#import "labtemplate.typ": *
#show: nudtlabpaper.with(
  title: "防火墙ACL配置",
  author: "程景愉",
  id: "202302723005",
  training_type: "无军籍",
  grade: "2023",
  major: "网络工程",
  department: "计算机学院",
  advisor: "张军",
  jobtitle: "工程师",
  lab: "306-707",
  date: "2025.09.28",
  header_str: "《网络工程》实验报告",
)
#set page(header: [
  #set par(spacing: 6pt)
  #align(center)[#text(size: 11pt)[《网络工程》实验报告]]
  #v(-0.3em)
  #line(length: 100%, stroke: (thickness: 1pt))
])

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  title: [图目录],
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)

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  // #h(0.5em)
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]
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#pagebreak()

= 实验目的
#para[
  本实验旨在通过配置ACL，实现对网络流量的精确识别和控制，提高网络的安全性和稳定性。通过配置防火墙，实现对内外网络的访问控制，保护内部网络免受外部威胁。
]
= 实验原理
== ACL
=== ACL概述
#para[
  访问控制列表ACL（Access Control List）是由一条或多条规则组成的集合。所谓规则，是指描述报文匹配条件的判断语句，这些条件可以是报文的源地址、目的地址、端口号等。
  ACL本质上是一种报文过滤器，规则是过滤器的滤芯。设备基于这些规则进行报文匹配，可以过滤出特定的报文，并根据应用ACL的业务模块的处理策略来允许或阻止该报文通过。
]

=== ACL的作用
#para[
  ACL作为一个过滤器，设备通过应用ACL来阻止和允许特定流量的流入和流出，如果没有它，任何流量都会自由流入和流出，使得网络容易受到攻击。
]
#para[
  如@figure1 所示，为保证财务数据安全，企业在路由设备上应用ACL可以阻止内网内部研发部门主机对财务服务器的访问，同时允许总裁办公室访问财务服务器。为了保护企业内网的安全，在路由设备上应用ACL可以封堵网络病毒常用的端口，防止Internet上的恶意流量入侵。
]
#figure(
  image("download1.png", fit: "stretch", width: 55%),
  caption: [ACL应用示例],
)<figure1>

=== ACL的功能
#para[
  借助ACL，可以实现以下功能：
]

- 提供安全访问：企业重要服务器资源被随意访问，企业机密信息容易泄露，造成安全隐患。使用ACL可以指定用户访问特定的服务器、网络与服务，从而避免随意访问的情况。
- 防止网络攻击：Internet病毒肆意侵略企业内网，内网环境的安全性堪忧。使用ACL可以封堵高危端口，从而达成为外网流量的阻塞。
- 提高网络带宽利用率：网络带宽被各类业务随意挤占，服务质量要求最高的语音、视频业务的带宽得不到保障，造成用户体验差。使用ACL实现对网络流量的精确识别和控制，限制部分网络流量从而保障主要业务的质量。
=== ACL的组成
#para[
  ACL的每一条规则都会允许或者阻止特定的流量，在定义一条合理的ACL规则之前，需要了解其基本组成。
]

- ACL标识：使用数字或者名称来标识ACL。
  - 使用数字标识ACL：不同的类型的ACL使用不同的数字进行标识。关于每类ACL编号的详细介绍，请参见 ACL的分类。
  - 使用名称标识ACL：可以使用字符来标识ACL，就像用域名代替IP地址一样，更加方便记忆。
- 规则：即描述匹配条件的判断语句。
  - 规则编号：用于标识ACL规则，所有规则均按照规则编号从小到大进行排序。
    - 动作：包括permit/deny两种动作，表示设备对所匹配的数据包接受或者丢弃。
    - 匹配项：ACL定义了极其丰富的匹配项。包括生效时间段、IP协议（ ICMP、TCP、UDP等）、源/目的地址以及相应的端口号（21、23、80等）。
=== ACL的分类
#para[
  随着ACL技术的发展，其种类越来越丰富，根据其不同的规则和使用场景，常用的可分为以下几类：
]
+ 基本ACL：基本ACL规则只包含源IP地址，对设备的CPU消耗较少，可用于简单的部署，但是使用场景有限，不能提供强大的安全保障。
+ 高级ACL：相较于基本ACL，高级ACL提供更高的扩展性，可以对流量进行更精细的匹配。通过配置高级ACL，可以阻止特定主机或者整个网段的源或者目标。除此之外，还可以使用协议信息（IP、 ICMP、TCP、UDP）去过滤相应的流量。
+ 二层ACL：在公司的内部网络中，想对特定的终端进行访问权限控制，这时就需要二层ACL。使用二层ACL，可以根据源MAC地址、目的MAC地址、802.1p优先级、二层协议类型等二层信息对流量进行管控。
+ 用户ACL：由于企业内部同部门的工作人员的终端不在同一个网段难以管理，需要将其纳入一个用户组，并对其用户组进行访问权限管理，这时候就需要用户ACL。用户ACL在高级ACL的基础上增加了用户组的配置项，可以实现对不同用户组的流量管控。
+ 时间ACL：在某些特定的时间段内，对特定的流量进行管控，这时就需要时间ACL。时间ACL在高级ACL的基础上增加了时间段的配置项，可以实现对不同时间段的流量管控。
=== ACL的使用步骤
#para[
  ACL的使用分为两个步骤。
]
+ 设置相应的ACL规则：为ACL设置相关规则的时候，需要了解入口流量与出口流量，如@figure2 所示：入口流量指的是进入设备（以路由器为例）接口的流量（无论来源是外部Internet还是内部网络），同理，出口流量指的是从设备接口流出的流量。#figure(
    image("download2.png", fit: "stretch", width: 60%),
    caption: [入口流量与出口流量],
  )<figure2> 当外部Internet访问内部网络时，通过路由器接口2的入口流量，其源IP地址为外部的公网IP；而当内部网络需要访问外部网络时，通过路由器的接口1的入口流量，其源IP地址则为内网的IP。
+ 应用ACL规则：规则设置完成后，需要将ACL应用在设备的接口上才能正常工作。因为所有的路由和转发决策都是由设备的硬件做出的，所以ACL语句可以更快地执行。
=== ACL的匹配机制
#para[
  设备使用ACL的匹配机制如@figure3 所示。
]

#figure(
  image("download3.png", fit: "stretch", width: 70%),
  caption: [ACL的匹配机制],
)<figure3>

#para[
  ACL规则的匹配遵循”一旦命中即停止匹配”的机制。当ACL处理数据包时，一旦数据包与某条ACL规则匹配，就会停止匹配，设备根据该条匹配的语句内容决定允许或者拒绝该数据包。如果数据包内容与ACL语句不匹配，那么将依次使用ACL列表中的下一条语句去匹配数据包直到列表的末尾。一般在ACL的列表末尾会有一条隐式的拒绝所有的语句，所以数据包与所有的规则都不匹配的情况下会被直接拒绝。此时设备不会将此数据包流入或流出接口，而是直接将其丢弃。
]

=== ACL的应用场景
#para[
  ACL的应用场景包括以下几个方面：
]

+ 在NAT中使用ACL：通过NAT的端口映射可使得外网访问内部网络。考虑到内部的网络安全，不可能允许所有的外部用户访问内部网络，这时可以设置ACL规则并应用在企业路由器上，使得特定的外网用户可以访问内部网络。  #figure(
    image("download4.png", fit: "stretch", width: 60%),
    caption: [在NAT中使用ACL],
  )<figure4>如@figure4 所示，当公网主机想建立与内网主机的通信时，其发向内部网络主机的流量经过 NAT 设备时，设备利用ACL对流量进行过滤，阻断了PC4对PC2的访问，同时允许PC3对PC1的访问。
+ 在防火墙中使用ACL：防火墙用在内外网络边缘处，防止外部网络对内部网络的入侵，也可以用来保护网络内部大型服务器和重要的资源（如数据）。由于ACL直接在设备的转发硬件中配置，在防火墙中配置ACL在保护网络安全的同时不会影响服务器的性能。  #figure(
    image("download5.png", fit: "stretch", width: 60%),
    caption: [在防火墙中使用ACL],
  )<figure5>如@figure5 所示，在防火墙上配置ACL只允许外部特定主机PC A访问内部网络中的数据中心，并禁止其他外部主机的访问。
+ 在QoS中使用ACL限制用户互访：ACL应用在QoS的流策略中，可以实现不同网段用户之间访问权限的限制，从而避免用户之间随意访问形成安全隐患。  #figure(
    image("download6.png", fit: "stretch", width: 60%),
    caption: [使用ACL限制不同网段用户的互访],
  )<figure6>如@figure6 所示，某公司为财务部和市场部规划了两个网段的IP地址。为了避免两个部门之间相互访问造成公司机密的泄露，可以在两个部门连接Router的接口的入方向上应用绑定了ACL的流策略，从而禁止两个部门的互访。

== 防火墙
=== 防火墙基本原理
#para[
  防火墙是一种网络安全设备，用于监控和控制进出网络的流量，基于预定义的安全规则来允许或阻止数据包的传输。它通常部署在网络边界，用于保护内部网络免受外部威胁。
]

=== 接口工作模式
#para[
  防火墙的接口可以工作在以下三种模式之一：
]
+ 路由模式：当防火墙位于内部网络和外部网络之间时，可同时为设备与内部网络、外部网络相连的接口分别配置不同网段的 IP 地址。报文在三层区域的接口间进行转发时，根据报文的 IP 地址来查找路由表。此时设备表现为一个路由器。
+ 透明模式：接口无 IP 地址。在网络中像连接交换机一样连接防火墙。此时无需修改任何已有的 IP 配置，防火墙就像一个交换机一样工作，内部网络和外部网络必须处于同一个子网。报文在防火墙当中不仅进行二层的交换，还会对报文进行高层分析处理。
+ 混合模式：如果防火墙既存在工作在路由模式的接口（有的接口具有 IP 地址），又存在工作在透明模式的接口（有的接口无 IP 地址），则防火墙工作在混合模式下。这种工作模式基本上是透明模式和路由模式的混合，目前只用于透明模式下提供双机热备的特殊应用中，别的环境下不建议使用。

=== 安全区域
#para[
  安全区域（简称区域）是一个或多个接口的集合。区域是防火墙功能实现的基础，当数据报文在不同的区域之间传递时，将会触发安全策略进行检查。默认区域包括：
]
+ Untrust：外网，不安全网络，安全级别是 5。
+ DMZ：停火区，安全级别是 50。
+ Trust：内网，安全网络，安全级别是 85。
+ Local：管理接口、运行动态路由协议，安全级别是 100。
安全级别越大，安全级别越高，不同安全域的级别不能相同。

=== 安全策略
#para[
  安全策略是防火墙的核心功能，用于控制不同区域之间的流量通信。默认情况下，所有区域间不能通信。安全策略的匹配条件和动作包括：
]
+ 策略匹配条件：源安全域，目的安全域，源地址，目的地址，用户，服务，应用，时间段。
+ 策略动作：允许，禁止。
+ 内容安全（可选，策略动作为允许的时候执行）：反病毒，攻击防御，URL 过滤，文件过滤，内容过滤，应用行为控制，邮件过滤。
#pagebreak()
=== 安全策略工作流程
#para[
  安全策略的工作流程如下：
]
1. 对收到的流量进行检测，检测出流量的属性，包括：源安全区域、目的安全区域、源地址/地区、目的地址/地区、用户、服务（源端口、目的端口、协议类型）、应用和时间段。
2. 如果所有条件（流量属性）都匹配，则此流量成功匹配安全策略。如果其中有一个条件不匹配，则继续匹配下一条安全策略。以此类推，如果所有安全策略都不匹配，则防火墙会执行缺省安全策略的动作（默认为禁止）。
3. 如果流量成功匹配一条安全策略，防火墙会执行此安全策略的动作。如果动作为禁止，则防火墙会阻断此流量。如果动作为允许，则防火墙会判断安全策略是否引用了安全配置文件。如果引用了安全配置文件，则继续进行步骤 4 的处理；如果没有引用安全配置文件，则允许此流量通过。

= 实验环境
== 实验背景
#para[
  本实验基于华为USG6303E-AC防火墙，通过配置ACL实现以下需求：
]
+ Trust 区域在工作时间（周一到周五 09:00-21:00）禁止访问 untrust 区域的娱乐类应用。
+ 允许 trust 区域访问 untrust 区域的其余流量。
+ 允许任意区域访问 DMZ 区域的 http、https、ftp 服务（使用服务组）。
#para[
配置步骤包括：
]
1. 给接口设置 IP 地址。
2. 将接口加入区域。
3. 定义时间段对象、服务对象。
4. 设置安全策略。
== 实验设备
#align(center)[#table(
  columns: (auto, auto, auto),
  rows: (2em, 2em, 3em),
  inset: 10pt,
  align: horizon + center,
  table.header([*设备名称*], [*设备型号*], [*设备数量*]),
  "防火墙", "华为USG6303E-AC", "1",
  "PC", "联想启天M410
  Windows 10", "3",
)]
#para[
  另有网线若干。
]
= 实验步骤及结果
== 实验拓扑
#para[
  按实验背景，绘制拓扑图如下：
]
#figure(image("实验拓扑.png", format: "png", fit: "stretch", width: 80%), caption: "实验拓扑图")
== 按照拓扑图接线
#para[
  按照拓扑图接线。
]
#figure(image("机柜正面连线.png", format: "jpg", fit: "stretch", width: 60%, height: 40%), caption: "机柜接线图")
== 配置基本网络
=== 配置PC
- 配置PC1的IP地址为`192.168.1.1/24`，网关为`192.168.1.2`；
#figure(image("trust区域电脑IP地址配置.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 60%), caption: "配置PC1的IP地址")
- 配置PC2（Server）的IP地址为`172.130.80.1/24`，网关为`172.130.80.2`；
#figure(image("PC2-IP.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 60%), caption: "配置PC2的IP地址")
- 配置PC3的IP地址为`10.13.1.1/24`，网关为`10.13.1.2`；
#figure(image("PC3-IP.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 60%), caption: "配置PC3的IP地址")
- 配置管理PC的IP地址为`192.168.0.2/24`，网关为`192.168.0.1`。
#figure(image("管理PC.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 60%), caption: "配置管理PC的IP地址")
#para[
  这样配置之后，PC1、PC2、PC3分别属于`trust`、`dmz`、`untrust`区域；管理PC用于通过MGMT网口管理防火墙。
]
== 配置防火墙
=== 配置防火墙接口
#para[
  通过“网络”-“接口”配置防火墙的接口IP地址和区域信息总览：
]
#figure(image("接口配置前.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%), caption: "配置防火墙接口前")
- 配置防火墙的GE0/0/1接口IP地址为`192.168.1.2/24`，区域为`trust`；
#figure(image("001接口.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 99%), caption: "配置防火墙的GE0/0/1接口")
- 配置防火墙的GE0/0/2接口IP地址为`172.130.80.2/24`，区域为`dmz`；
#figure(image("002接口.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%), caption: "配置防火墙的GE0/0/2接口")
- 配置防火墙的GE0/0/3接口IP地址为`10.13.1.2/24`，区域为`untrust`。
#figure(image("003接口.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%), caption: "配置防火墙的GE0/0/3接口")
查看配置结果：
#figure(image("接口配置后.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%), caption: "配置防火墙接口后")
=== 配置安全策略
#para[
  通过“策略”-“安全策略”配置安全策略：
]
- 配置`trust`区域到`untrust`区域的安全策略，在工作时间禁止访问`untrust`区域：
#figure(
  image("安全策略a.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%),
  caption: "配置trust区域在工作时间禁止访问untrust区域",
)
- 配置`trust`区域到`untrust`区域的安全策略，允许访问其余流量：
#figure(image("安全策略b.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%), caption: "配置trust到untrust的安全策略")
- 创建包含http、https、ftp服务的服务组：
#figure(image("安全策略-服务组.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 90%), caption: "创建服务组")
- 使用创建的服务组配置`trust`区域到`dmz`区域的安全策略：
#figure(image("安全策略c.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 90%), caption: "配置trust到dmz的安全策略")
- 使用创建的服务组配置`untrust`区域到`dmz`区域的安全策略：
#figure(image("安全策略c1.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 90%), caption: "配置untrust到dmz的安全策略")
#para[
  配置完成之后，查看总览：
]
#figure(image("安全策略总览.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%), caption: "安全策略总览")
== 验证配置
#para[
  在“系统”-“配置”-“时钟配置”中查看防火墙系统时间：
]
  #figure(image("允许时间段.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 70%), caption: "修查看系统时间")
#para[
  时间为非工作时间（22点），在PC1上ping untrust区域的PC3，可以ping通。
]
#para[
  修改系统时间为工作时间：
]
  #figure(image("禁止时间段.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 70%), caption: "修改系统时间")
#para[
  时间为工作时间（10点），在PC1上ping untrust区域的PC3，无法ping通。
]

#para[
  下面是两次ping的结果，trust区域电脑在不同时段内可或不可访问untrust区域：
]
  #figure(
    image("trust区域电脑在不同时段内可or不可访问untrust区域.jpg", format: "jpg", fit: "stretch", width: 100%),
    caption: "ping结果",
  )
#para[
  下面是防火墙上针对上述策略的命中次数变化，注意最右侧的命中次数变化，可以看到ping发出的4个请求被防火墙拦截：
]
  #figure(
    table(
      columns: auto,
      rows: (auto, auto),
      inset: 10pt,
      align: horizon + center,
      figure(image("不命中.png", format: "png", fit: "stretch", width: 100%)),
      figure(image("命中.png", format: "png", fit: "stretch", width: 100%)),
      stroke: none,
    ),
    caption: "防火墙命中次数变化",
    kind: image,
  )
#para[
  即策略配置无误。
]
= 实验总结
== 内容总结
#para[
  本实验基于华为USG6303E-AC防火墩，通过配置ACL实现了以下需求：
]
  + Trust 区域在工作时间（周一到周五 09:00-21:00）禁止访问 untrust 区域。
  + 允许 trust 区域访问 untrust 区域的其余流量。
  + 允许任意区域访问 DMZ 区域的 http、https、ftp 服务（使用服务组）。
#para[
  通过配置ACL，实现了对不同区域之间的流量通信进行了控制，保障了网络的安全。
]
== 思考题

=== 在某防火墙安全规则配置时，已经允许从主机 A 到主机 B 通过 ICMP 协议，但使用 ping 测试时发现从 A 到 B 还是不通，请问是什么原因？

这是一个非常常见的排错场景。`ping` 命令的成功依赖于一个双向的通信过程，而不仅仅是A到B的单向。

 请求 (Request): 主机 A 发送一个 `ICMP Echo Request` 报文给主机 B。
 回复 (Reply): 主机 B 收到后，必须回复一个 `ICMP Echo Reply` 报文给主机 A。

我们在实验中配置的规则 `允许 A -> B` 只保证了第一步（请求）的成功。`ping` 仍然失败，最可能的原因是第二步（回复）的报文被阻断了。

以下是几个最可能的原因，按排查优先级排序：

1.  缺少返回策略 (最常见)：
    防火墙是双向检查的。当主机 B 回复报文时，这个报文的流向是 `B -> A`。如果防火墙上没有配置“允许主机 B 到主机 A 的 ICMP 流量”的策略，这个回复报文就会被防火墙丢弃，主机 A 也就永远收不到回复，导致 `ping` 超时。
     解决方法：
         (状态检测)：如果防火墙开启了状态检测（Stateful Inspection），它会自动“记住” A 发出的请求，并自动放行 B 的回复。需要检查防火墙是否为 ICMP 开启了状态检测。
         （静态ACL）：如果防火墙是无状态的（或ICMP状态检测被关闭），必须额外添加一条反向规则，允许 `ICMP Echo Reply` 从 B 到 A。

2.  主机 B 的本地防火墙：
    网络防火墙（如 FW1）可能放行了流量，但是主机 B 自己的防火墙（例如 Windows 防火墙或 Linux 的 iptables）默认配置为“禁止入站 ICMP 请求”。这是 Windows 操作系统出于安全考虑的默认设置。
     解决方法：登录主机 B，修改其本地防火墙设置，添加入站规则以允许 "文件和打印机共享(回显请求 - ICMPv4-In)"。

3.  路由问题：
     B 没有到 A 的路由：主机 B 可能不知道如何将回复报文“送回”给主机 A 所在的网段。需要检查主机 B 的路由表或其默认网关的路由表，确保有返回到主机 A 网段的路由。
     A 没有到 B 的路由：虽然的安全策略允许了，但主机 A 或其网关可能根本不知道如何将数据包路由到主机 B。

4.  NAT (地址转换) 问题：
    如果主机 A 在内网，主机 B 在外网，主机 A 访问 B 时源地址被NAT成了防火墙的公网地址。当 B 回复时，它会回复给防火墙的公网地址。需要检查防火墙上的 NAT 配置和会话表（`display firewall session table`），确认 ICMP 的 NAT 转换和会话是否都正常建立。

=== 2）什么是 DMZ，设置 DMZ 有何意义？

- DMZ 是 "Demilitarized Zone" 的缩写，中文译为“隔离区”或“非军事区”。

在网络安全中，DMZ 是一个物理或逻辑上的子网络，它位于公司的内部私有网络 (Trust 区) 和外部公共网络 (Untrust 区 / Internet) 之间。它是一个缓冲区，一个“三不管”地带。

- 设置 DMZ 的核心意义是“隔离风险，保护内网”。

具体来说，公司里总有一些服务器是必须被外网（互联网）访问的，例如：
 公司官网的 Web 服务器
 Email 服务器 (SMTP)
 DNS 服务器

这些服务器由于暴露在互联网上，是黑客攻击的主要目标。

1.  风险隔离：
    我们不能把这些“高风险”的服务器直接放在内网（Trust 区）。如果 Web 服务器被黑客攻陷了，而它又在内网，那么黑客就能以此为跳板，直接攻击内网的员工电脑、财务数据、核心数据库等，后果不堪设想。

2.  保护内网 (核心)：
    通过将这些服务器放在 DMZ 区域，我们就建立了一道新的安全屏障。防火墙可以对这三个区域（Trust, Untrust, DMZ）实施精细的访问控制：
     外网 (Untrust) -> DMZ：有限允许。只开放必须的端口（如 Web 服务的 80/443 端口）。
     内网 (Trust) -> DMZ：有限允许。允许内网管理员去管理 DMZ 的服务器（如 SSH, RDP）。
     DMZ -> 内网 (Trust)：绝对禁止。这是最关键的一条策略！禁止任何从 DMZ 发起的、指向内网的连接。

== 心得感悟
#para[
  通过本次实验，我学会了如何配置ACL，实现了对不同区域之间的流量通信进行了控制，保障了网络的安全。在实验过程中，我对防火墙的接口配置、安全策略配置有了更深入的了解，提高了自己的实际操作能力。
]

#show heading: it => box(width: 100%)[
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#bibliography("ref.yml", full: true, title: "参考文献", style: "gb-7714-2015-numeric")


/*
根据这个网站的格式示范https://github.com/typst/hayagriva/blob/main/docs/file-format.md
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https://blog.csdn.net/jxjdhdnd/article/details/138009187
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