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计算机以及网络安全|防火墙硬件设计选型

防火墙

网络设备最经常用到的，也是最重要的一个安全设备就是防火墙了。作为一款IT设备，无非两种选择方式。一种是购买品牌防火墙成品，另一种是自己DIY防火墙。两种方式各有自己的优劣，购买品牌防火墙最大的问题莫过于是投入较多的资金，却可以得到更多的后期维护。而自己 DIY防火墙的最大弊端就在于需要一个专业的人员来定制，还要投入更多的精力做后期的维护。
作为一个热血IT青年，自己DIY一个防火墙设备，不仅仅能够带来投入的节省，最重要的是你可以在这个过程中，得到许多一个电话CALL来的售后服务那里，所学到的到东西要多得多。DIY一个防火墙设备，最最重要的是要认清硬件架构和软件架构的特点，以及最适合于那种搭配。
基于通用CPU的X86架构的安全网关，一般采用Intel或AMD公司的芯片，X86在架构系统时还需要北桥和南桥芯片，采用该种硬件架构，软硬件配套资源比较多，便于快速推出产品，企业投资少，最初的防火墙大都是基于X86架构。X86架构采用通用CPU和PCI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的主要平台。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，增加或减少功能模块，产品比较灵活，功能十分丰富。
但其性能发展却受到体系结构的制约，作为通用的计算平台，x86的结构层次较多，不易优化，且往往会受到PCI总线的带宽限制。虽然PCI总线接口理论上能达到接近2Gbps的吞吐量，但是通用CPU的处理能力有限，尽管防火墙软件部分可以尽可能地优化，很难达到千兆速率。同时很多X86架构的防火墙是基于定制的通用操作系统，安全性很大程度上取决于通用操作系统自身的安全性，可能会存在安全漏洞。
从总线速度来看，基于32位PCI总线的X86平台，也就是我们所说的基于传统X86架构的防火墙，做为百兆防火墙的方案是没有任何问题的。但X86平台的防火墙方案，数据从网卡到CPU之间的传输机制是靠“中断”来实现的，中断机制导致在有大量数据包的需要处理的情况下（如：64 Bytes的小包，以下简称小包），X86平台的防火墙吞吐速率不高，大概在30%左右，并且CPU占用会很高。这是所有基于X86平台的防火墙所共同存在的问题。因此，基于32位PCI总线的X86平台是不能做为千兆防火墙使用的问题。
X86平台的防火墙其最大的缺点就是小包通速率低，只有30%－40%，造成这个问题的主要原因是因为X86平台的中断机制以及X86平台的防火墙所有数据都要经过主CPU处理。早期的千兆防火墙仅仅是将百兆接口替换为千兆接口而已。这种基于X86体系结构的千兆防火墙主体仍然是软件，其性能受到很大制约，无法达到千兆的处理速度。因此，这些防火墙只是具有千兆接入能力的防火墙，而不是真正具有千兆处理能力的防火墙因此可以说是一种“换汤不换药”的形式改变。
Intel提出了解决方案，可以把32位的PCI总线升级到PCI-E总线，即：PCI-Express，这样，PCI-E 4X的总线的速度就可以达到 2000MB Bytes/S，即：16Gbits/S，并且PCI-E各个PCI设备之间互相独立不共享总线带宽，每个基于PCI-E的网口可以使用的带宽为：2000MB Bytes/S，即：16Gbits/S，所以基于PCI-E 4X的X86从系统带宽上来说，做为千兆防火墙是没有任何问题的。但是，基于PCI-E的防火墙数据从网卡到CPU之间传输同样使用“中断”机制来传输数据，所以小包（64 Bytes）的通过率仍然为：30-40%，基于x86的防火墙，其最高性能只能达到2Gbps！同时CPU和外围芯片组发热比较大，产品寿命和稳定性难以保证。
如果你选择的硬件是x86架构的，我建议只有一个系统合适你，就是freebsd，要么自己定制防火墙，要么选择m0llowakk或者pfsense！为什么不是linux？很简单，当遇到大量小包攻击的时候（syn)，freebsd的扛压能力大大超过linux，最极端的时候可以开启网卡polling模式，可以有效地降低cpu中断负载，不至于你的cpu0 100%占用！而且，特别是pfsense选用了openbsd的pf防火墙，支持syn三次握手代理，地址池，自动黑名单等等有用的功能，而且很小巧稳定，性能只是比linux 差一点，不过完全够用！可以直接配置一台不带硬盘，只有cpu,内存，内存卡的小盒子系统，省电，稳定，完全！而且可以通过ipfw-classic实现和iptable layer-7一样的应用层过滤，反正大家都是山寨人家clearos公司的！还有商业的panbit,流控大师也是选用freebsd的，不过可惜啊，特征码给加密了。
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对付高流量小包 选用嵌入式linux 相比之下，ASIC 防火墙 通过专门设计的ASIC芯片逻辑进行硬件加速处理。ASIC通过把指令或计算逻辑固化到芯片中，获得了很高的处理能力，因而明显提升了防火墙的性能。新一代的高可编程ASIC采用了更灵活的设计，能够通过软件改变应用逻辑，具有更广泛的适应能力。但是，ASIC的缺点也同样明显，它的灵活性和扩展性不够，开发费用高，开发周期太长，一般耗时接近2年。 虽然研发成本较高，灵活性受限制、无法支持太多的功能，但其性能具有先天的优势，非常适合应用于模式简单、对吞吐量和时延指标要求较高的电信级大流量的处理。ASIC芯片集网络包处理和内容处理为一身，芯片首先完成流重组，然后直接在网络层匹配规则，并执行动作处理安全事件，需要进一步分析的才送CPU。网络中90%以上的数据在ASIC芯片中直接完成处理。
基于ASIC架构的防火墙从架构上改进了中断机制，数据从网卡收到以后，不经过主CPU处理，而是经过集成在系统中的一些芯片直接处理，由这些芯片来完成传统防火墙的功能，如：路由、NAT、防火墙规则匹配等。这样数据不经过主CPU处理，不使用中断机制。但随之而来的问题是，ASIC架构的防火墙是芯片一级的，所有的防火墙动作由芯片来处理。这些芯片的功能比较单一，要升级维护的开发周期比较长。
几年前，以Intel为代表的国际芯片厂商推出了具有革命性意义的网络处理器(NP)，业界观察家也曾十分看好并极力称颂，NP将引发不可预期的网络革命。然而，NP并没有如观察家所期待的那样结出硕果，各NP厂商的NP业务基本都处于亏损状态。 从2002年开始NP开始在网络安全领域应用，2003年IBM就把NP业务卖给了Hifn，2006年6月27日，Intel正式宣布把NP业务卖给Marvell。
网络处理器比较典型的产品有Marvell（Intel）公司的IXP1200系列、IXP2400系列和IXP2800系列和Freescale(motorola)公司的C-5、Cisco公司的Toaster 2、Hifn（IBM）的NP3G4S等。
NP架构实现的原理和ASIC类似，但升级、维护远远好于ASIC 架构。NP架构在的每一个网口上都有一个网络处理器，即：NPE，用来处理来自网口的数据。每个网络处理器上所运行的程序使用微码编程，其软件实现的难度比较大，开发周期比ASIC短，但比X86长。
最早提出网络处理器开发的时间是1997年，正式的商用芯片于2000年面世。Intel、IBM、Motorola、MMC Networks、Ezchip、Lucent、Vitesse（Sitera）等厂商参与了网络处理器的早期研究。这一阶段仅仅是研究阶段，而真正将网络处理器投入商业应用的厂商是中国的华为，2000年华为开始开发基于网络处理器的核心路由器，并率先推出了基于NP的NE80/NE40系列核心路由器产品。
当你的防火墙要对付高流量，小包攻击ddos。请选用嵌入式,arm,NP,mips构架防火墙硬件，操作系统就直接选择linux正营吧，其代表就是起源于ciso/syslink系统的opoenwrt或者dd-wrt,tomato（国人的支持多wan口叠加其实就是策略路由），为什么不选择freebsd-因为freebsd不支持硬件，为什么不选择netbsd/openbsd,因为性能低下，很多无线，新硬件，网卡不支持！而且防火墙不开放什么服务器软件，不需要太高的防渗透入侵，强制访问安全等等。这其中我建议选择openwrt吧，免费、可定制非常高，就和一台linux机器一样的配置！dd-wrt收费！tomato也是根据openwrt来的，作者配置好了策略路由支持双、四wan！至于route,ros也是国人改的linux系统，收费，功能繁琐，网吧可以考虑下！
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一看构架二看小包转发三看价格 功能选择
现在很多防火墙默认都很强大，,web界面控制，7层过滤，ids/ips,甚至还把防火墙放到交换机中，路由器中 组成了什么7层交换机啊 ，四层交换机，7层四层路由器等等，当然他们也不是简单的利用bsd/linux装交换机软件，路由软件，或者防火墙，是进行了二次开发的，可以有效地加速交换，路由性能，但是如果我们是Diy的防火墙需要那么多功能吗？
一个原则，功能影响性能，也同样影响安全！反过来也是功能影响安全，影响性能！其实我们要根据自己的情况来开启功能：
1，关闭web控制，既然是定制，肯定都是高手了，全屏幕console操作，手写防火墙，路由规则，要哪个web干嘛！影响性能安全！
2，关闭远程登录访问入口，直接本地登录防火墙diy机器，进行控制，什么ssh,telent就算了吧保持防火墙就干三件事，就是转发过滤流控！！就用基本的系统定制内核，配置策略路由，防火墙转发过滤，或者使用layer7过滤（不过要自己定制7层过滤特征码，免费的都很过时了，使用分析包软件分析，书写正则表达式，不难学，需要耐性和观察力呵呵！
3，至于,ids,ips还是通过过防火墙转发到独立的电脑上进行分析，处理吧，防火墙本身就是拿老硬件定制的，不是什么专业的硬件防火墙，不要运行那么多消耗资源大的程序，
4，当所有的配置都设置好了，就可以学习m0n0wall干脆吧控制台也禁用了吧，谁也别想登陆了！
硬件的购买
1，选择老的硬件，淘汰的电脑，最好找个U盘吧硬盘去掉，最容易出错的东东！
2，到专门的定制防火墙设备的地方，定制盒子机箱，电源的等等，主板最好选择嵌入式开发板，或者nimi型x86板子
3，想支持无线，3G只要购买无线网卡，3G网卡插上就去了只要系统支持10跟天线都可以呵呵
【计算机以及网络安全|防火墙硬件设计选型】4, diy防火墙的成本控制（购买新硬件）看你要达到那款品牌防火墙性能，如果是20万的防火墙性能，你最好准备5000左右吧，一般是1/10-1/100,要看品牌黑不黑了
好了，就说怎么多,就一句话概括，选择防火墙一看构架（影响OS），二看小包转发带宽，三看 价格 ，希望能给大家一点启示

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