Одним из фундаментальных принципов построения защищенных корпоративных сетей является разделение функций безопасности и маршрутизации. В данной статье мы рассмотрим, почему межсетевой экран должен оставаться исключительно устройством безопасности, не выполняя функции маршрутизатора, при этом сохраняя весь спектр возможностей современных NGFW (Next-Generation Firewall).
Концептуальные различия между межсетевым экраном и маршрутизатором
Основные функции маршрутизатора
Маршрутизатор в классическом понимании предназначен для трансляции пакетов между раздельными IP-сетями. Его основная задача — определить оптимальный путь следования данных и обеспечить их доставку между различными сегментами сети. Современные маршрутизаторы работают на сетевом уровне (Layer 3) модели OSI и выполняют следующие ключевые функции:
Маршрутизация трафика — построение таблиц маршрутизации и определение оптимальных путей передачи данных между сетевыми сегментами. Маршрутизаторы поддерживают различные протоколы динамической маршрутизации, такие как BGP, OSPF, RIP, что позволяет автоматически адаптироваться к изменениям в топологии сети.
Управление IP-адресами — распределение IP-адресов устройствам в сети через DHCP-сервер и выполнение функций NAT (Network Address Translation) для трансляции частных адресов в публичные.
Управление качеством обслуживания (QoS) — приоритизация сетевого трафика на основе предопределенных правил, что обеспечивает гарантированную полосу пропускания для критически важных приложений.
Назначение межсетевого экрана
Межсетевой экран (firewall) представляет собой программно-аппаратный элемент сети, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящего через него сетевого трафика. В отличие от маршрутизатора, основной целью которого является обеспечение связности, межсетевой экран фокусируется на безопасности.
Контроль доступа — межсетевой экран анализирует каждый пакет данных и принимает решение о его дальнейшей судьбе: пропустить (allow), заблокировать (deny) или отклонить с уведомлением (reject). Это решение принимается на основе заранее определенных правил безопасности.
Фильтрация по состоянию соединений — современные межсетевые экраны отслеживают состояние сетевых соединений и разрешают прохождение только тех пакетов, которые являются частью установленных и авторизованных сессий.
Защита от сетевых атак — межсетевой экран блокирует попытки несанкционированного доступа, защищает от различных видов сетевых атак, включая DDoS-атаки, сканирование портов и попытки эксплуатации уязвимостей.
Проблемы совмещения функций маршрутизации и межсетевого экранирования
Конфликт архитектурных принципов
Объединение функций маршрутизации и межсетевого экранирования в одном устройстве создает фундаментальный конфликт между принципами работы этих систем. Маршрутизатор по умолчанию разрешает весь трафик, если не заданы специфические ограничения, тогда как межсетевой экран работает по принципу "запретить все, кроме явно разрешенного".
Этот конфликт приводит к сложностям в конфигурации и администрировании. Администраторам приходится одновременно настраивать правила маршрутизации и политики безопасности, что значительно усложняет процесс управления сетью и повышает вероятность ошибок конфигурации.
Проблемы производительности
Совмещение функций маршрутизации и межсетевого экранирования в одном устройстве создает серьезные проблемы с производительностью. Каждый пакет данных должен быть обработан как системой маршрутизации, так и модулями безопасности, что создает дополнительную нагрузку на процессор и память устройства.
Перегрузка процессора становится особенно критичной при включении расширенных функций безопасности NGFW, таких как глубокая инспекция пакетов (DPI), антивирусное сканирование и система предотвращения вторжений (IPS). Исследования показывают, что одновременное включение всех функций безопасности может существенно снизить реальную производительность устройства.
Задержки обработки трафика возникают из-за необходимости последовательной обработки пакетов различными модулями. В то время как маршрутизаторы оптимизированы для быстрой пересылки пакетов, межсетевые экраны требуют времени для анализа содержимого.
Узкие места в пропускной способности появляются когда объем входящего трафика превышает возможности устройства по его обработке. Статистические данные показывают, что многие файрволы не достигают заявленной производительности при полном включении функций безопасности.
Проблемы надежности и отказоустойчивости
Объединение критически важных функций маршрутизации и безопасности в одном устройстве создает единую точку отказа. При выходе из строя такого устройства одновременно нарушается как связность сети, так и ее защита.
Сложность диагностики проблем значительно возрастает, когда неясно, связана ли неисправность с функциями маршрутизации или безопасности. Это приводит к увеличению времени восстановления сервиса и усложнению процедур технического обслуживания.
Конфликты при обновлениях могут возникать, когда обновление одного компонента (например, правил межсетевого экрана) негативно влияет на работу другого (маршрутизации).
Преимущества разделения функций в сетевой архитектуре
Специализация устройств
Разделение функций позволяет каждому устройству сосредоточиться на выполнении своих основных задач. Маршрутизатор может быть оптимизирован для высокопроизводительной пересылки пакетов и поддержки сложных протоколов маршрутизации, в то время как межсетевой экран может полностью сосредоточиться на функциях безопасности.
Оптимизированная производительность достигается благодаря тому, что каждое устройство использует специализированное аппаратное и программное обеспечение. Маршрутизаторы часто используют специализированные ASIC-чипы для ускорения обработки пакетов, а межсетевые экраны могут применять специализированные процессоры для криптографических операций и анализа контента.
Масштабируемость системы значительно улучшается при разделенной архитектуре. При росте нагрузки можно независимо масштабировать маршрутизирующие и защитные компоненты.
Повышение надежности системы
Разделение функций устраняет единую точку отказа и повышает общую надежность сетевой инфраструктуры. При выходе из строя маршрутизатора функции безопасности продолжают работать, и наоборот.
Независимое техническое обслуживание позволяет проводить обновления и техническое обслуживание одного типа устройств без влияния на другой. Это критически важно для обеспечения непрерывности работы критически важных систем.
Резервирование становится более эффективным и экономичным, поскольку можно создавать резервные копии только тех компонентов, которые действительно требуют высокой доступности.
Упрощение управления и администрирования
Разделенная архитектура значительно упрощает процессы управления и администрирования сети. Каждая команда специалистов может сосредоточиться на своей области экспертизы: сетевые инженеры управляют маршрутизацией, а специалисты по информационной безопасности — политиками безопасности.
Четкое разделение ответственности снижает риски ошибок конфигурации и упрощает процедуры аудита. Каждое изменение может быть четко отнесено к конкретной системе, что упрощает отслеживание изменений и устранение проблем.
Специализированные инструменты управления могут быть оптимизированы для конкретного типа устройств, что повышает эффективность администрирования
Современные возможности NGFW
Межсетевые экраны нового поколения (NGFW) представляют собой комплексные платформы безопасности, объединяющие функции традиционного файрвола с современными технологиями защиты. В контексте разделенной архитектуры NGFW может полностью реализовать свой потенциал, не отвлекаясь на функции маршрутизации.
Глубокая инспекция пакетов (DPI) позволяет анализировать содержимое пакетов на всех уровнях модели OSI, вплоть до уровня приложений. Это обеспечивает обнаружение угроз, скрывающихся в легитимном трафике, и контроль использования приложений независимо от используемых портов и протоколов.
Контроль приложений дает возможность управлять доступом к конкретным приложениям и сервисам на основе их идентификации, а не только портов и протоколов. Это особенно важно в эпоху облачных сервисов и сложных корпоративных приложений.
Интегрированная система предотвращения вторжений (IPS) обеспечивает защиту от известных и неизвестных угроз на основе сигнатурного анализа, поведенческих аномалий и машинного обучения. IPS может блокировать атаки в реальном времени, предотвращая их распространение по сети.
Интеграция с внешними системами
Современные NGFW обеспечивают интеграцию с системами управления информацией и событиями безопасности (SIEM), системами оркестрации и автоматизированного реагирования (SOAR). Эта интеграция превращает межсетевой экран в часть единой экосистемы кибербезопасности.
Threat Intelligence — получение актуальной информации об угрозах от внешних источников позволяет NGFW оперативно реагировать на новые виды атак. Системы репутации IP-адресов и анализа вредоносных доменов значительно повышают эффективность защиты.
Интеграция с системами идентификации — возможность интеграции с Active Directory, LDAP и другими системами управления пользователями позволяет создавать политики безопасности на основе пользователей и групп, а не только IP-адресов.
Поддержка архитектуры Zero Trust
NGFW играет ключевую роль в реализации архитектуры Zero Trust, где каждое соединение проверяется независимо от его источника. Принцип "никому не доверяй, всегда проверяй" требует постоянного мониторинга и контроля всех сетевых соединений.
Микросегментация позволяет создавать детализированные зоны безопасности внутри корпоративной сети, ограничивая латеральное перемещение злоумышленников. NGFW может обеспечить контроль трафика между микросегментами без влияния на функции маршрутизации.
Контроль на основе контекста учитывает не только идентичность пользователя, но и тип устройства, время доступа, геолокацию и другие факторы риска. Это обеспечивает более точное управление доступом к корпоративным ресурсам.
Рекомендуемая архитектура корпоративной сети
Типовая архитектура с разделенными функциями
Рекомендуемая архитектура корпоративной сети должна четко разделять функции маршрутизации и безопасности. На периметре сети размещается пограничный маршрутизатор, который обеспечивает подключение к интернет-провайдеру и выполняет функции BGP, OSPF или других протоколов динамической маршрутизации.
Пограничный маршрутизатор должен быть оптимизирован для высокопроизводительной обработки трафика и поддержки сложных сценариев маршрутизации. Он может включать функции базовой фильтрации трафика (ACL) для предотвращения очевидно вредоносного трафика, но основные функции безопасности должны выполняться специализированным устройством.
NGFW как специализированное устройство безопасности размещается между пограничным маршрутизатором и внутренней сетью. Такое размещение позволяет межсетевому экрану сосредоточиться исключительно на функциях безопасности, обеспечивая максимальную производительность и эффективность защиты.
Зонирование сети
Правильно спроектированная сеть должна включать несколько логических зон безопасности с различными уровнями доверия:
Демилитаризованная зона (DMZ) предназначена для размещения публично доступных сервисов, таких как веб-серверы, почтовые шлюзы и DNS-серверы. DMZ имеет ограниченное доверие и строго контролируемые соединения как с внешней сетью, так и с внутренними ресурсами.
Внутренняя сеть пользователей включает рабочие станции сотрудников, принтеры и другие пользовательские устройства. Эта зона имеет высокий уровень доверия, но требует контроля доступа к серверным ресурсам.
Серверная зона содержит критически важные корпоративные системы: контроллеры домена, базы данных, системы планирования ресурсов предприятия. Доступ к серверной зоне должен строго контролироваться и логироваться.
Масштабирование и резервирование
Разделенная архитектура обеспечивает гибкие возможности масштабирования и резервирования. При росте нагрузки можно независимо усиливать маршрутизирующие или защитные компоненты, не затрагивая другие элементы системы.
Кластеризация NGFW позволяет создавать высокодоступные решения безопасности без влияния на архитектуру маршрутизации. Современные NGFW поддерживают активно-активные и активно-пассивные кластеры с автоматическим переключением при отказах.
Распределенная архитектура может включать несколько уровней межсетевых экранов для обеспечения защиты различных сегментов сети. Внутренние межсетевые экраны могут контролировать трафик между различными подразделениями организации.
Практические рекомендации по внедрению
Планирование миграции
Переход от совмещенной архитектуры к разделенной требует тщательного планирования и поэтапного внедрения. Важно провести анализ существующего трафика и определить критически важные потоки данных, которые не должны быть прерваны во время миграции.
Аудит существующей инфраструктуры должен включать анализ производительности текущих устройств, выявление узких мест и планирование необходимых ресурсов. Особое внимание следует уделить пиковым нагрузкам и критически важным приложениям.
Тестирование в лабораторной среде позволяет проверить совместимость компонентов и оптимизировать конфигурацию до внедрения в производственной среде. Необходимо протестировать сценарии отказов и процедуры восстановления.
Выбор оборудования
При выборе специализированного оборудования следует руководствоваться принципом соответствия задачам каждого компонента:
Пограничные маршрутизаторы должны обеспечивать высокую производительность пересылки пакетов, поддержку протоколов динамической маршрутизации и надежность работы. Важными характеристиками являются количество маршрутов в таблице, скорость конвергенции и поддержка QoS.
NGFW должны выбираться исходя из требований к функциям безопасности, а не маршрутизации. Ключевые параметры включают производительность при включенных функциях DPI, количество одновременных соединений, скорость обработки зашифрованного трафика.
Мониторинг и управление
Разделенная архитектура требует комплексного подхода к мониторингу и управлению. Каждый компонент должен контролироваться специализированными инструментами, но общая картина состояния сети должна быть доступна в едином центре управления.
Системы мониторинга производительности должны отслеживать ключевые метрики каждого устройства: загрузку процессора, использование памяти, задержки обработки, количество отброшенных пакетов. Важно установить пороговые значения для автоматических предупреждений.
Централизованное управление журналами позволяет коррелировать события от различных устройств и получать полную картину происходящих в сети процессов. Интеграция с SIEM-системами обеспечивает автоматизированный анализ инцидентов безопасности.
Заключение
Разделение функций межсетевого экранирования и маршрутизации является фундаментальным принципом построения современных корпоративных сетей. Это разделение обеспечивает оптимальную производительность, повышенную надежность и упрощает управление сетевой инфраструктурой.
NGFW в контексте разделенной архитектуры может полностью реализовать свои возможности по обеспечению многоуровневой защиты, включая глубокую инспекцию пакетов, контроль приложений, систему предотвращения вторжений и интеграцию с системами управления безопасностью. При этом специализированные маршрутизаторы обеспечивают эффективную и надежную связность сетевых сегментов.
Правильно спроектированная архитектура с разделением функций не только решает текущие задачи безопасности и связности, но и обеспечивает гибкость для будущего развития сетевой инфраструктуры. Она позволяет независимо масштабировать компоненты маршрутизации и безопасности, адаптируясь к изменяющимся потребностям бизнеса и эволюции угроз кибербезопасности.