着互联网在家庭中的普及，家庭网络安全越来越受欢迎。家庭网络安全主要表现在两个方面，一是个人电脑中毒，二是被非法用户入侵。个人以为可以从“内”和“外”两个方面来解决。

从内的方面来讲“内”指用户本身，防止由于自己的疏忽而造成的损失。主要包括安装一些必要的软件，主要是防火墙、杀毒、防木马等安全软件。要有一个安全的工作习惯。积极备份。积极防范。打好补丁。这几种方法只是网络安全方面常用的方法，实际上保证安全从“内”的方面来说还包括很多方面，如操作不当造成软硬件损坏等。当然这些就不仅仅是网络安全方面了，实际上只要用户在以上所说的五个方面做得不错的 郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文

话，基本上网络安全方面可以放60%以上的心了。只不过许多用户在这些方面一般不太在意结果造成数据的损失。从外的方面来讲“外”指由外界而来的攻击，一般指黑客攻击。要防止黑客的攻击，我介绍几种简单容易上手同时效果也不错的方法供大家参考。5.1 隐藏IP地址有两种方法

代理服务器的原理是在客户机和远程服务器之间架设一个“中转站”，当客户机向远程服务器提出服务要求后，代理服务器首先截取用户的请求，然后代理服务器将服务请求转交远程服务器，从而实现客户机和远程服务器之间的联系。使用代理服务器后，其它用户只能探测到代理服务器的IP地址而不是用户的IP地址，这就实现了隐藏用户IP地址的目的，保障了用户上网安全。二是使用一些隐藏IP的软件，如赛门铁克公司的Norton Internet security,不论黑客使用哪一个IP扫描工具，都会告诉你根本没有这个IP地址，黑客就无法攻击你的计算机了。5.2 更换管理及账户

Administrator账户拥有最高的系统权限，一旦该账户被人利用，后果不堪设想。黑客入侵的常用手段之一就是试图获得Administrator账户的密码，所以我们要重新配置Administrator账户首先为Administrator账户设置一个强大复杂的密码，然后我们重命名Administrator账户再创建一个没有管理员权限，也就在一定程度上减少了危险。在WINDOWSXP系统中打开控制面板，单击“用户帐户/更改帐户”，弹出“用户帐户”窗口，再点“禁用来宾账户”即可。防火墙概述

6.1 防火墙定义

在计算机网络中，防火墙是指一种将内部网和公众访问网分开的方法，它实际是一种隔离技术，它允许“可以访问”的人和数据进入网络，同时将“不允许访问”的人和数据拒之门外，最大限度地阻止网络中的黑客来访问网络，如果不通过防火墙，人们就无法访问Internet，也无法和其它人进行通信，它具有较强的抗攻击能力，提供信息安全服务，实现网络和信息安全的基础设施。6.2 防火墙的功能

防火墙的访问控制功能；访问控制功能是防火墙设备的最基本功能，其作用就是对经过防火墙的所有通信进行连通或阻断的安全控制，以实现连接到防火墙上的各个网段 郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文 的边界安全性，为实施访问控制功能，可以根据网络地址、网络协议以及TCP UDP端口进行过滤；可以实施简单的内容过滤，如电子邮件附件的文件类型等可以将IP与MAC地址绑定以防止盗用IP的现象发生，可以对上网时间段进行控制，不同时段执行不同的安全策略。防火墙的访问控制采用两种基本策略，即“黑名单”策略和“白名单”策略，指除了规则允许的访问，其他都是禁止的。支持一定的安全策略，过滤掉不安全服务和非法用户。利用网络地址转换技术将有限的IP地址动态或静态地址与内部的IP地址对应起来，用来缓解地址空间短缺的问题。可以连接到一个单独的网络上，在物理上与内部网络隔开并部署WWW服务器和FTP服务器，作为向外部外发布内部信息的地点。防火墙支持基于用户身份的网络访问控制，不仅具有内置的用户管理及认证接口，同时也支持用户进行外部身份认证。防火墙可以根据用户认证的情况动态地调整安全策略实现用户对网络的授权访问。6.3 防火墙技术

按照实现技术分类防火墙的基本类型有：包过滤型、代理服务型和状态包过滤型。包过滤技术；包过滤通常安装在路由器上，并且大多数商用路由器都提供了包过滤的功能。包过滤是一种安全筛选机制，它控制哪些数据包可以进出网络而哪些数据包应被网络所拒绝。包过滤是一种通用有效的安全手段。它在网络层和传输层起作用。它根据分组包的源宿地址端口号及协议类型，来确定是否允许分组包通过。包过滤的优点是它对于用户来说是透明的，处理速度快且易于维护，通常作为第一道防线。

代理服务技术；代理服务系统一般安装并运行在双宿主机上，使外部网络无法了解内部网络的拓扑，比包过滤防火墙安全，由于安全性比较高，所以是使用较多的防火墙技术。代理服务软件运行在一台主机上构成代理服务器，负责截客户的请求。根据安全规则判断这个请求是否允许，如果允许才能传给真正的防火墙。代理系统是客户机和真实服务器之间的中介，完全控制客户机和真实服务器之间的流量并对流量情况加以记录，它具有灵活性和安全性，但可能影响网络的性能对用户透明，且对每一个服务器都要设计一个代理模块，建立对应的网关层实现起来比较复杂。

代理服务技术的优点：1.提供的安全级别高于包过滤型防火墙。2.代理服务型防火墙可以配置成惟一的可被外部看见的主机，以保护内部主机免受外部攻击。3.可能强制执行用户认证。4.代理工作在客户机和真实服务器之间，完全控制会话，所以能提供较详细的审计日志。郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文

状态检测技术；状态检测防火墙在网络层由一个检测模块截获数据包，并抽取与应用层状态有关的信息，并以此作为依据决定对该连接是接受还是拒绝。检测模块维护一个动态的状态信息表，并对后续的数据包进行检查。一旦发现任何连接的参数有意外的变化该连接就被中止。这种技术提供了高度安全的解决方案，同时也具有较好的适应性和可扩展性。状态检测防火墙克服了包过滤防火墙和应用代理服务器的局限性不要求每个被访问的应用都有代理，状态检测模块能够理解各种协议和应用以支持各种最新的应用服务。状态检测模块截获分析并处理所有试图通过防火墙的数据包，保证网络的高度安全和数据完整网络和各种应用的通信状态动态存储更新到动态状态表中，结合预定义好的规则实现安全策略，状态检测不仅仅对网络层检测而对OSI七层模型的所有层进行检测，它与前面两种防火墙技术不同，当用户访问请求到达网关的操作系统前，状态监器要抽取有关数据进行分析，结合网络配置和安全规定做出接纳拒绝，身份认证，报警或给该通信加密等处理动作。状态检测技术的特点：安全性、高效性、可伸缩性和易扩展性。

6.4 防火墙系统的优点

可以对网络安全进行集中控制和管理；防火墙将受信任的专用网与不受信任的公用网隔离开来，将承担风险的范围从整个内部网络缩小到组成防火墙系统的一台或几台主机上在结构上形成了一个控制中心，大大加强了网络安全性，并且简化了网络管理。由于防火墙在结构上的特殊位置，使其方便地提供了监视管理与审计网络的使用及预警。为解决IP的地址危机提供了可行方案。由于Internet的日益发展及其IP地址空间的有限，使用户无法获得足够的注册IP地址，防火墙系统则正处于设置网络地址转换NAT的最佳位置，NAT有助于缓和IP地址空间的不足，并使得一个结构改变Internet服务提供商时而不必重新编址。防火墙系统可以作为Internet信息服务器的安装地点，对外发布信息。

6.5 防火墙系统的局限性

防火墙系统存在着如下局限性：常常需要有特殊的较为封闭的网络拓扑结构来支持，对网络安全功能的加强往往以网络服务的灵活性、多样性和开放性为代价。防火墙系统的防范对象来自外部对内部网络攻击，而不能防范不经由防火墙的攻击。比如通过SLIP或PPP的拨号攻击，绕过了防火墙系统而直接拨号进入内部网络，防火墙对这样的 7 郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文

攻击很难防范。防火墙在技术原理上对来自内部网络系统的安全威胁不具备防范作用。比如不能防范内奸或由用户造成的危害。结论

网络的迅速发展，给我们的工作和生活带来了巨大的改变。在网络日益复杂化，多样化的今天，安全受到人们越来越多的关注。如何保护各类网络和信息的安全，成为人们研究的焦点，其中防火墙是运用非常广泛和效果最好的选择。但是，防火墙技术也有它的不足之处，为了更好的维护网络安全，还需要其他的技术相结合，以及更先进的技术的发现。郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文

参考文献

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致 谢

首先，我要特别感谢***老师对我的悉心指导，在本文完成期间他帮助我收集文献资料，理清设计思路，指导方法。**老师渊博的知识、严谨的学风、诲人不倦的态度和学术上精益求精的精神使我有了进一步的提高。

另外，要感谢母校****学院所有老师与同学两年来对我的关心与支持。最后，我要向我的父母致以最崇高的敬意，没有你们无私的支持，就没有我今天的成绩。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

第五篇：流式细胞仪分析技术及应用(课件)

流式细胞仪分析技术及应用-------温医细胞生物学技术

流式细胞仪分析技术及应用

第一节 概述

第二节 数据的显示与分析

第三节 流式细胞仪技术要求

一、工作原理

一、参数

一、免疫检测样品制备

二、散射光的测定

二、数据显示方式

二、免疫分析中常用的荧光染料与标记染色

三、荧光测量

三、设门分析技术

三、免疫胶乳颗粒的应用

四、细胞分选原理

四、流式细胞技术的质量控制

第四节 流式细胞仪技术的要求

第五节、流式细胞仪的科研应用

第六节

流式细胞术在临床检测中的主要应用  流式细胞术(flow cytometry, FCM)亦称荧光激活细胞分选器(fluorescence-activated cell sorting, FACS):是一种集激光技术、电子物理技术、光电测量技术、电子计算机以及细胞荧光化学技术、单克隆抗体技术为一体的新型高科技仪器。/是对于处在快速直线流动状态中的细胞或生物颗粒进行多参数、快速的定量分析和分选的技术。/广泛应用于基础研究和临床实践各个方面，包括细胞生物学、肿瘤学、血液学、免疫学、药理学、遗传学及临床检验学等。

 流式细胞术发展史

1930年Caspersson和Thorell开始致力于细胞计数的研究

1934年Moldaven最早设想细胞检测自动化，用光电仪记录流过一根毛细管的细胞 1940年Coons提出结合荧光素的抗体去标记细胞内的特定蛋白 1949年Wallace Coulter申请了在悬液中计数粒子的方法的专利 1950年Caspersson用显微UV-VIS检测细胞

1953年Croslannd-Taylor应用分层鞘流原理，成功设计红细胞光学自动计数器 1969年Van Dilla及其同事在Los Alamos, NM发明第一台荧光检测细胞计 1972年Herzenberg研制出细胞分选器

1975年Kohler等提出单克隆抗体技术，为细胞研究提供大量的特异免疫试剂

目前国内主要流式细胞仪厂家：Beckton Dickinson(BD)公司；BACKMAN COULTER公司

 流式细胞术的特点：最大的特点是能在保持细胞及细胞器或微粒的结构及功能不被破坏的状态下，通过荧光探针的协助，从分子水平上获取多种信号对细胞进行定量分析或纯化分选。细胞不被破坏，测量快速、大量、准确、灵敏、定量

主要特点 ：1.单个细胞水平分析；2.多参数分析（同时多种荧光素标记）水平分析；3.灵敏度高；4.可分析大量细胞；5.速度快： 5000-10000个细胞/秒；6.统计学意义：提供细胞群体的均值和分布情况；7.分选感兴趣的细胞：血细胞、骨髓、组织培养细胞等。

第一节 概述

流式细胞仪是测量染色细胞标记物荧光强度的细胞分析仪，是在单个细胞分析和分选基础上发展起来的对细胞的物理或化学性质（如大小、内部结构、DNA、RNA、蛋白质、抗原等）进行快速测量并可分类收集的高技术。分为三大类：(1)类为台式机（临床型）：仪器的光路调节系统固定，自动化程度高，操作简便，易学易掌握。(2)类为大型机（科研型）特点：分辨率高，可快速将所感兴趣的细胞分选出来，并可以将单个细胞或指定个数的细胞分选到特定的培养孔或培养板上，同时可选配多种波长和类型的激光器，适于更广泛更灵活的科学研究应用。(3)类为新型流式细胞仪：15 个参数同时分析。高速分选速度达到50,000 个/秒，并可进行遥控分选，能够满足多种科学研究的要求。流式细胞仪常检测的细胞特性 细胞组成 细胞功能

一、工作原理 大小

细胞表面/胞浆/核--特异性抗原

①采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发 粒度

细胞活性

效率；②利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，DNA, RNA含量

胞内细胞因子

保证检测的灵敏度和特异性；③用计算机系统对流动的单细 蛋白质含量

激素结合位点

胞悬液中单个细胞的多个参数信号进行数据处理分析，保证 钙离子, PH值, 膜电位 酶活性

了检测速度与统计分析精确性。概括为三个系统结构：（1）液流系统：由样本和鞘液组成。鞘液（PBS或生理盐水）：主要作用是包裹样本流的周围，样品流在鞘液的环包下形成流体力学聚焦，包裹的细胞排列成单行，以每秒5000个-10000个细胞，每秒10米速度流动室喷出，保证每个细胞通过激光照射区的时间相等，从而得到准确的细胞荧光信息。鞘液在整个系统运行中流速是不变的。改变样本的进样速率开关，可提高采样分析的速度。

（2）光学系统：大多采用氩离子气体激光器。每个细胞所携带荧光物质被激发出的荧光信号强弱，与被照射 流式细胞仪分析技术及应用-------温医细胞生物学技术 的时间和激发光的强度有关，因此细胞必须达到足够的光照强度。激光光束在达到流动室前，先经过透镜形成光斑，这种椭圆形光斑激光能量分布属正态分布，为保证样品中细胞受到的光照强度一致。激光光束与细胞液流呈90°角方向照射，细胞产生散射光和荧光。

主要光学原件是滤光片，主要分成3 类：

1、长通滤片：（LP）：LP500滤片允许500μm 以上光通过，而500μm 以下光吸收或返回。

2、短通滤片（SP）：与长通滤片相反，如SP500 滤片允许500μm 以下光通过，500μm 以上光吸收或返回。

3、带通滤片（BP）：带通滤片可允许相当窄的一波长范围内光通过，一般滤片上有两个数，一个为允许通过波长的中心值，另一为允许通过光的波段范围。如BP500 表示其允许通过波长范围为75μm-525μm。

（3）数据处理系统

流式细胞仪与显微镜的区别

区别

流式细胞仪

显微镜

光源

激光

自然光、灯光 对象

细胞、生物粒子

细胞、组织等 承载工具 鞘液及流动室

载玻片 检测信号 光学信号

形态及染色 放大方式 PMT、放大电路 目镜×物镜、光学放大 统计

计算机，>5000 人工，200 结果

多参数，综合分析 简单，单参数

二、散射光的测定

散射光信号不依赖任何样品的制备技术（如染色），因此称为细胞的物理参数。（波长与激光相同。）主要分为: ①前向散射光（0°散射）FSC：激光束照射细胞时，光以相对轴较小角度(0.5°～10°)向前方散射的讯号用于检测细胞等粒子的表面属性，信号强弱与细胞体积大小成正比。

②侧向散射光（90°散射）SSC：激光束照射细胞时，光以90°角散射的讯号，用于检测细胞内精细结构和颗粒属性，即细胞膜、胞质、核膜结构性质。

目前采用FSC（表示细胞大小）SSC（表示细胞内颗粒的复杂程度）这两个参数组合，检测FSC与SSC信号通过计算机处理，可得到FSC-SSC图，可区分裂解红细胞处理后外周血白细胞中淋巴细胞、单核细胞和中性粒细胞三个细胞群体，或在未进行裂解红细胞处理的全血样品中找出血小板和红细胞等细胞群体。

三、荧光信号（FL）测量

当激光光束与细胞正交时，一般产生两种荧光信号：

①一种是细胞自发荧光：细胞自身在激光照射下，发出微弱荧光信号；

②另一种是经过特异荧光素标记细胞后，受激发照射得到的荧光信号，由于 90o 方向的散射光信号较弱，容易分离出荧光信号，因此此方向上放置必要的光学元件（滤光片、双色分光镜等），可以获取荧光信号。

通过收集两种以上不同波长的荧光信号FL1、FL2进行检测和定量分析，就能了解所研究细胞参数的存在与定量，反映生物颗粒表面和内部的各种情况。

常配置的激光器波长为488nm。

633nm激光管常用染料有APC、APC-Cy

荧光信号的宽度（如FL2-W）常用来区分双联体细胞，由于DNA 样本极易聚集，当两个G1 期细胞粘连在一起时，其测量到的DNA 荧光信号（FL2-A）与G2M 期细胞相等，这样得到的测量数据G2M 期细胞比率会增高，影响测量准确性。通过设”门”（gate）方法，将双联体细胞排除。其原理是双联体细胞所得到的荧光宽度信号（FL2-W）要比单个G2M 细胞大，因此设”门”后才能得到真正的DNA 含量分布曲线和细胞周期。不过通过荧光强度的高度峰和面积峰也可做同样分析。

四、细胞分选原理（图示见上）

通过流式细胞仪进行细胞分选主要是在对具有某种特征的细胞需进一步培养和研究时进行的。快速精度分选纯度90%-99%，且细胞活性不受影响。

1、细胞分选时，液流在驱动力作用下断成高度均一的液滴。在喷嘴下几毫米处，液滴从液流断开。

2、从颗粒被检测到液滴断开的时间由Accudrop技术直接计算。

3、符合分选条件的颗粒一旦被检测到，包含该颗粒的液滴断开时，液滴被充电。断开后的液滴仍然带电，带电的液 流式细胞仪分析技术及应用-------温医细胞生物学技术

滴通过被充电的偏转板。受到静电吸引或排斥，带电液滴将向左或右偏转。未带电的液滴不偏转而流入废液槽。检测指标：阳性百分率、绝对计数、平均荧光强度

（二）FCM 分选指标

分选速度：单位时间内分选的细胞数量。与悬液中细胞的含量成正比。一般要求分选速度至少达5 000个／秒左右，以保证被分选细胞的生物学活性不受影响。

分选纯度：被分选出的细胞所占的百分比，分选纯度与仪器的精密度直接相关，与实验设计的选择密切相关，可达到99%。

分选收获率：实际收获的分选细胞与设定通过测量点的分选细胞之间的比率。与纯度成反比。

分选得率：从一群体细胞悬液中分辨出目的细胞的总量，再经分选后得到目的细胞的实际得率。与分选速度成反比。第二节 数据的显示与分析

常用数据显示方式：单参数直方图、双参数散点图、二维等高图、假三维等高图、三参数散点图、设门分析技术

目前FCM 数据存贮的方式：采用列表排队方式。目前FCM 所采用的都是多参数指标，荧光参数标记物如是4 个，采用list mode 方式可大量地节约内存和磁盘容量。当一个细胞被测4 个参数，那么获取10000 个细胞，所占容量为4×10000 个（字或双字）。同时当只检测1 个参数时（如DNA），可灵活的关闭其它3 个参数，节省3/4 的空间数据的显示通常有一维直方图、二维点图、等高线图、密度图等几种。

一、参数

FSC：反映颗粒的大小。SSC：反映颗粒的内部结构复杂程度。FL：反映颗粒被染上的荧光数量多少。

二、数据显示方式

（一）单参数直方图---------由一维参数(散射光或荧光)与颗粒计数(COUNT)构成，反映同样散射光或荧光强度的颗粒数量的多少。横坐标表示荧光信号或散射光信号相对强度（FSC、SSC、FL1、FL2）四个参数的任何一个值。其单位是信道，横坐标可以是线性的，也可以是对数的，纵坐标一般是细胞数。

（二）双参数直方图---------双参数直方图：纵轴和横轴分别代表被测量细胞的两个测量参数，根据这两个参数就可以确定细胞在图上的表达位置。双参数信号通常采用对数信号，最常用的是点密图，在图中，每个点代表一个细胞，点图利用颗粒密度反映同样散射光或荧光强度的颗粒数量的多少。常用的表达方法有二维点图,等高线图,二维密度图。在二维图中，任选FSC、SSC、FL1、FL2 中二个参数作为X 轴、Y轴，在二维图上每个点代表一个细胞，可以区分细胞性质不同的群体；X 坐标为该细胞一参数的相对含量，而Y 坐标为该细胞另一参数的含量。在双参数图形中可以将各细胞亚群区分开，同时可获得细胞相关的重要信息。

（三）二维等高图---------由类似地图上的等高线组成，其本质也是双参数直方图。等高图上每一条连续曲线上具有相同的细胞相对或绝对数，即“等高”。曲线层次越高(越里面的线)所代表的细胞数愈多。等高线越密集则表示细胞数变化率越大。

（四）三参数直方图---------在三维图中，任选FSC、SSC、FL1、FL2 中二个参数作为X 轴、Y轴，Z轴为细胞数，构成三维图。

（五）流式细胞仪的多参数分析---------多参数分析：当细胞标记了多色荧光，被激发光激发后，得到的荧光信号和散射光信号可根据需要进行组合分析。

三、设门分析技术

Gate设置：指在某一张选定参数的直方图上，根据该图的细胞群分布选定其中想要分析的特定细胞群，并要求该样本所有其他参数组合的直方图只体现这群细胞的分布情况。

FCM的分辨率：分辨率是衡量FCM测量精度的指标，通常用变异系数CV表示。一般要求CV<8，最好CV<3。第四节 流式细胞仪技术的要求

一、免疫检测样品制备

细胞样品制备要求：

1、单细胞悬液；

2、细胞最适密度0.5×106-1.5×106个/ml；

3、荧光染色后尽量洗净细胞外多余染料，减少荧光本底；

4、双染色时尽量选择发射光谱不接近的荧光色素，产生易区别的两种荧光颜色；

5、如果细胞分选后继续培养，细胞样品制备和上机应该无菌操作。外周血淋巴细胞样品的制备：分离单个核细胞

培养细胞的样品制备：蛋白酶消化-----机械吹打-----使贴壁细胞脱落-----洗涤-----尼龙网过滤 新鲜实体组织单细胞悬液的三种制备：

单细胞悬液的保存： 流式细胞仪分析技术及应用-------温医细胞生物学技术

机械法（金属网引起细胞破碎）

深低温保存法（一年）酶处理法（选择最适宜消化酶）

乙醇或甲醇保存法（2周）化学试剂处理法（导致细胞成活率降低）

甲醛或多聚甲醛保存法（2月）表面活性剂处理法 注意事项：

1、新鲜组织标本应及时进行处理保存；

2、根据实验目的选择最隹的固定方法；

3、酶学法要注意条件的选择和影响因素，要注意酶的溶剂，消化时间、pH 值、浓度等方面对酶消化法的影响。

4、需注意不同组织，选择相应的方法；如富于细胞的组织——淋巴肉瘤、视神经母细胞瘤、脑瘤、未分化瘤、髓样癌以及一些软组织肉瘤等，不一定采用酶学法或化学法；往往用单纯的机械法就可以获得大量高质量的单分散细胞；

5、在使用酶学方法时，要重视酶的选用，如含有大量结缔组织的肿瘤——食管癌、乳腺癌、皮肤癌等，选用胶原酶较好。

二、常用的荧光染料与标记染色 适用条件: ①有较高的量子产额和消光系数；②荧光强度与光量子产额之间的关系由下式表示：F=Q(I-eεCL)F 表示荧光强度，Q 表示光量子产额，I 表示激发光强度，￡表示消化系数，C 表示染液浓度，L 表示溶液厚度。③对488nm的激发光波长有较强的吸收；④发射光波长与激发光波长间有较大的波长差；⑤易与标记单抗结合而不影响抗体的特异性 荧光素发射荧光的基本原理：荧光素受到一定波度（激发波长）的激光激发后，其原子核外的电子由于吸收了激光的能量，由原本运动处于基础态轨道跃迁到激发态轨道上运动，然后当电子由激发态重新回到基础态时，释放出能量并发射出一定波长（发射波长）的荧光。

1、要选择正确的激光器：不同荧光素用不同的激发光波长的激发光来激发：

FITC 和PE 等的激发波长均为488nm，用产生可见光的氩离子激光器；APC 和PC5 等的激发波长在红光范围，需使用发射630nm 波长红光的氦-氖激光器。

2、各种荧光素的发射波长也十分重要，据此可以确定其检测所需光电倍增管性质； 如FITC，被激光激发后发射绿光，检测时要使用第一光电倍增管（即PMT1）；PE 则发射橙色光，需用第二光电倍增管（即PMT2）；PC5 和PerCP 等，发射的是深红色光，这时需选择第三甚至第四光电倍增管（即PMT3 或PMT4）,等等

常用的几类荧光染料

（二）免疫荧光标记

名称染料激发发射光溶解性对PH敏感特点荧光染料与细胞成分的四种结合方波长或荧光性式

结构亲和式

颜色

嵌入结合 共价键结合 异硫氰酸荧FITC488绿 易敏感易溶于水，与抗体结光素合不影响特异性52

5荧光标记抗体特异性结合 得州红Texas 568红 不易不敏感稳定，偶联后量子产免疫荧光标记方法

red额低615直标：干扰少,但需购买多种单抗

藻红蛋白PE488橙间标：步骤多,干扰多,不需标记多种575抗体

易不敏感具较多发光基团，消藻青蛋白PC488红组合标记

光系数和量子产额高

别藻青蛋白APC633红 670 能量传递复PEcy5488红易不敏感减少交叉，成本高 合染料670

三、免疫胶乳颗粒技术的应用-----液相芯片技术

是把微小的乳胶微球分别染成上百种不同的荧光色，把针对不同检测物的乳胶微球混合后再加入待标本，在悬液中与微粒进行特异性地结合，经激光照射后不同待测特产生不同颜色，并可进行定量分析。因检测速度极快，所以又有“液相芯片”之称。流式细胞仪分析技术及应用-------温医细胞生物学技术

四、流式细胞技术的质量控制

（一）单细胞悬液制备的质控

（二）免疫荧光染色的质控 适当的制备方式（不同标本来源外周血、骨髓、培养细胞等）

温度 试剂选择

pH 样品处理（蛋白质浓度、缓冲液、细胞条件、活性、自发荧光等）

染料浓度 实体组织来源标本用机械法

固定剂 温度25~37℃，pH7.0~7.2

（三）仪器操作的质控

光路与流路校正: 确保激光光路与样品流处于正交状态，减少变异（CV）。PMT（光电倍增管）校准: 保证样品检测时仪器处于最佳灵敏度工作状态。绝对计数校准: 保证计数的准确性。

（四）免疫检测的质控

同型对照：即免疫荧光标记中的阴性对照，选用相同源性的未标记单抗作为对照调整和设置电压，以保证特异性。全程质量控制：与待测标本一起标记和检测，结果达靶值，提示本次实验结果可靠。第五节、流式细胞仪的科研应用

1、细胞表型分析

2、胞内蛋白的检测

3、细胞周期和DNA倍体分析

4、流式标准小球定量

5、分选

6、细胞内钙离子测量

第六节、流式细胞术的临床应用

1、细胞周期和DNA含量分析

2、细胞凋亡的检测和分析

3、血小板及血小板活化的FCM 分析

4、造血干细胞（CD34+细胞）的检测

5、白血病和淋巴瘤免疫分型

6、网织红细胞分析

7、残余白血病检测

8、淋巴细胞亚群分析

9、肿瘤耐药基因分析

10、AIDS病检测中的应用

11、自身免疫病相关HLA抗原分析

12、移植免疫中的应用

1、DNA 含量分析检测原理：DNA 含量常和某种细胞周期相关蛋白同时检测，来分析细胞处于某一特定周期阶段。恶变肿瘤细胞一般多出现异倍体，有很多研究证明DNA 含量分析对人肿瘤的诊断预后有很高的价值。荧光染料和细胞 DNA 分子特异性结合具有一定的量效关系： ① DNA 含量多少与荧光染料的结合成正比；

② 荧光强度与DNA 分子结合荧光素多少成正比；

③ 荧光脉冲与直方图的通道值成正比。因此，FCM-DNA 定量分析1 个细胞增殖群时，可将二倍体DNA 含量分布组方图分为三部分：

即G0/

1、S、G2M ；G0/1和G2M 细胞峰的DNA 分布均为正态分布，S 期可以认为是一个加宽的正态分布。在癌组织DNA 直方图上，异倍体峰前总可以见到1 个或大或小的二倍体峰位的G0/1 细胞峰。另外，显微图象分析仪做异倍体检测时，都采用组织中淋巴细胞做对照。

在同一个肿瘤的不同区域、或原发肿瘤和继发、或转移灶、或随肿瘤病程发展、或经治疗的肿瘤灶，其DNA 倍性可能有所变化，这种倍体类型的差异，称为DNA 倍体异质性。DNA分析的临床意义

DNA分析诊断肿瘤：----DNA非整倍体细胞峰-----突出的四倍体细胞峰

DNA倍体分析：结合临床病理的形态学诊断，对一些恶性肿瘤进行早期诊断，跟踪随访和早期治疗，大大提高一些肿瘤的治愈率和生存率。尤其对一些细胞抽吸物、体液、组织液的脱落细胞的分析，意义尤为重要。增殖状态分析：反映了肿瘤的生长速度和侵袭性 FCM在肿瘤早期诊断和鉴别诊断中的作用

DNA非整倍体的出现可能是癌前病变发生早期癌变的一个重要标志 在病理形态学不能做出诊断前可提供确切诊断信息 DNA非整倍体的交界瘤应按恶性对待

形态学表现良性的肿瘤出现非整倍体提示恶变可能 DNA指数可作为判断间叶组织肿瘤良恶性的辅助指标 细胞凋亡------（1）、早期细胞凋亡的流式细胞术检测：半胱氨酸蛋白酶3（caspases-3）

-------（2）晚期细胞凋亡的流式细胞术检测：DNA 含量分析法：目前检测凋亡细胞DNA 断裂的方法中，最常用、最简便的就是DNA 含量分析；DNA 直方图上显示在G0/1 峰前出现一个DNA 含量减少的亚二倍体或称亚G0/1 峰，又称凋亡细胞峰