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防火墙的主要功能是通过以下3种技术方法实现的。
1.包过滤技术（Packet Filter）
包过滤技术是一种通用、廉价且有效的安全手段，它拒绝接受从未授权的主机发送的TCP/IP包，并拒绝接受使用未授权服务的连接请求。网络上的数据都是以“包”为单位进行传输的，每一个数据包中都会包含一些特定信息，如数据的源地址、目标地址、TCP/UDP源端口和目标端口及协议参数等字段。防火墙过滤检查通过它的每一个包，按照预先设置的过滤规则过滤数据包。对于不要求在高层（例如应用层）检查数据的安全策略，应按照安全管理员制定的过滤规则简单地禁止连接的建立或通过它的数据传输。包过滤技术的优点是简单实用，实现成本较低，处理速度快且易于维护，在应用环境比较简单的情况下，能够以较小的代价在一定程度上保证系统的安全。但这种工作于网络层的安全技术对基于应用层的网络入侵却无能为力，有经验的黑客很容易伪造IP地址，骗过包过滤型防火墙。
2.网络地址转换（NAT）
网络地址转换（Network Address Translation，NAT），也称为IP伪装（IP Masquerading）。网络地址转换是一种把IP地址转换成网络中的另外一个临时的、外部的、注册的IP地址。网络地址转换允许具有私有IP地址的内部网络访问Internet，这个新地址是其他网络能够识别和接受的。防火墙在接收到数据包后，将源地址或者是目的地址修改后发送，主要是为了解决IP地址不足的问题，因此它还意味着用户不需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关访问外部网络时，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。因此，从一定意义来说网络地址转换可以有效地保护网络内部的系统，增加网络流量和拒绝服务攻击的难度。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。
3.代理服务（Proxy Service）
代理技术是防火墙技术中安全性较高、用得较多的技术，作用于应用层。代理服务器位于客户机与服务器之间，只允许有代理的服务通过，而其他所有服务都完全被封锁住，从外面只能看到代理服务器而看不到任何内部资源。从客户机来看，代理服务器相当于一台真正的服务器；而从服务器来看，代理服务器又是一台真正的客户机。当客户机需要使用服务器上的数据时，首先将数据请求发给代理服务器，代理服务器接收用户的请求后，将会检验其合法性。如果请求合法，代理服务器再根据这一请求向服务器索取数据，然后再由代理服务器将数据传输给客户机。由于外部系统与内部服务器之间没有直接的通道，外部的恶意侵害也就很难伤害到内部网络系统。代理服务的最大好处是透明性。对用户和服务器来说，他们均认为正在直接通信，不觉得要由代理服务器进行中转。
代理防火墙能有效地把发起连接的源地址掩藏起来，因此它能有效地阻止拒绝服务的攻击，防止网络入侵者使用一些探测工具探测网络结构。代理服务器还可以过滤协议，也可过滤FTP连接，保证用户不能将文件写到匿名服务器。代理服务器可以针对应用层进行侦测和扫描，对付基于应用层的侵入和病毒都十分有效。
代理型防火墙不足的是对系统的整体性能有较大的影响，而且代理服务器必须针对客户机可能产生的所有应用类型逐一进行设置，建立对应的网关层，大大增加了系统管理的复杂性。