一、TCP握手協(xié)議
在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，采用三次握手建立一個(gè)連接。
第一次握手：建立連接時(shí)，客戶(hù)端發(fā)送syn包(syn=j)到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認；
第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認客戶(hù)的SYN（ack=j+1），同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；
第三次握手：客戶(hù)端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶(hù)端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。
完成三次握手，客戶(hù)端與服務(wù)器開(kāi)始傳送數據，在上述過(guò)程中，還有一些重要的概念：
未連接隊列：在三次握手協(xié)議中，服務(wù)器維護一個(gè)未連接隊列，該隊列為每個(gè)客戶(hù)端的SYN包（syn=j）開(kāi)設一個(gè)條目，該條目表明服務(wù)器已收到SYN包，并向客戶(hù)發(fā)出確認，正在等待客戶(hù)的確認包。這些條目所標識的連接在服務(wù)器處于Syn_RECV狀態(tài)，當服務(wù)器收到客戶(hù)的確認包時(shí)，刪除該條目，服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)。
Backlog參數：表示未連接隊列的最大容納數目。
SYN-ACK重傳次數 服務(wù)器發(fā)送完SYN－ACK包，如果未收到客戶(hù)確認包，服務(wù)器進(jìn)行首次重傳，等待一段時(shí)間仍未收到客戶(hù)確認包，進(jìn)行第二次重傳，如果重傳次數超過(guò)系統規定的最大重傳次數，系統將該連接信息從半連接隊列中刪除。注意，每次重傳等待的時(shí)間不一定相同。
半連接存活時(shí)間：是指半連接隊列的條目存活的最長(cháng)時(shí)間，也即服務(wù)從收到SYN包到確認這個(gè)報文無(wú)效的最長(cháng)時(shí)間，該時(shí)間值是所有重傳請求包的最長(cháng)等待時(shí)間總和。有時(shí)我們也稱(chēng)半連接存活時(shí)間為T(mén)imeout時(shí)間、SYN_RECV存活時(shí)間。
二、SYN攻擊原理
SYN攻擊屬于DOS攻擊的一種，它利用TCP協(xié)議缺陷，通過(guò)發(fā)送大量的半連接請求，耗費CPU和內存資源。SYN攻擊除了能影響主機外，還可以危害路由器、防火墻等網(wǎng)絡(luò )系統，事實(shí)上SYN攻擊并不管目標是什么系統，只要這些系統打開(kāi)TCP服務(wù)就可以實(shí)施。從上圖可看到，服務(wù)器接收到連接請求（syn=j），將此信息加入未連接隊列，并發(fā)送請求包給客戶(hù)（syn=k,ack=j+1），此時(shí)進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)。當服務(wù)器未收到客戶(hù)端的確認包時(shí)，重發(fā)請求包，一直到超時(shí)，才將此條目從未連接隊列刪除。配合IP欺騙，SYN攻擊能達到很好的效果，通常，客戶(hù)端在短時(shí)間內偽造大量不存在的IP地址，向服務(wù)器不斷地發(fā)送syn包，服務(wù)器回復確認包，并等待客戶(hù)的確認，由于源地址是不存在的，服務(wù)器需要不斷的重發(fā)直至超時(shí)，這些偽造的SYN包將長(cháng)時(shí)間占用未連接隊列，正常的SYN請求被丟棄，目標系統運行緩慢，嚴重者引起網(wǎng)絡(luò )堵塞甚至系統癱瘓。
三、SYN攻擊工具
SYN攻擊實(shí)現起來(lái)非常的簡(jiǎn)單，互聯(lián)網(wǎng)上有大量現成的SYN攻擊工具。
1、windows系統下的SYN工具
以synkill.exe為例，運行工具，選擇隨機的源地址和源端囗，并填寫(xiě)目標機器地址和TCP端囗，激活運行，很快就會(huì )發(fā)現目標系統運行緩慢。如果攻擊效果不明顯，可能是目標機器并未開(kāi)啟所填寫(xiě)的TCP端囗或者防火墻拒絕訪(fǎng)問(wèn)該端囗，此時(shí)可選擇允許訪(fǎng)問(wèn)的TCP端囗，通常，windows系統開(kāi)放tcp139端囗，UNIX系統開(kāi)放tcp7、21、23等端囗。
四、檢測SYN攻擊
檢測SYN攻擊非常的方便，當你在服務(wù)器上看到大量的半連接狀態(tài)時(shí)，特別是源IP地址是隨機的，基本上可以斷定這是一次SYN攻擊。我們使用系統自帶的netstat 工具來(lái)檢測SYN攻擊：
# netstat -n -p TCP
tcp 0 0 10.11.11.11:23 124.173.152.8:25882 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 236.15.133.204:2577 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 127.160.6.129:51748 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 222.220.13.25:47393 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 212.200.204.182:60427 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 232.115.18.38:278 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 239.116.95.96:5122 SYN_RECV -
tcp 0 0 10.11.11.11:23 236.219.139.207:49162 SYN_RECV -
...
上面是在LINUX系統中看到的，很多連接處于SYN_RECV狀態(tài)（在WINDOWS系統中是SYN_RECEIVED狀態(tài)），源IP地址都是隨機的，表明這是一種帶有IP欺騙的SYN攻擊。
我們也可以通過(guò)下面的命令直接查看在LINUX環(huán)境下某個(gè)端囗的未連接隊列的條目數：
?。etstat -n -p TCP | grep SYN_RECV | grep :22 | wc -l
324
顯示TCP端囗22的未連接數有324個(gè)，雖然還遠達不到系統極限，但應該引起管理員的注意。
五、SYN攻擊防范技術(shù)
關(guān)于SYN攻擊防范技術(shù)，人們研究得比較早。歸納起來(lái)，主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是通過(guò)防火墻、路由器等過(guò)濾網(wǎng)關(guān)防護，另一類(lèi)是通過(guò)加固TCP/IP協(xié)議棧防范.但必須清楚的是，SYN攻擊不能完全被阻止，我們所做的是盡可能的減輕SYN攻擊的危害，除非將TCP協(xié)議重新設計。
1、過(guò)濾網(wǎng)關(guān)防護
這里，過(guò)濾網(wǎng)關(guān)主要指明防火墻，當然路由器也能成為過(guò)濾網(wǎng)關(guān)。防火墻部署在不同網(wǎng)絡(luò )之間，防范外來(lái)非法攻擊和防止保密信息外泄，它處于客戶(hù)端和服務(wù)器之間，利用它來(lái)防護SYN攻擊能起到很好的效果。過(guò)濾網(wǎng)關(guān)防護主要包括超時(shí)設置，SYN網(wǎng)關(guān)和SYN代理三種。
■網(wǎng)關(guān)超時(shí)設置：防火墻設置SYN轉發(fā)超時(shí)參數（狀態(tài)檢測的防火墻可在狀態(tài)表里面設置），該參數遠小于服務(wù)器的timeout時(shí)間。當客戶(hù)端發(fā)送完SYN包，服務(wù)端發(fā)送確認包后（SYN＋ACK），防火墻如果在計數器到期時(shí)還未收到客戶(hù)端的確認包（ACK），則往服務(wù)器發(fā)送RST包，以使服務(wù)器從隊列中刪去該半連接。值得注意的是，網(wǎng)關(guān)超時(shí)參數設置不宜過(guò)小也不宜過(guò)大，超時(shí)參數設置過(guò)小會(huì )影響正常的通訊，設置太大，又會(huì )影響防范SYN攻擊的效果，必須根據所處的網(wǎng)絡(luò )應用環(huán)境來(lái)設置此參數。
■SYN網(wǎng)關(guān)：SYN網(wǎng)關(guān)收到客戶(hù)端的SYN包時(shí)，直接轉發(fā)給服務(wù)器；SYN網(wǎng)關(guān)收到服務(wù)器的SYN/ACK包后，將該包轉發(fā)給客戶(hù)端，同時(shí)以客戶(hù)端的名義給服務(wù)器發(fā)ACK確認包。此時(shí)服務(wù)器由半連接狀態(tài)進(jìn)入連接狀態(tài)。當客戶(hù)端確認包到達時(shí)，如果有數據則轉發(fā)，否則丟棄。事實(shí)上，服務(wù)器除了維持半連接隊列外，還要有一個(gè)連接隊列，如果發(fā)生SYN攻擊時(shí)，將使連接隊列數目增加，但一般服務(wù)器所能承受的連接數量比半連接數量大得多，所以這種方法能有效地減輕對服務(wù)器的攻擊。
■SYN代理：當客戶(hù)端SYN包到達過(guò)濾網(wǎng)關(guān)時(shí)，SYN代理并不轉發(fā)SYN包，而是以服務(wù)器的名義主動(dòng)回復SYN/ACK包給客戶(hù)，如果收到客戶(hù)的ACK包，表明這是正常的訪(fǎng)問(wèn)，此時(shí)防火墻向服務(wù)器發(fā)送ACK包并完成三次握手。SYN代理事實(shí)上代替了服務(wù)器去處理SYN攻擊，此時(shí)要求過(guò)濾網(wǎng)關(guān)自身具有很強的防范SYN攻擊能力。
2、加固tcp/ip協(xié)議棧
防范SYN攻擊的另一項主要技術(shù)是調整tcp/ip協(xié)議棧，修改tcp協(xié)議實(shí)現。主要方法有SynAttackProtect保護機制、SYNcookies技術(shù)、增加最大半連接和縮短超時(shí)時(shí)間等。tcp/ip協(xié)議棧的調整可能會(huì )引起某些功能的受限，管理員應該在進(jìn)行充分了解和測試的前提下進(jìn)行此項工作。
■SynAttackProtect機制
為防范SYN攻擊，win2000系統的tcp/ip協(xié)議棧內嵌了SynAttackProtect機制，Win2003系統也采用此機制。SynAttackProtect機制是通過(guò)關(guān)閉某些socket選項，增加額外的連接指示和減少超時(shí)時(shí)間，使系統能處理更多的SYN連接，以達到防范SYN攻擊的目的。默認情況下，Win2000操作系統并不支持SynAttackProtect保護機制，需要在注冊表以下位置增加SynAttackProtect鍵值：
HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters
當SynAttackProtect值（如無(wú)特別說(shuō)明，本文提到的注冊表鍵值都為十六進(jìn)制）為0或不設置時(shí)，系統不受SynAttackProtect保護。
當SynAttackProtect值為1時(shí)，系統通過(guò)減少重傳次數和延遲未連接時(shí)路由緩沖項（route cache entry）防范SYN攻擊。
當SynAttackProtect值為2時(shí)（Microsoft推薦使用此值），系統不僅使用backlog隊列，還使用附加的半連接指示，以此來(lái)處理更多的SYN連接，使用此鍵值時(shí)，tcp/ip的TCPInitialRTT、window size和可滑動(dòng)窗囗將被禁止。
我們應該知道，平時(shí)，系統是不啟用SynAttackProtect機制的，僅在檢測到SYN攻擊時(shí)，才啟用，并調整tcp/ip協(xié)議棧。那么系統是如何檢測SYN攻擊發(fā)生的呢？事實(shí)上，系統根據TcpMaxHalfOpen,TcpMaxHalfOpenRetried和TcpMaxPortsExhausted三個(gè)參數判斷是否遭受SYN攻擊。
TcpMaxHalfOpen 表示能同時(shí)處理的最大半連接數，如果超過(guò)此值，系統認為正處于SYN攻擊中。Win2000 server默認值為100，Win2000 Advanced server為500。
TcpMaxHalfOpenRetried定義了保存在backlog隊列且重傳過(guò)的半連接數，如果超過(guò)此值，系統自動(dòng)啟動(dòng)SynAttackProtect機制。Win2000 server默認值為80，Win2000 Advanced server為400。
TcpMaxPortsExhausted 是指系統拒絕的SYN請求包的數量，默認是5。
如果想調整以上參數的默認值，可以在注冊表里修改（位置與SynAttackProtect相同）
■ SYN cookies技術(shù)
我們知道，TCP協(xié)議開(kāi)辟了一個(gè)比較大的內存空間backlog隊列來(lái)存儲半連接條目，當SYN請求不斷增加，并這個(gè)空間，致使系統丟棄SYN連接。為使半連接隊列被塞滿(mǎn)的情況下，服務(wù)器仍能處理新到的SYN請求，SYN cookies技術(shù)被設計出來(lái)。
SYN cookies應用于linux、FreeBSD等操作系統，當半連接隊列滿(mǎn)時(shí)，SYN cookies并不丟棄SYN請求，而是通過(guò)加密技術(shù)來(lái)標識半連接狀態(tài)。
在TCP實(shí)現中，當收到客戶(hù)端的SYN請求時(shí)，服務(wù)器需要回復SYN＋ACK包給客戶(hù)端，客戶(hù)端也要發(fā)送確認包給服務(wù)器。通常，服務(wù)器的初始序列號由服務(wù)器按照一定的規律計算得到或采用隨機數，但在SYNcookies中，服務(wù)器的初始序列號是通過(guò)對客戶(hù)端IP地址、客戶(hù)端端囗、服務(wù)器IP地址和服務(wù)器端囗以及其他一些安全數值等要素進(jìn)行hash運算，加密得到的，稱(chēng)之為cookie。當服務(wù)器遭受SYN攻擊使得backlog隊列滿(mǎn)時(shí)，服務(wù)器并不拒絕新的SYN請求，而是回復cookie（回復包的SYN序列號）給客戶(hù)端，如果收到客戶(hù)端的ACK包，服務(wù)器將客戶(hù)端的ACK序列號減去1得到cookie比較值，并將上述要素進(jìn)行一次hash運算，看看是否等于此cookie。如果相等，直接完成三次握手（注意：此時(shí)并不用查看此連接是否屬于backlog隊列）。
在RedHat linux中，啟用SYN cookies是通過(guò)在啟動(dòng)環(huán)境中設置以下命令來(lái)完成：
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies
■ 增加最大半連接數
大量的SYN請求導致未連接隊列被塞滿(mǎn)，使正常的TCP連接無(wú)法順利完成三次握手，通過(guò)增大未連接隊列空間可以緩解這種壓力。當然backlog隊列需要占用大量的內存資源，不能被無(wú)限的擴大。
WIN2000：除了上面介紹的TcpMaxHalfOpen,TcpMaxHalfOpenRetried參數外，WIN2000操作系統可以通過(guò)設置動(dòng)態(tài)backlog(dynamicbacklog)來(lái)增大系統所能容納的最大半連接數，配置動(dòng)態(tài)backlog由AFD.SYS驅動(dòng)完成，AFD.SYS是一種內核級的驅動(dòng)，用于支持基于window socket的應用程序，比如ftp、telnet等。AFD.SYS在注冊表的位置：
HKLM\System\CurrentControlSet\Services\AFD\ParametersEnableDynamicBacklog值為1時(shí)，表示啟用動(dòng)態(tài)backlog，可以修改最大半連接數?！?br>
MinimumDynamicBacklog表示半連接隊列為單個(gè)TCP端囗分配的最小空閑連接數，當該TCP端囗在backlog隊列的空閑連接小于此臨界值時(shí)，系統為此端囗自動(dòng)啟用擴展的空閑連接（DynamicBacklogGrowthDelta），Microsoft推薦該值為20。
MaximumDynamicBacklog是當前活動(dòng)的半連接和空閑連接的和，當此和超過(guò)某個(gè)臨界值時(shí)，系統拒絕SYN包，Microsoft推薦MaximumDynamicBacklog值不得超過(guò)2000。
DynamicBacklogGrowthDelta值是指擴展的空閑連接數，此連接數并不計算在MaximumDynamicBacklog內，當半連接隊列為某個(gè)TCP端囗分配的空閑連接小于MinimumDynamicBacklog時(shí)，系統自動(dòng)分配DynamicBacklogGrowthDelta所定義的空閑連接空間，以使該TCP端囗能處理更多的半連接。Microsoft推薦該值為10。
LINUX：Linux用變量tcp_max_syn_backlog定義backlog隊列容納的最大半連接數。在Redhat7.3中，該變量的值默認為256，這個(gè)值是遠遠不夠的，一次強度不大的SYN攻擊就能使半連接隊列占滿(mǎn)。我們可以通過(guò)以下命令修改此變量的值：
# sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog="2048"
Sun Solaris Sun Solaris用變量tcp_conn_req_max_q0來(lái)定義最大半連接數，在Sun Solaris 8中，該值默認為1024，可以通過(guò)add命令改變這個(gè)值：
# ndd -set /dev/tcp tcp_conn_req_max_q0 2048
HP-UX：HP-UX用變量tcp_syn_rcvd_max來(lái)定義最大半連接數，在HP-UX 11.00中，該值默認為500，可以通過(guò)ndd命令改變默認值：
?。dd -set /dev/tcp tcp_syn_rcvd_max 2048
■縮短超時(shí)時(shí)間
上文提到，通過(guò)增大backlog隊列能防范SYN攻擊；另外減少超時(shí)時(shí)間也使系統能處理更多的SYN請求。我們知道，timeout超時(shí)時(shí)間，也即半連接存活時(shí)間，是系統所有重傳次數等待的超時(shí)時(shí)間總和，這個(gè)值越大，半連接數占用backlog隊列的時(shí)間就越長(cháng)，系統能處理的SYN請求就越少。為縮短超時(shí)時(shí)間，可以通過(guò)縮短重傳超時(shí)時(shí)間（一般是第一次重傳超時(shí)時(shí)間）和減少重傳次數來(lái)實(shí)現。
Win2000第一次重傳之前等待時(shí)間默認為3秒，為改變此默認值，可以通過(guò)修改網(wǎng)絡(luò )接囗在注冊表里的TcpInitialRtt注冊值來(lái)完成。重傳次數由TcpMaxConnectResponseRetransmissions來(lái)定義，注冊表的位置是：HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parametersregistry key。
當然我們也可以把重傳次數設置為0次，這樣服務(wù)器如果在3秒內還未收到ack確認包就自動(dòng)從backlog隊列中刪除該連接條目。
LINUX：Redhat使用變量tcp_synack_retries定義重傳次數，其默認值是5次，總超時(shí)時(shí)間需要3分鐘。
Sun Solaris Solaris 默認的重傳次數是3次，總超時(shí)時(shí)間為3分鐘，可以通過(guò)ndd命令修改這些默認值。
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