應用層網關位於TCP/IP協議的應用層，可以實現對用戶身份的驗證，接收被保護網絡和外部網絡之間的數據流並對之進行檢查。
在防火牆技術中，應用層網關通常由代理服務器來實現。通過代理服務器訪問Internet的內部網絡用戶，在訪問Internet之前首先要登錄到代理服務器，由代理服務器對其進行身份驗證，決定是否允許該用戶訪問，如果驗證通過，用戶就可以登錄到Internet上的遠程服務器。
同樣，從Internet到內部網絡的數據流也由代理服務器代為接收，在檢查之後再發送到相應的用戶。由於代理服務器工作在應用層，因此，每種Internet服務都有其相應的代理服務器，常見的代理服務器有Web、Ftp、Telnet代理等。另外，Socks服務器也是一種應用層網關，它通過定製客戶端軟件的方法提供代理服務。
可以這樣說，狀態檢測包過濾規範了網絡層和傳輸層行為，而應用代理則規範了特定的應用協議上的行為。
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