当防火墙遭遇“连接洪流”：聊聊并发限制那些事儿(图文)

一、开篇引入

前几天，朋友小李心急火燎地向我求助。他经营着一家小型电商公司，业务正处于上升期，每天都有不少客户通过线上平台下单。可就在那天晚上黄金销售时段，公司网络突然出现卡顿，页面加载缓慢，客户下单操作半天都没反应。不少客户被这糟糕的体验劝退，直接关闭了页面，转去其他竞品店铺。小李眼睁睁看着潜在订单流失，却毫无办法，只能干着急。
事后，小李赶忙联系网络技术人员排查问题。经过一番仔细检查，问题的根源竟然是防火墙限制并发设置不当。防火墙作为网络安全的重要防线，在限制并发连接数时出现偏差，导致大量用户访问请求被限制，最终引发了这场网络危机，给公司业务带来了不小的损失。
其实，像小李公司这样因防火墙限制并发问题而影响业务的情况并不少见。这背后隐藏着怎样的原理和知识呢？今天，我们就一起来深入探讨一下防火墙限制并发这个关键话题，帮助大家更好地理解它，避免类似的网络困境。

二、什么是防火墙限制并发

（一）基本概念解释

在深入探讨防火墙限制并发之前，我们先来理解一个关键概念 —— 并发连接数。打个比方，你去银行办理业务，银行的服务窗口就像是网络中的服务器，而前来办理业务的客户就是一个个连接请求。并发连接数，就相当于在同一时刻，银行能够同时接待并处理业务的客户数量。在网络世界里，它指的是客户端向服务器发起请求，并成功建立的 TCP 连接数量 。每秒钟服务器所连接的总 TCP 数量，就是我们所说的并发连接数。
再举个更形象的例子，假设你在高峰期开车经过一条多车道的大桥，大桥的车道就如同网络连接通道，而车辆则是数据连接请求。如果在某一时刻，桥上同时行驶的车辆过多，超过了大桥的承载能力，交通就会变得拥堵不堪，车辆行驶速度减慢，甚至出现停滞。同样的道理，当网络中的并发连接数过多，超过了服务器或防火墙的处理能力时，网络就会出现卡顿、延迟甚至中断的情况。
防火墙，作为网络安全的重要守护者，它具备限制并发连接数的功能。简单来说，就是防火墙可以设置一个上限值，规定在同一时间内，它所能处理的最大并发连接数量。当并发连接数达到或超过这个上限时，防火墙就会采取相应的措施，比如拒绝新的连接请求，或者将新请求放入队列中等待处理，以此来保障网络的稳定运行和安全性。

（二）防火墙相关原理简介

防火墙的工作原理，就像是一位严格的门卫，站在内部网络和外部网络之间，对进出网络的所有数据进行仔细检查和筛选。当有数据想要通过防火墙时，防火墙会依据预先设定好的规则，对数据的来源、目的地、数据类型、端口号等关键信息进行逐一比对和分析。只有当这些数据完全符合设定的规则时，防火墙才会放行，允许其通过；反之，如果数据不符合规则，防火墙就会果断拦截，阻止其进入或离开内部网络。
而防火墙限制并发在其中起着至关重要的作用。它就好比是给网络通道设置了一个 “流量控制阀”。当网络访问量较低，并发连接数在防火墙设定的限制范围内时，数据可以顺畅地通过防火墙，就像车辆在畅通无阻的道路上行驶一样。但一旦网络访问量突然增加，并发连接数接近或超过了限制值，防火墙就会启动限制机制，对新的连接请求进行限制。这样做可以避免网络因为过多的连接请求而陷入拥堵瘫痪，确保关键业务的正常运行。例如，在电商平台举办促销活动时，大量用户同时涌入平台进行购物，此时防火墙限制并发就能够合理分配网络资源，优先保障用户下单、支付等核心业务的网络连接，防止因连接数过多导致系统崩溃，从而为用户提供相对稳定的购物体验。

三、为什么要限制并发

（一）网络性能保障

在网络世界里，防火墙就像是一座桥梁，连接着内部网络和外部网络，承担着数据流通的重任。而并发连接数，就如同桥梁上同时行驶的车辆数量。当高并发连接数出现时，就好比大量车辆同时涌上桥梁，会给防火墙的性能带来巨大的冲击。
想象一下，当一个企业的网络面临高并发连接时，众多设备同时发起数据请求，防火墙需要同时处理这些请求，验证其合法性，并根据规则进行转发或拦截。这就像一位服务员要同时接待大量顾客的点餐、上菜等需求，忙得不可开交。防火墙的处理能力是有限的，过多的并发连接会使它不堪重负，导致数据处理速度变慢，延迟增加。原本几毫秒就能完成的数据传输，可能会延长到几百毫秒甚至几秒，严重影响用户体验。例如，在企业的办公系统中，员工们需要频繁地访问内部服务器获取文件、数据等资源。如果并发连接数过高，防火墙处理不过来，员工在打开文件、查询数据时就会出现长时间的等待，工作效率大幅下降。
高并发连接还会导致防火墙的吞吐量下降。吞吐量就像是桥梁的最大承载量，当并发连接数超过防火墙的承受范围，它能够传输的数据量就会减少。这就好比桥梁因为车辆过多而出现拥堵，导致单位时间内通过的车辆数量减少。在企业网络中，这意味着一些重要业务的数据传输受到限制，如视频会议可能会出现卡顿、中断，实时交易系统的订单处理速度变慢，甚至出现交易失败的情况，给企业的正常运营带来极大的困扰。

（二）安全防御角度

在网络安全的战场上，限制并发是防火墙抵御网络攻击的重要武器，特别是在防范 DDoS 攻击方面发挥着关键作用。DDoS 攻击，即分布式拒绝服务攻击，就像是一场恶意的 “人海战术”。攻击者通过控制大量的傀儡机，向目标服务器发起海量的无效连接请求，意图耗尽服务器的资源，使其无法为正常用户提供服务。这些无效连接就像潮水一般涌来，占据着服务器和防火墙的资源，让正常的业务请求无法得到处理。
例如，在 SYN Flood 攻击中，攻击者会发送大量伪造的 TCP SYN 包，这些包请求与服务器建立连接，但却不完成后续的三次握手过程。服务器在接收到这些 SYN 包后，会为每个请求分配资源，如内存、连接队列等，等待对方的确认。然而，由于攻击者发送的是大量虚假请求，服务器会一直处于等待状态，资源被不断消耗。当并发连接数被大量无效请求占据时，防火墙的资源也会被耗尽，无法正常处理其他合法的连接请求。
而防火墙限制并发连接数，就像是在城堡门口设置了一个守卫，严格控制进入城堡的人数。通过设定并发连接上限，防火墙可以有效抵御这类攻击。当攻击发生时，防火墙会对新的连接请求进行检查，如果并发连接数已经达到限制值，就会拒绝这些无效的连接请求，将攻击流量阻挡在网络之外，从而保障网络的安全和稳定。这样一来，即使攻击者发动大规模的 DDoS 攻击，也无法轻易耗尽防火墙和服务器的资源，正常用户的业务请求仍然能够得到处理，网络服务得以持续运行 。

四、限制并发在不同场景的应用

（一）企业网络

在企业网络环境中，员工们在日常工作中会使用各种网络应用，如办公软件、邮件系统、视频会议等。然而，部分员工可能会在工作时间进行一些非工作相关的网络活动，例如使用 P2P 软件下载大文件，或是观看在线视频。这些行为会占用大量的网络带宽和连接资源。以 P2P 下载为例，它采用的是对等网络技术，数据会从多个节点同时下载，这种方式会产生大量的网络连接请求，一个 P2P 下载任务可能会占用数十甚至上百个并发连接。在线视频播放同样如此，为了保证视频的流畅播放，播放器会不断地向服务器请求视频数据，也会占用不少的网络连接。
当大量员工同时进行这些高带宽、高并发的非工作网络活动时，企业网络的带宽会被迅速耗尽，并发连接数也会急剧上升。这就会导致企业的核心业务，如财务系统的数据传输、客户关系管理系统的实时交互等受到严重影响。财务人员在提交财务报表时，可能会因为网络拥堵而出现数据传输失败的情况；销售人员在与客户通过 CRM 系统沟通时，信息的加载和回复也会变得迟缓，严重影响工作效率和客户体验。
而通过防火墙限制并发连接数，企业可以有效地解决这些问题。企业可以根据不同部门、不同业务的需求，合理地设置每个员工或每个设备的并发连接上限。对于需要大量网络资源的核心业务部门，如销售、研发等，可以适当提高其并发连接限制，以保障他们的业务能够顺畅运行；而对于一些非关键业务部门或非工作相关的网络活动，则可以降低并发连接数限制。这样一来，即使有员工进行 P2P 下载或观看在线视频，也不会对整体网络造成过大的冲击，确保了企业核心业务的正常开展 。

（二）数据中心

数据中心是企业的核心数据处理和存储枢纽，承载着众多关键业务系统。在数据中心中，服务器需要同时处理来自不同用户、不同应用的大量请求，这些请求可能涉及到各种业务场景。比如，在云计算场景下，大量的用户会同时租用云服务器进行计算、存储等操作，每个用户的操作都会产生相应的网络连接请求；在电商平台的促销活动期间，数以万计的用户会同时访问平台进行购物，下单、支付、查询订单等操作会产生海量的并发连接；在线游戏平台也是如此，众多玩家同时在线进行游戏，游戏数据的实时交互，如角色移动、技能释放、聊天信息等，都需要稳定的网络连接支持，这也会导致大量的并发连接产生。
如果不对这些并发连接进行限制，一旦某个应用出现异常，如程序漏洞导致其不断地发起无效的连接请求，就可能会占用大量的服务器连接资源，使得其他正常的业务无法获得足够的连接，从而导致整个数据中心的业务运行出现故障。例如，某电商数据中心在一次促销活动中，由于部分用户恶意刷单程序的攻击，大量无效的连接请求瞬间涌入服务器，导致并发连接数急剧上升，超过了服务器和防火墙的处理能力。最终，不仅刷单行为没有得到及时遏制，正常用户的下单、支付等操作也受到了严重影响，大量订单无法及时处理，给电商平台带来了巨大的经济损失和声誉损害。
为了避免这种情况的发生，数据中心通常会利用防火墙来限制并发连接数。通过设定合理的并发连接上限，防火墙可以确保每个应用都能在一定的连接资源范围内运行，防止单个应用因异常情况而占用过多资源，从而保障整个数据中心内各业务的稳定、可靠运行。比如，对于云计算业务，可以根据用户的付费等级和使用需求，为每个用户分配一定数量的并发连接配额；对于电商平台，在促销活动前，可以提前评估并发连接需求，合理调整防火墙的并发限制策略，优先保障关键业务操作的连接需求，确保平台在高流量下仍能稳定运行 。

（三）家庭网络

在如今的数字化家庭中，网络已经成为了生活中不可或缺的一部分。各种智能设备纷纷接入家庭网络，如智能手机、平板电脑、智能电视、智能音箱、笔记本电脑等。这些设备在使用过程中，都会产生网络连接请求。例如，当有人在使用手机下载大型游戏或软件时，下载任务会占用大量的网络带宽和连接数。假设一个大型游戏的下载大小为 2GB，在高速网络环境下，下载速度可能达到每秒数兆字节，为了保证下载的快速和稳定，下载工具会同时建立多个连接来加速下载，这可能会占用数十个并发连接。
此时，如果家庭中的其他成员正在使用智能电视观看高清视频，或者使用笔记本电脑进行在线学习、办公，就会受到严重影响。智能电视播放的视频可能会出现卡顿、缓冲，画面频繁加载；笔记本电脑在进行在线视频会议时，声音和画面会出现延迟、中断，严重影响学习和工作效率。家庭成员之间可能会因为网络资源的分配不均而产生矛盾。
而家庭路由器防火墙的限制并发功能，可以很好地解决这个问题。通过在路由器设置中合理配置并发连接数限制，用户可以平衡各个设备的网络使用。比如，可以将每个设备的并发连接数限制在一个合理的范围内，如 50 - 100 个连接。这样，当某个设备进行大文件下载时，它占用的网络连接数会受到限制，不会过度抢占其他设备的网络资源，从而保证了家庭中各个设备都能相对稳定地使用网络，提升家庭成员的整体上网体验 。

五、如何设置防火墙并发限制

（一）常见防火墙设置界面介绍

不同品牌和型号的防火墙，其设置界面和操作方式会有所不同。下面以 Cisco ASA 防火墙和华为 USG 防火墙为例，为大家介绍如何找到并发连接数限制的设置选项。

1. Cisco ASA 防火墙：

登录 Cisco ASA 防火墙的 Web 管理界面，通常在浏览器中输入防火墙的 IP 地址，然后输入管理员账号和密码进行登录。登录成功后，界面一般简洁明了，左侧是功能导航栏。点击 “Configuration（配置）” 选项卡，在展开的菜单中找到 “Firewall（防火墙）” 选项。点击 “Firewall” 后，在二级菜单中选择 “Advanced（高级）”，此时可以看到 “Connection Limits（连接限制）” 选项。在这里，你可以针对不同的协议（如 TCP、UDP）、源地址、目的地址等设置并发连接数限制。例如，要限制某个特定 IP 地址对服务器的 TCP 并发连接数，可在相应的设置栏中输入 IP 地址，在 “TCP Maximum Connections（TCP 最大连接数）” 处填写你想要设置的限制值，如 100，然后点击 “Apply（应用）” 按钮保存设置。[此处插入 Cisco ASA 防火墙设置并发连接数限制的界面截图]

2. 华为 USG 防火墙：

打开浏览器，输入华为 USG 防火墙的管理 IP 地址，进入登录页面。输入正确的用户名和密码后登录到管理界面。华为的界面布局清晰，顶部是菜单栏，左侧是导航栏。在导航栏中找到 “策略> 安全策略” 选项，点击进入安全策略配置页面。在页面中找到 “连接数限制” 相关的配置项，一般会在策略规则的详细设置中。比如，你要针对某个区域（如 Trust 区域到 Untrust 区域）的连接进行并发限制，先选中对应的安全策略规则，然后点击 “编辑” 按钮。在弹出的编辑窗口中，切换到 “连接数限制” 标签页，在这里可以设置源 IP 地址范围、目的 IP 地址范围、服务类型（如 HTTP、FTP 等）以及最大并发连接数等参数。假设你要限制内网 192.168.1.0/24 网段访问外网 Web 服务器（目的 IP 地址为 10.10.10.10，服务类型为 HTTP）的并发连接数为 200，就在相应的输入框中填写这些信息，最后点击 “确定” 保存配置。[此处插入华为 USG 防火墙设置并发连接数限制的界面截图]

（二）设置的依据和策略

设置防火墙并发限制数值并非随意为之，而是需要综合考虑多方面的因素，以确保网络既能保持高效稳定运行，又能有效抵御各种风险。

1. 网络带宽：网络带宽就像是一条公路的宽度，它决定了单位时间内能够传输的数据量。如果并发连接数设置过高，而网络带宽有限，就会导致每个连接所能分配到的带宽不足，从而出现网络卡顿、数据传输缓慢的情况。例如，一条 100Mbps 的网络带宽，假设每个连接平均需要占用 1Mbps 的带宽，那么理论上并发连接数最多可设置为 100 个。但在实际应用中，还需要考虑到网络协议开销、突发流量等因素，所以通常会将并发连接数设置在一个略低于理论最大值的数值，如 80 个左右，以保证网络的流畅性。计算方法可以简单地用网络总带宽除以每个连接预计占用的带宽，即：并发连接数上限 = 网络总带宽 ÷ 每个连接预计占用带宽 。

2. 设备性能：防火墙自身的硬件性能，如 CPU 处理能力、内存大小等，对并发连接数的支持起着关键作用。如果防火墙的 CPU 性能较弱，无法快速处理大量的连接请求，或者内存不足，无法存储过多的连接状态信息，那么即使设置了很高的并发连接数限制，也无法真正实现，反而可能导致防火墙死机或运行不稳定。一般来说，防火墙的产品说明书中会标明其支持的最大并发连接数，这是基于该设备硬件性能的一个参考值。在设置时，应根据实际使用情况，如网络规模、业务繁忙程度等，合理地在这个参考值范围内进行调整。对于小型企业网络，使用中低端防火墙，其最大并发连接数可能在几千到几万之间，可根据实际在线设备数量和业务需求，将并发连接数设置在最大并发连接数的 60% - 80% 左右；而对于大型企业或数据中心，使用高端防火墙，最大并发连接数可达数十万甚至更高，设置时也需综合考虑各方面因素，避免过度占用设备资源。

3. 业务需求：不同的业务对网络连接的需求差异很大。例如，企业的办公 OA 系统，主要用于员工日常的文档处理、邮件收发等操作，每个员工同时产生的并发连接数相对较少，可能平均在 10 - 20 个左右；而对于视频会议业务，为了保证视频和音频的实时传输，每个参会人员的设备可能会产生 50 - 100 个甚至更多的并发连接。因此，在设置防火墙并发限制时，需要针对不同的业务类型进行细致的分析和规划。可以根据业务的重要性和实时性要求，将业务分为不同的优先级，为高优先级业务设置较高的并发连接数限制，确保其正常运行不受影响；对于低优先级业务，则适当降低并发连接数限制。比如，在电商促销活动期间，将与交易相关的业务（如订单提交、支付确认等）设置为高优先级，给予较高的并发连接数配额，以保障用户购物流程的顺畅；而对于一些非关键业务，如商品评论浏览、用户社区互动等，可设置相对较低的并发连接数限制 。

4. 参考标准：在实际设置中，也可以参考一些行业经验和标准。对于一般的企业网络，对内网单 IP 的并发连接数限制建议设置在 300 - 800 之间；对于家庭网络，每个设备的并发连接数限制可设置在 50 - 150 之间。当然，这些只是大致的参考范围，具体数值还需要根据上述提到的网络带宽、设备性能和业务需求等因素进行灵活调整。同时，在设置完成后，还需要密切关注网络的运行状态，通过网络监控工具实时监测并发连接数、带宽利用率、网络延迟等指标，根据实际情况及时对并发限制设置进行优化和调整，以达到最佳的网络性能和安全性 。

六、案例分析

（一）成功案例

ABC 科技公司是一家专注于软件开发的企业，公司内部网络承载着大量的业务应用，包括代码托管平台、项目管理系统、文件共享服务器等。随着公司业务的快速发展，员工数量不断增加，网络访问量也日益增长。
在高峰时段，如每天上午 10 点 - 12 点和下午 3 点 - 5 点，员工们集中进行代码提交、项目文档下载等操作，网络并发连接数常常飙升。这导致网络频繁出现卡顿现象，代码提交过程缓慢，项目管理系统响应迟缓，严重影响了员工的工作效率。例如，程序员小张在提交一段新代码时，原本只需要几秒钟的操作，却因为网络卡顿，等待了长达 2 分钟，极大地打乱了他的工作节奏。
为了解决这一问题，公司的网络管理员对防火墙进行了深入分析和优化。他们首先利用网络监控工具，对一段时间内的网络流量和并发连接数进行了详细的监测和分析。通过分析发现，部分员工在工作时间使用 P2P 软件下载电影、音乐等大文件，这些非工作相关的网络活动占用了大量的网络带宽和并发连接资源。
针对这一情况，管理员根据公司的业务需求和网络实际状况，对防火墙的并发连接数进行了合理设置。他们限制了每个员工设备的最大并发连接数为 200 个，同时对 P2P 软件的连接请求进行了严格限制，几乎禁止了 P2P 软件在公司网络中的使用。对于与工作相关的核心业务应用，如代码托管平台和项目管理系统，给予了更高的并发连接配额，确保这些关键业务能够在高负载情况下稳定运行。
设置完成后，网络状况得到了显著改善。代码提交速度明显加快，从原来的平均等待 2 分钟缩短到了 10 秒以内；项目管理系统的响应时间也大幅减少，员工在查询项目进度、更新任务状态时，页面能够迅速加载，操作流畅。员工们的工作效率得到了极大提升，不再因为网络问题而耽误工作进度。通过这次合理的防火墙并发限制设置，ABC 科技公司成功解决了网络卡顿问题，为公司的业务发展提供了稳定可靠的网络支持 。

（二）失败案例

DEF 制造企业是一家传统的制造业公司，随着数字化转型的推进，公司引入了一套先进的生产管理系统，该系统通过网络实时监控生产线上的设备运行状态、原材料库存情况以及产品生产进度等关键信息。同时，公司还搭建了线上销售平台，用于接收客户订单、处理销售业务。
为了保障网络安全，公司安装了防火墙，并对并发连接数进行了设置。然而，在设置过程中，由于网络管理员对业务需求的理解不够深入，将防火墙的并发连接数限制设置得过低。每个设备的最大并发连接数仅设置为 50 个，远远低于实际业务所需的连接数量。
在一次新产品发布活动中，线上销售平台迎来了大量的客户访问。客户们纷纷涌入平台，浏览产品信息、下单购买。与此同时，生产线上的设备也在满负荷运转，生产管理系统需要与大量的设备进行数据交互，以确保生产的正常进行。由于防火墙并发连接数限制过低，新的连接请求大量被拒绝。线上销售平台出现页面加载缓慢、订单提交失败的情况，许多客户在等待一段时间后，因无法正常完成购买操作而选择离开，导致公司错失了大量的销售机会。在生产车间，生产管理系统无法及时获取设备的运行数据，对设备的控制出现延迟，部分设备甚至因为数据传输不畅而出现短暂的停机现象，严重影响了生产进度。据统计，这次因防火墙并发连接数设置不当导致的业务问题，使公司在销售方面损失了数十万元的订单金额，在生产方面也造成了数万元的损失，还对公司的品牌形象产生了一定的负面影响。
从这个失败案例中，我们可以吸取深刻的教训。在设置防火墙并发连接数时，一定要充分了解企业的业务需求，进行全面的网络流量分析。不能仅仅为了追求网络安全而忽视了业务的正常运行。同时，网络管理员需要具备扎实的专业知识和丰富的实践经验，在设置参数前，要与各业务部门进行充分沟通，了解不同业务在不同场景下的网络连接需求，确保设置的并发连接数既能有效保障网络安全，又能满足业务的高并发需求。此外，在设置完成后，还需要密切关注网络运行状态，及时根据实际情况进行调整和优化，避免类似的问题再次发生 。

七、总结与展望

防火墙限制并发在网络世界中扮演着举足轻重的角色，它是保障网络性能稳定和安全防御的关键手段。从网络性能角度来看，合理的并发限制能够避免网络在高负载情况下陷入卡顿、延迟甚至瘫痪的困境，确保各类业务应用能够顺畅运行，为用户提供良好的使用体验。在安全防御方面，它就像一道坚固的盾牌，有效抵御 DDoS 等恶意攻击，保护网络免受非法访问和破坏，守护着网络中的数据安全和隐私。
展望未来，随着网络技术的迅猛发展，网络攻击手段也在不断升级和演变，这对防火墙在并发处理能力及安全防护方面提出了更高的要求。在并发处理能力上，防火墙将朝着更高性能、更智能化的方向发展。借助人工智能、机器学习等先进技术，防火墙能够实时分析网络流量和连接请求，自动调整并发限制策略，以适应复杂多变的网络环境。例如，当网络流量出现突发增长时，防火墙可以智能地识别出正常业务流量和异常攻击流量，在保障正常业务连接的同时，对攻击流量进行精准拦截，实现更高效的并发处理。
在安全防护方面，防火墙将与其他安全技术进行更深度的融合，形成全方位、多层次的安全防护体系。它可能会与入侵检测系统（IDS）、入侵防御系统（IPS）、安全信息和事件管理（SIEM）系统等紧密协作，实现信息共享和协同防御。当防火墙检测到异常连接请求时，能够及时将信息传递给 IDS 和 IPS，共同对攻击行为进行检测和防御；SIEM 系统则可以对来自防火墙及其他安全设备的日志信息进行集中分析，及时发现潜在的安全威胁，并提供全面的安全报告和预警。
网络安全无小事，每一位网络使用者都应当重视防火墙的设置，合理调整并发限制参数，使其与自身的网络需求相匹配。同时，也要关注防火墙技术的发展动态，及时更新和升级防火墙设备及策略，以更好地应对不断变化的网络安全挑战，共同营造一个安全、稳定、高效的网络环境。

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