SYN flood网络攻击的原理及其防御方法－zt

摘要

　　介绍了SYN Flood攻击的基本原理，详细地描述了目前几种比较有效的两种防御措施：SYN－cookie技术和地址状态监控技术。

关键词 　SYN Flood攻击 拒绝服务攻击 SYN cookie

　　1 SYN Flood攻击介绍：

　　拒绝服务攻击（Denial of Service，DoS）是目前比较有效而又非常难于防御的一种网络攻击方式，它的目的就是使服务器不能够为正常访问的用户提供服务。所以，DoS对一些紧密依靠互联网开展业务的企业和组织带来了致命的威胁。

　　SYN Flood是最为有效和流行的一种DoS攻击形式。它利用TCP三次握手协议的缺陷，向目标主机发送大量的伪造源地址的SYN连接请求，消耗目标主机的资源，从而不能够为正常用户提供服务。

　　1.1 TCP连接建立的过程

　　要掌握SYN Flood攻击的基本原理，必须先介绍TCP的三次握手机制。
　　TCP三次握手过程如下：
　　1)客户端向服务器端发送一个SYN置位的TCP报文，包含客户端使用的端口号和初始序列号x；

　　2)服务器端收到客户端发送来的SYN报文后，向客户端发送一个SYN和ACK都置位的TCP报文，包含确认号为x＋1和服务器的初始序列号y；

　　3）

TCP客户端
客户端端口
（1024－65535）

TCP服务器端

服务器端口
（1－1023）
SYN
SYN/ACK
ACK

　　客户端收到服务器返回的SYN＋ACK报文后，向服务器返回一个确认号为y＋1序号为x＋1的ACK报文，一个标准的TCP连接完成。如图1所示：



1.2 攻击原理

　　在SYN Flood攻击中，黑客机器向受害主机发送大量伪造源地址的TCP SYN报文，受害主机分配必要的资源，然后向源地址返回SYN＋ACK包，并等待源端返回ACK包，如图2所示。由于源地址是伪造的，所以源端永远都不会返回ACK报文，受害主机继续发送SYN＋ACK包，并将半连接放入端口的积压队列中，虽然一般的主机都有超时机制和默认的重传次数，但是由于端口的半连接队列的长度是有限的，如果不断的向受害主机发送大量的TCP SYN报文，半连接队列就会很快填满，服务器拒绝新的连接，将导致该端口无法响应其他机器进行的连接请求，最终使受害主机的资源耗尽。



2.2 地址状态监控的解决方法

　　地址状态监控的解决方法是利用监控工具对网络中的有关TCP连接的数据包进行监控，并对监听到的数据包进行处理。处理的主要依据是连接请求的源地址。

每个源地址都有一个状态与之对应，总共有四种状态：
初态：任何源地址刚开始的状态；
NEW状态：第一次出现或出现多次也不能断定存在的源地址的状态；
GOOD状态：断定存在的源地址所处的状态；
BAD状态：源地址不存在或不可达时所处的状态。
具体的动作和状态转换根据TCP头中的位码值决定：

　　1）监听到SYN包，如果源地址是第一次出现，则置该源地址的状态为NEW状态；如果是NEW状态或BAD状态；则将该包的RST位置1然后重新发出去，如果是GOOD状态不作任何处理。

　　2）监听到ACK或RST包，如果源地址的状态为NEW状态，则转为GOOD状态；如果是GOOD状态则不变；如果是BAD状态则转为NEW状态；如果是BAD状态则转为NEW状态。

　　3）监听到从服务器来的SYN ACK报文（目的地址为addr），表明服务器已经为从addr发来的连接请求建立了一个半连接，为防止建立的半连接过多，向服务器发送一个ACK包，建立连接，同时，开始计时，如果超时，还未收到ACK报文，证明addr不可达，如果此时addr的状态为GOOD则转为NEW状态；如果addr的状态为NEW状态则转为BAD状态；如果为addr的状态为BAD状态则不变。
状态的转换图如图3所示：



初态
GOOD
NEW
BAD
ACK/RST
SYN
ACK/RST

ACK包确认超时
ACK/RST

ACK包确认超时
　下面分析一下基于地址状态监控的方法如何能够防御SYN Flood攻击。

　　1）对于一个伪造源地址的SYN报文，若源地址第一次出现，则源地址的状态为NEW状态，当监听到服务器的SYN+ACK报文，表明服务器已经为该源地址的连接请求建立了半连接。此时，监控程序代源地址发送一个ACK报文完成连接。这样，半连接队列中的半连接数不是很多。计时器开始计时，由于源地址是伪造的，所以不会收到ACK报文，超时后，监控程序发送RST数据包，服务器释放该连接，该源地址的状态转为BAD状态。之后，对于每一个来自该源地址的SYN报文，监控程序都会主动发送一个RST报文。

　　2）对于一个合法的SYN报文，若源地址第一次出现，则源地址的状态为NEW状态，服务器响应请求，发送SYN＋ACK报文，监控程序发送ACK报文，连接建立完毕。之后，来自客户端的ACK很快会到达，该源地址的状态转为GOOD状态。服务器可以很好的处理重复到达的ACK包。
从以上分析可以看出，基于监控的方法可以很好的防御SYN Flood攻击，而不影响正常用户的连接。

　　3 小结

　　本文介绍了SYN Flood攻击的基本原理，然后详细描述了两种比较有效和方便实施的防御方法：SYN-cookie技术和基于监控的源地址状态技术。SYN-cookie技术实现了无状态的握手，避免了SYN Flood的资源消耗。基于监控的源地址状态技术能够对每一个连接服务器的IP地址的状态进行监控，主动采取措施避免SYN Flood攻击的影响。这两种技术是目前所有的防御SYN Flood攻击的最为成熟和可行的技术。