فایروال چیست و چگونه کار می کند؟ انواع، کاربرد و مزایا

نحوه کار فایروال ها به نوع آن ها (سخت افزاری یا نرم افزاری) و همچنین نوع تکنولوژی مورد استفاده بستگی دارد. فایروال ها تمام بسته های داده ای که به شبکه وارد یا از آن خارج می شوند را بررسی می کنند. این بسته ها شامل اطلاعاتی مانند آدرس های IP مبدا و مقصد، شماره های پورت و پروتکل های مورد استفاده هستند. این دیواره های آتشین بر اساس مجموعه ای از قوانین و سیاست ها عمل می کنند که می تواند شامل موارد زیر باشد:

اجازه عبور یا مسدود کردن ترافیک از آدرس های IP خاص، کنترل ترافیک بر اساس پروتکل ها (TCP و UDP و ICMP)، محدود کردن ترافیک به پورت های خاص مانند پورت 80 برای HTTP یا پورت 443 برای HTTPS.

پس از بررسی بسته های داده، فایروال (Firewall) تصمیم می گیرد که آیا بسته باید اجازه ورود یا خروج داشته باشد و این تصمیم گیری می تواند بر اساس قوانین تعریف شده انجام شود. در شبکه به بسته هایی که مجاز به ورود یا خروج هستند، اجازه عبور داده می شود در حالی که از ادامه مسیر بسته های غیرمجاز، جلوگیری می شود. این عمل می تواند شامل ثبت وقایع (log) برای تحلیل های بعدی نیز باشد.

فایروال ها معمولاً قابلیت نظارت بر ترافیک و ثبت وقایع را دارند. این اطلاعات می تواند برای شناسایی الگوهای مشکوک، تحلیل تهدیدات و بهبود سیاست های امنیتی استفاده شود. این سیستم نیاز به به روزرسانی و پیکربندی منظم دارند تا بتواند با تهدیدات جدید و تغییرات در شبکه سازگار شود. این شامل افزودن قوانین جدید، تغییر قوانین موجود و به روزرسانی نرم افزار فایروال است.

فایروال در لایه های شبکه

فایروال ها می توانند در لایه های مختلفی از مدل OSI (Open Systems Interconnection) عمل کنند. هر لایه ویژگی ها و عملکرد خاص خود را دارد.

لایه فیزیکی (Physical Layer)

این لایه شامل سخت افزارهای شبکه است که داده ها را به صورت سیگنال های الکتریکی یا رادیویی منتقل می کنند. فایروال های سخت افزاری می توانند در این لایه عمل کنند و ترافیک را در سطح فیزیکی کنترل کنند.

لایه پیوند داده (Data Link Layer)

در این لایه، فایروال هاا ترافیک را بر اساس آدرس های MAC (Media Access Control) فیلتر می کنند. این بخش می توانند به شناسایی و مسدود کردن ترافیک غیرمجاز در شبکه های محلی (LAN) کمک کنند.

لایه شبکه (Network Layer)

در این لایه معمولاً به عنوان فایروال های مبتنی بر بسته (Packet-filtering Firewalls) شناخته می شوند. آن ها ترافیک را بر اساس آدرس های IP مبدا و مقصد، پروتکل هاا (TCP و UDP) و شماره های پورت بررسی می کنند. این نوع فایروال ها به سرعت عمل می کنند و می توانند ترافیک را به صورت ساده و سریع فیلتر کنند اما نمی توانند محتوای بسته ها را تحلیل کنند.

لایه انتقال (Transport Layer)

فایروال های این لایه می توانند وضعیت ارتباطات (Stateful Inspection) را پیگیری کنند. در این بخش می توانند تشخیص دهند که آیا یک بسته بخشی از یک ارتباط معتبر است یا خیر و بر اساس وضعیت ارتباطات فعال، ترافیک را فیلتر کنند.

لایه جلسه (Session Layer)

در این قسمت می توانند ارتباطات را مدیریت و به شناسایی و کنترل جلسات (Sessions) کمک کنند.

لایه ارائه (Presentation Layer)

فایروال های این لایه می توانند داده ها را در سطح فرمت و رمزگذاری بررسی کنند و به شناسایی و مسدود کردن ترافیک رمزگذاری شده یا غیرمجاز کمک کنند.

لایه کاربرد (Application Layer)

در این مرحله، فایروال ها که به عنوان فایروال های برنامه ای شناخته می شوند، می‌ توانند محتوای بسته ها را بررسی و بر اساس نوع برنامه (HTTP ،FTP ،SMTP) تصمیم گیری کنند. این نوع فایروال ها تهدیدات پیچیده تری مانند حملات SQL Injection یا Cross-Site Scripting (XSS) را شناسایی و مسدود می کنند.

هر یک از این لایه ها ویژگی ها و قابلیت های خاص خود را دارند و انتخاب نوع فایروال بستگی به نیازهای امنیتی و ساختار شبکه دارد. فایروال های مدرن معمولاً ترکیبی از این لایه ها را برای ارائه امنیت جامع تر به کار می برند.

انواع فایروال

فایروال های مبتنی بر بسته (Packet-filtering Firewalls)

این فایروال ها هر بسته داده را به صورت جداگانه بررسی می کنند و اطلاعاتی مانند آدرس های IP، شماره‌ های پورت و پروتکل هاا را تحلیل می کنند. بر اساس مجموعه ای از قوانین تعریف شده، ترافیک مجاز یا مسدود می شود و به دلیل سادگی در پردازش، معمولاً سریع عمل می کند و نیازی به تحلیل محتوای بسته ها ندارد.

از مزایای آن می توان به سرعت بالا، پیاده سازی آسان و هزینه پایین اشاره کرد. معایبی همچون عدم تحلیل محتوا، آسیب پذیری در برابر برخی حملات خاص و قابلیت محدود را در خود دارد. به طور کی برای شبکه های کوچک و ساده مناسب هستند اما برای شبکه های بزرگتر نیاز به فایروال های پیشرفته تری وجود دارد.

فایروال های مبتنی بر حالت (Stateful Inspection Firewalls)

این دیواره آتشین، وضعیت ارتباطات فعال را پیگیری می کند و می تواند تشخیص دهد که آیا یک بسته بخشی از یک ارتباط معتبر است یا خیر. همچنین علاوه بر بررسی اطلاعات پایه ای مانند آدرس های IP و شماره های پورت، وضعیت ارتباطات را نیز در نظر می گیرد. امنیت بالا و تصمیم گیری هوشمندانه ویژگی های خاص این فایروال است.

پیچیدگی نسبتا بالا و منابع مورد نیازبیشتر استفاده از آن را کمی مشکل می کند. فایروال‌های مبتنی بر حالت برای شبکه های متوسط و بزرگ مناسب هستند و امنیت بیشتری نسبت به فایروال های مبتنی بر بسته ارائه می دهند.

فایروال های برنامه ای (Application-layer Firewalls)

بررسی محتوای بسته ها وظیفه اصلی این فایروال است. ترافیک را در سطح برنامه بررسی می کنند و می توانند محتوای بسته ها را تحلیل کنند. بر اساس پروتکل های خاص مانند HTTP ،FTP و SMTP ترافیک شبکه را فیلتر می کند.

برخی از مزایای آن می توان به شناسایی تهدیدات پیچیده که قادر به شناسایی و مسدود کردن حملات مانند SQL Injection و XSS است و کنترل دقیق تر اشاره کرد. اما با این وجود عملکرد کند و در تنظیم، پیچیدگی های زیادی دارد. فایروال های برنامه ای برای شبکه هایی که نیاز به امنیت بالا و کنترل دقیق بر ترافیک دارند، بسیار مناسب هستند.

فایروال های نسل بعدی (Next-Generation Firewalls NGFW)

با ترکیب چندین قابلیت از ویژگی های فایروال های مبتنی بر بسته، مبتنی بر حالت و فایروال های برنامه‌ ای می باشد. این فایروال ها می‌توانند ترافیک را در چندین لایه بررسی کنند. از تکنیک های پیشرفته ای مانند شناسایی نفوذ (Intrusion Detection) و جلوگیری از نفوذ (Intrusion Prevention) تهدیدات پیچیده را شناسایی و مسدود می کنند. NGFWها رفتار ترافیک را تحلیل و الگوهای مشکوک را شناسایی می کنند. امنیت جامع، مدیریت مرکزی و پشتیبانی و کنترل دسترسی ویژگی های مثبت این دیواره آتشین هستند.

فایروال های پروکسی (Proxy Firewalls)

فایروال های پروکسی به عنوان واسطه بین کاربران و منابع خارجی عمل می کنند. ترافیک از طریق این فایروال ها عبور می کند و درخواست ها را به سرورهای مقصد ارسال و پاسخ ها را به کاربران برمی گردانند. همچنین محتوای ترافیک را به طور کامل بررسی و بر اساس سیاست های امنیتی، تصمیم گیری می کند. با مخفی کردن آدرس IP واقعی کاربران، امنیت حریم خصوصی را افزایش می دهند. همچنین به دلیل بررسی محتوای ترافیک، می تواند تهدیدات مانند ویروس ها و بدافزارها را شناسایی و مسدود کنند. برخی از فایروال های پروکسی قابلیت کشینگ (Caching) دارند که می تواند سرعت دسترسی به منابع را افزایش و بار ترافیکی را کاهش دهد.

فایروال نرم افزاری

فایروال نرم افزاری یک برنامه امنیتی است که بر روی سیستم عامل دستگاه نصب می شود و ترافیک ورودی و خروجی را کنترل و مدیریت می کند. این فایروال ها می توانند بر اساس مجموعه ای از قوانین، ترافیک شبکه را فیلتر کرده و به کاربران اجازه دهند تا دسترسی برنامه هاا به اینترنت را مدیریت کنند. فایروال های نرم افزاری معمولاً هزینه کمتری دارند و نصب و پیکربندی آن‌ها آسان است اما منابع سیستم را مصرف می کنند و حفاظت آن ها محدود به دستگاهی است که بر روی آن نصب شده‌ است.

فایروال سخت افزاری

یک دستگاه مستقل است که بین شبکه داخلی و اینترنت قرار می گیرد. این فایروال ها معمولاً برای سازمان ها و شبکه های بزرگ طراحی شده اند و می توانند به طور مؤثری از کل شبکه در برابر تهدیدات خارجی محافظت کنند. فایروال های سخت افزاری معمولاً دارای قابلیت های پیشرفته ای مانند شناسایی نفوذ، فیلتر کردن محتوا و مدیریت ترافیک هستند و به دلیل عملکرد مستقل، تأثیر کمتری بر منابع سیستم های متصل دارند.

فایروال شخصی

یک نرم افزار امنیتی است که بر روی دستگاه های فردی مانند کامپیوترها، لپ تاپ ها و دستگاه های موبایل نصب می شود و به منظور کنترل و مدیریت ترافیک ورودی و خروجی شبکه طراحی شده است. این فایروال ها به کاربران اجازه می دهند تا قوانین و سیاست های امنیتی خود را تنظیم و به این ترتیب از دستگاه های خود در برابر تهدیدات اینترنتی مانند ویروس ها، بدافزارها و حملات هکری محافظت کنند. از ویژگی های آن می توان به فیلتر کردن ترافیک، نظارت بر برنامه ها، شناسایی تهدیدات، گزارش دهی و هشدار اشاره کرد.

کاربردهای فایروال

کنترل ترافیک شبکه: فایروال ها با بررسی و فیلتر کردن ترافیک ورودی و خروجی، به کنترل جریان داده‌ در شبکه کمک می کنند. این کنترل می تواند بر اساس قوانین مشخصی انجام شود که شامل آدرس های IP، پروتکل ها و شماره های پورت است.

محافظت در برابر حملات سایبری: به عنوان یک لایه حفاظتی در برابر حملات سایبری عمل می کند و می تواند ترافیک مشکوک را شناسایی و مسدود کنند. این شامل حملات DDoS، ویروس هاا و بدافزارها است که می توانند به شبکه آسیب برسانند.

فیلتر کردن محتوا: این امکان وجود دارد تا محتواهای خاصی را بر اساس نوع پروتکل یا کلمات کلیدی فیلتر کرد. این قابلیت به سازمان ها کمک می کند تا دسترسی به وبسایت ها یا محتوای نامناسب را محدود کنند.

مدیریت دسترسی به برنامه ها: فایروال ها می توانند دسترسی برنامه های مختلف به اینترنت را کنترل کنند. این به کاربران اجازه می دهد تا تصمیم بگیرند که کدام برنامه ها می توانند به شبکه دسترسی داشته باشند و کدام یک باید مسدود شوند.

شناسایی و جلوگیری از نفوذ: فایروال‌ها می‌توانند به شناسایی و جلوگیری از نفوذ (IPS/IDS) کمک کنند. این سیستم ها به طور مداوم ترافیک را بررسی و در صورت شناسایی رفتارهای مشکوک، اقدام به مسدود کردن آن ها می کنند.

گزارش گیری و نظارت بر فعالیت های شبکه: Firewall معمولاً قابلیت ثبت و گزارش دهی از فعالیت های شبکه را دارد. این اطلاعات برای تحلیل رفتار ترافیک، شناسایی تهدیدات و بهبود سیاست های امنیتی استفاده می شود.

حفاظت از حریم خصوصی کاربران: با مخفی کردن آدرس IP واقعی کاربران و کنترل ترافیک، به حفاظت از حریم خصوصی کاربران کمک کنند. این ویژگی به ویژه در هنگام استفاده از اینترنت و در شبکه جهانی اهمیت دارد.

مدیریت پهنای باند: این قابلیت به سازمان ها اجازه می دهد تا از ترافیک غیرضروری جلوگیری و استفاده از منابع را بهینه تر کنند.

پیشگیری از دسترسی غیرمجاز: با مسدود کردن ترافیک غیرمجاز و شناسایی کاربران و دستگاه های مجاز، به پیشگیری از دسترسی غیرمجاز به شبکه کمک می کنند. این ویژگی به امنیت کلی شبکه افزوده و از داده ها محافظت می کند.

نتیجه گیری

با توجه به انواع مختلف فایروال ها، از جمله فایروال های سخت افزاری، نرم افزاری، مبتنی بر حالت و برنامه ای، هر سازمان یا کاربر می تواند بر اساس نیازهای خاص خود، فایروال مناسب را انتخاب کند. در دنیای امروز که تهدیدات سایبری به طور مداوم در حال افزایش هستند، استفاده از فایروال ها به عنوان بخشی از یک استراتژی جامع امنیتی، امری ضروری است تا از حریم خصوصی و امنیت اطلاعات محافظت شود.