SYN Flood 攻击：难以遏制的网络威胁(图文)

1. 概念

SYN Flood 攻击是一种典型的拒绝服务攻击方式，利用 TCP 协议缺陷，发送大量伪造的 TCP 连接请求，使被攻击方资源耗尽，最终导致系统或服务器宕机。

2. 种类

（1）Direct Attack：攻击方使用固定的源地址发起攻击，消耗最小。
（2）Spoofing Attack：攻击方使用变化的源地址发起攻击，需不断修改源地址，消耗也不大。
（3）Distributed Direct Attack：利用僵尸网络进行固定源地址攻击。

3. 攻击原理

TCP 连接建立需三次握手。首先客户端发送包含 SYN 标志的报文请求连接，服务器收到后返回 SYN+ACK 报文表示接受请求并要求客户端确认。客户端再返回 ACK 报文完成连接。SYN Flood 攻击正是利用了这个过程，攻击者发送大量伪造源地址的 SYN 数据包，服务器在发出 SYN+ACK 应答报文后无法收到客户端的 ACK 报文。服务器一般会重试并等待一段时间后丢弃未完成的连接，这个等待时间称为 SYN Timeout，通常为分钟量级（大约 30 秒 - 2 分钟）。如果有大量这样的等待丢失情况发生，服务器将为维护大量半连接请求而消耗大量资源。例如，服务器可能需要保存并遍历大量半连接，这会消耗很多 CPU 时间和内存。同时，服务器还不断对列表中的 IP 进行 SYN+ACK 的重试，负载会变得非常巨大。如果服务器的 TCP/IP 栈不够强大，可能会导致堆栈溢出崩溃。此时，正常用户的请求会被服务器忽略，表现为打开页面缓慢或服务器无响应。

二、攻击的危害与表现

（一）服务器的困境

SYN Flood 攻击会使服务器陷入严重的困境。当遭受攻击时，服务器由于无法收到大量伪造连接请求的 ACK 报文，导致其无法提供正常服务。正常的连接请求会被拒绝或者超时，用户在尝试访问受攻击的服务器时，可能会遇到页面无法打开、加载缓慢或者直接报错的情况。
通过命令检查可以发现大量处于半连接状态的条目。例如，可以在终端通过netstat -n -p tcp来查看服务器的 TCP 连接情况。在正常情况下，SYN_RECEIVED 状态的条目应该很少或者没有，但在遭受 SYN Flood 攻击时，会出现大量的 SYN_RECEIVED 条目，这表明服务器很可能正在遭受攻击。因为 SYN Flood 攻击一般使用随机源 IP，服务器回应的 SYN - ACK 报文得不到回应，导致服务器会使用大量内存去处理这些 TCP 连接。据统计，在一些严重的攻击案例中，服务器可能会因为处理这些半连接而消耗超过 70% 的内存资源，极大地影响了服务器的性能和稳定性。

（二）网络的瘫痪风险

SYN Flood 攻击不仅会影响单个服务器，还可能导致整个网络瘫痪，给企业和各类网络平台带来巨大的影响。当大量服务器同时遭受攻击时，网络中的数据流量会急剧增加，占用大量的网络带宽。这不仅会使受攻击的服务器无法正常通信，还可能影响到其他正常的网络设备和服务。
对于企业来说，网络瘫痪可能导致业务中断，影响生产效率和客户满意度。例如，在线购物平台如果遭受 SYN Flood 攻击，可能会导致用户无法下单、支付或者查询订单状态，给企业带来巨大的经济损失。对于各类网络平台，如社交媒体、在线游戏等，网络瘫痪会影响用户体验，导致用户流失。据不完全统计，一次大规模的 SYN Flood 攻击可能会使一个中型企业的网络瘫痪数小时甚至数天，造成数十万元甚至上百万元的经济损失。

三、常见防御措施

（一）黑名单与监视

对 SYN 包进行监视是一种常见的防御手段。当发现某个 IP 发起了较多的攻击报文时，可以将这个 IP 列入黑名单，以阻止其继续发起攻击。然而，实际情况中，即使设置了黑名单，攻击者可能会采用不断变换 IP 地址的方式继续发动攻击，导致设置黑名单后仍然可能遭受攻击。例如，在一些攻击案例中，攻击者利用僵尸网络，不断切换不同的 IP 地址发起 SYN Flood 攻击，使得黑名单的防御效果大打折扣。

（二）技术手段防御

• 延缓 TCB 分配：消耗服务器资源主要是因为当 SYN 数据报文一到达，系统立即分配 TCB。而 SYN Flood 由于很难建立起正常连接，当正常连接建立起来后再分配 TCB 可以有效地减轻服务器资源的消耗。

• 无效连接监视释放：不停监视系统的半开连接和不活动连接，当达到一定阈值时拆除这些连接，从而释放系统资源。但这种方法可能会误释放正常连接，属于入门级的 SYN Flood 方法。

• 使用 Syn Cache 和 Syn Cookie 技术：

• • Syn Cache 技术：在收到 SYN 数据报文时不急于分配 TCB，而是先回应一个 SYN ACK 报文，并在专用 HASH 表（Cache）中保存半开连接信息，直到收到正确的回应 ACK 报文再分配 TCB。例如，在 FreeBSD 系统中，这种 Cache 每个半开连接只需使用 160 字节，远小于 TCB 所需的 736 个字节。

• • Syn Cookie 技术：完全不使用任何存储资源，使用特殊算法生成 Sequence Number。在收到对方的 ACK 报文后，重新计算看其是否与对方回应报文中的（Sequence Number - 1）相同，从而决定是否分配 TCB 资源。

（三）防火墙的作用

防火墙在防御 SYN Flood 攻击中起着重要作用。防火墙采用 SYN 代理功能，对试图穿越的 SYN 请求进行验证后才放行。防火墙在确认了连接的有效性后，才向内部的服务器发起 SYN 请求，所有的无效连接均无法到达内部的服务器。例如，可以结合 Syn Cookie 或 Syn Proxy 等技术来验证连接的有效性。Syn Proxy 在服务器前端的防火墙上使用，当防火墙收到 syn 包，自己就回复一个 syn - ack 的包给发起方，在自己内部建立连接。等发起方将 ack 包返回后，再重新构造 syn 包发给服务器，建立真正的 tcp 连接。

（四）内核参数调整

通过修改服务器内核参数可以缓解 SYN Flood 攻击。例如，设置net.ipv4.tcp_max_syn_backlog变量，它告诉在内存中可以缓存多少个 SYN 请求，该变量需要打开tcp_syncookies才有效。如果服务器负载很高，可以尝试提高该变量的值。net.ipv4.tcp_synack_retries变量用于 TCP 三次握手机制中第二次握手，设置发送 SYN + ACK 包的次数，超过这个次数，服务端将放弃连接。默认值是 5。net.ipv4.tcp_abort_on_overflow变量的值是个布尔值，默认值为 0（FALSE 关闭）。如果开启，当服务端接收新连接的速度变慢时，服务端会发送 RST 包给客户端，令客户端重新连接。

（五）限制连接数

使用 iptables 可以限制单 IP 并发数、C 类子网并发数和单位时间内连接数等。例如，限制单个地址的并发连接数量可以使用iptables -t filter -A INPUT -p tcp --dport 80 --tcp-flags FIN,SYN,RST,ACK SYN -m connlimit --connlimit-above 10 --connlimit-mask 32 -j REJECT。限制单个 c 类子网的并发链接数量可以使用iptables -t filter -A INPUT -p tcp --dport 80 --tcp-flags FIN,SYN,RST,ACK SYN -m connlimit --connlimit-above 10 --connlimit-mask 24 -j REJECT。设置单位时间内连接数可以使用iptables -t filter -A INPUT -p tcp --dport 80 -m --state --syn -m recent --set和iptables -t filter -A INPUT -p tcp --dport 80 -m --state --syn -m recent --update --seconds 60 --hitcount 30 -j DROP。

四、应对困境的探索

（一）设置黑名单后的困境

尽管设置黑名单是一种常见的防御手段，但在实际应用中，攻击者往往会采用不断变换 IP 地址的方式继续发动攻击，使得黑名单的防御效果大打折扣。例如，攻击者可能利用僵尸网络，短时间内从大量不同的 IP 地址发起 SYN Flood 攻击，导致服务器在将这些 IP 加入黑名单的过程中，新的攻击 IP 又不断出现，难以完全阻止攻击。

（二）旁路设备的设想

旁路设备可以作为一种新的解决思路。旁路设备通过镜像流量，对网络中的数据包进行实时监测。当发现 SYN 超时后，发送特殊包给服务器，释放服务器上的半连接。这样可以避免服务器因大量半连接而消耗过多资源。例如，假设一个企业网络遭受 SYN Flood 攻击，通过部署旁路设备，可以在不影响正常网络流量的情况下，及时检测到超时的 SYN 请求，并向服务器发送特殊包，快速释放半连接资源。据相关测试数据显示，在一些实际应用场景中，旁路设备能够有效减少服务器处理半连接的时间，提高服务器的响应速度和稳定性。

（三）未来可能的发展方向

面对设置黑名单后仍在攻击的情况，除了旁路设备的设想，未来还可以探索更多的防御手段。例如，结合人工智能和机器学习技术，对网络流量进行更智能的分析和识别，快速准确地判断攻击流量并采取相应的防御措施。同时，不断改进和优化现有的防御技术，如 Syn Cookie、Syn Proxy 等，提高其防御效果和稳定性。此外，加强网络安全意识教育，提高用户和企业对网络攻击的认识和防范能力，也是应对 SYN Flood 攻击的重要方向之一。
 

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