分布式拒绝服务攻击(DDoS)原理及防范

　　如图二，在第一步中，客户端向服务端提出连接请求。这时TCP SYN标志置位。客户端告诉服务端序列号区域合法，需要检查。客户端在TCP报头的序列号区中插入自己的ISN。服务端收到该TCP分段后，在第二步以自己的ISN回应(SYN标志置位)，同时确认收到客户端的第一个TCP分段(ACK标志置位)。在第三步中，客户端确认收到服务端的ISN(ACK标志置位)。到此为止建立完整的TCP连接，开始全双工模式的数据传输过程。

　　Syn Flood攻击者不会完成三次握手

图三 Syn Flood恶意地不完成三次握手

　　假设一个用户向服务器发送了SYN报文后突然死机或掉线，那么服务器在发出SYN+ACK应答报文后是无法收到客户端的ACK报文的（第三次握手无法完成），这种情况下服务器端一般会重试（再次发送SYN+ACK给客户端）并等待一段时间后丢弃这个未完成的连接，这段时间的长度我们称为SYN Timeout，一般来说这个时间是分钟的数量级（大约为30秒-2分钟）；一个用户出现异常导致服务器的一个线程等待1分钟并不是什么很大的问题，但如果有一个恶意的攻击者大量模拟这种情况，服务器端将为了维护一个非常大的半连接列表而消耗非常多的资源----数以万计的半连接，即使是简单的保存并遍历也会消耗非常多的CPU时间和内存，何况还要不断对这个列表中的IP进行SYN+ACK的重试。实际上如果服务器的TCP/IP栈不够强大，最后的结果往往是堆栈溢出崩溃---即使服务器端的系统足够强大，服务器端也将忙于处理攻击者伪造的TCP连接请求而无暇理睬客户的正常请求（毕竟客户端的正常请求比率非常之小），此时从正常客户的角度看来，服务器失去响应，这种情况我们称做：服务器端受到了SYN Flood攻击（SYN洪水攻击）。

　　下面是我在实验室中模拟的一次Syn Flood攻击的实际过程

　　这一个局域网环境，只有一台攻击机（PIII667/128/mandrake），被攻击的是一台Solaris 8.0 (spark)的主机，网络设备是Cisco的百兆交换机。这是在攻击并未进行之前，在Solaris上进行snoop的记录，snoop与tcpdump等网络监听工具一样，也是一个很好的网络抓包与分析的工具。可以看到攻击之前，目标主机上接到的基本上都是一些普通的网络包。

…
…
           ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes 
          ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes 
          ? -> (multicast)  ETHER Type=0000 (LLC/802.3), size = 52 bytes 
          ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes
192.168.0.66 -> 192.168.0.255 NBT Datagram Service Type=17 Source=GU[0]
192.168.0.210 -> 192.168.0.255 NBT Datagram Service Type=17 Source=ROOTDC[20]
192.168.0.247 -> 192.168.0.255 NBT Datagram Service Type=17 Source=TSC[0]
          ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes
192.168.0.200 -> (broadcast)  ARP C Who is 192.168.0.102, 192.168.0.102 ?
          ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes 
          ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes
192.168.0.66 -> 192.168.0.255 NBT Datagram Service Type=17 Source=GU[0]
192.168.0.66 -> 192.168.0.255 NBT Datagram Service Type=17 Source=GU[0]
192.168.0.210 -> 192.168.0.255 NBT Datagram Service Type=17 Source=ROOTDC[20]
         ? -> (multicast)  ETHER Type=0000 (LLC/802.3), size = 52 bytes 
         ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes 
         ? -> (broadcast)  ETHER Type=886F (Unknown), size = 1510 bytes……

　　接着，攻击机开始发包，DDoS开始了…，突然间sun主机上的snoop窗口开始飞速地翻屏，显示出接到数量巨大的Syn请求。这时的屏幕就好象是时速300公里的列车上的一扇车窗。这是在Syn Flood攻击时的snoop输出结果：

…
…
127.0.0.178 -> lab183.lab.net AUTH C port=1352
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=114 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=115 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535
127.0.0.178 -> lab183.lab.net UUCP-PATH C port=1352
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=118 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535
127.0.0.178 -> lab183.lab.net NNTP C port=1352
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=121 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=122 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=124 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=125 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=126 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=128 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=130 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=131 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=133 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535 
127.0.0.178 -> lab183.lab.net TCP D=135 S=1352 Syn Seq=674711609 Len=0 Win=65535…

　　这时候内容完全不同了，再也收不到刚才那些正常的网络包，只有DDoS包。大家注意一下，这里所有的Syn Flood攻击包的源地址都是伪造的，给追查工作带来很大困难。这时在被攻击主机上积累了多少Syn的半连接呢？我们用netstat来看一下：

# netstat -an | grep SYN

…
…
192.168.0.183.9      127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.13     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.19     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.21     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.22     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.23     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.25     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.37     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD
192.168.0.183.53     127.0.0.79.1801          0      0 24656      0 SYN_RCVD……

　　其中SYN_RCVD表示当前未完成的TCP SYN队列，统计一下：

# netstat -an | grep SYN | wc -l
5273
# netstat -an | grep SYN | wc -l
5154
# netstat -an | grep SYN | wc -l
5267
…..

　　共有五千多个Syn的半连接存储在内存中。这时候被攻击机已经不能响应新的服务请求了，系统运行非常慢，也无法ping通。

　　这是在攻击发起后仅仅70秒钟左右时的情况。

　DDoS的防范

　　到目前为止，进行DDoS攻击的防御还是比较困难的。首先，这种攻击的特点是它利用了TCP/IP协议的漏洞，除非你不用TCP/IP，才有可能完全抵御住DDoS攻击。一位资深的安全专家给了个形象的比喻：DDoS就好象有1,000个人同时给你家里打电话，这时候你的朋友还打得进来吗？

　　不过即使它难于防范，也不是说我们就应该逆来顺受，实际上防止DDoS并不是绝对不可行的事情。互联网的使用者是各种各样的，与DDoS做斗争，不同的角色有不同的任务。我们以下面几种角色为例：

• 企业网管理员
• ISP、ICP管理员
• 骨干网络运营商

　　企业网管理员

　　网管员做为一个企业内部网的管理者，往往也是安全员、守护神。在他维护的网络中有一些服务器需要向外提供WWW服务，因而不可避免地成为DDoS的攻击目标，他该如何做呢？可以从主机与网络设备两个角度去考虑。

　　主机上的设置

　　几乎所有的主机平台都有抵御DoS的设置，总结一下，基本的有几种：

• 关闭不必要的服务
• 限制同时打开的Syn半连接数目
• 缩短Syn半连接的time out 时间
• 及时更新系统补丁

　　网络设备上的设置

　　企业网的网络设备可以从防火墙与路由器上考虑。这两个设备是到外界的接口设备，在进行防DDoS设置的同时，要注意一下这是以多大的效率牺牲为代价的，对你来说是否值得。

　　１.防火墙

• 禁止对主机的非开放服务的访问
• 限制同时打开的SYN最大连接数
• 限制特定IP地址的访问
• 启用防火墙的防DDoS的属性
• 严格限制对外开放的服务器的向外访问

　　第五项主要是防止自己的服务器被当做工具去害人。

　　２.路由器

以Cisco路由器为例
• Cisco Express Forwarding（CEF）
• 使用 unicast reverse-path
• 访问控制列表（ACL）过滤
• 设置SYN数据包流量速率
• 升级版本过低的ISO
• 为路由器建立log server

　　其中使用CEF和Unicast设置时要特别注意，使用不当会造成路由器工作效率严重下降，升级IOS也应谨慎。路由器是网络的核心设备，与大家分享一下进行设置修改时的小经验，就是先不保存。Cisco路由器有两份配置startup config和running config，修改的时候改变的是running config，可以让这个配置先跑一段时间（三五天的就随意啦），觉得可行后再保存配置到startup config；而如果不满意想恢复原来的配置，用copy start run就行了。

　　ISP / ICP管理员

　　ISP / ICP为很多中小型企业提供了各种规模的主机托管业务，所以在防DDoS时，除了与企业网管理员一样的手段外，还要特别注意自己管理范围内的客户托管主机不要成为傀儡机。客观上说，这些托管主机的安全性普遍是很差的，有的连基本的补丁都没有打就赤膊上阵了，成为黑客最喜欢的"肉鸡"，因为不管这台机器黑客怎么用都不会有被发现的危险，它的安全管理太差了；还不必说托管的主机都是高性能、高带宽的-简直就是为DDoS定制的。而做为ISP的管理员，对托管主机是没有直接管理的权力的，只能通知让客户来处理。在实际情况时，有很多客户与自己的托管主机服务商配合得不是很好，造成ISP管理员明知自己负责的一台托管主机成为了傀儡机，却没有什么办法的局面。而托管业务又是买方市场，ISP还不敢得罪客户，怎么办？咱们管理员和客户搞好关系吧，没办法，谁让人家是上帝呢？呵呵，客户多配合一些，ISP的主机更安全一些，被别人告状的可能性也小一些。

　　骨干网络运营商

　　他们提供了互联网存在的物理基础。如果骨干网络运营商可以很好地合作的话，DDoS攻击可以很好地被预防。在2000年yahoo等知名网站被攻击后，美国的网络安全研究机构提出了骨干运营商联手来解决DDoS攻击的方案。其实方法很简单，就是每家运营商在自己的出口路由器上进行源IP地址的验证，如果在自己的路由表中没有到这个数据包源IP的路由，就丢掉这个包。这种方法可以阻止黑客利用伪造的源IP来进行DDoS攻击。不过同样，这样做会降低路由器的效率，这也是骨干运营商非常关注的问题，所以这种做法真正采用起来还很困难。

　　对DDoS的原理与应付方法的研究一直在进行中，找到一个既有效又切实可行的方案不是一朝一夕的事情。但目前我们至少可以做到把自己的网络与主机维护好，首先让自己的主机不成为别人利用的对象去攻击别人；其次，在受到攻击的时候，要尽量地保存证据，以便事后追查，一个良好的网络和日志系统是必要的。无论DDoS的防御向何处发展，这都将是一个社会工程，需要IT界的同行们来一起关注，通力合作。