五步七招，开启最强DDoS攻防战！

作者介绍

林伟壕，网络安全DevOps新司机，先后在中国电信和网易游戏从事数据网络、网络安全和游戏运维工作。对Linux运维、虚拟化和网络安全防护等研究颇多，目前专注于网络安全自动化检测、防御系统构建。

本文大纲：

1. 可怕的DDoS

2. DDoS攻击科普

3. DDoS防护科普

4. DDoS攻击与防护实践

5. 企业级DDoS清洗系统架构探讨

可怕的DDoS

出于打击报复、敲诈勒索、政治需要等各种原因，加上攻击成本越来越低、效果特别明显等特点，DDoS攻击已经演变成全球性网络安全威胁。

危害

根据卡巴斯基2016Q3的调查报告，DDoS攻击造成61%的公司无法访问其关键业务信息，38%公司无法访问其关键业务，33%的受害者因此有商业合同或者合同上的损失。

趋势

总结起来，现在的DDoS攻击具有以下趋势：

1国际化

现在的DDoS攻击越来越国际化，而我国已经成为仅次于美国的第二大DDoS攻击受害国，而国内来自海外的DDoS攻击源占比也越来越高。 

2超大规模化

因为跨网调度流量越来越方便、流量购买价格越来越低廉，现在DDoS攻击流量规模越来越大。特别是2014年底，某云还遭受了高达450Gbps的攻击。

3市场化

市场化势必带来成本优势，现在各种在线DDoS平台、肉鸡交易渠道层出不穷，使得攻击者能以很低的成本发起规模化攻击。针对流量获取方式的对比可以参考下表。

DDoS攻击科普

DDoS的攻击原理，往简单说，其实就是利用TCP/UDP协议规律，通过占用协议栈资源或者发起大流量拥塞，达到消耗目标机器性能或者网络的目的，下面我们先简单回顾TCP“三次握手”与“四次挥手”以及UDP通信流程。

TCP三次握手与四次挥手

TCP建立连接：三次握手

1.client: syn

2.server: syn+ack

3.client: ack

TCP断开连接：四次挥手

1.client: fin

2.server: ack

3.server: fin

4.client: ack

UDP通信流程 

根据上图可发现，UDP通信是无连接、不可靠的，数据是直接传输的，并没有协商的过程。

攻击原理与攻击危害

按照攻击对象的不同，将攻击原理和攻击危害的分析分成3类，分别是攻击网络带宽资源、应用以及系统。

攻击网络带宽资源：

攻击系统资源：

攻击应用资源：

DDoS防护科普

攻击防护原理

从TCP/UDP协议栈原理介绍DDoS防护原理： 

syn flood：

可以在收到客户端第三次握手reset 、第二次握手发送错误的ack，等Client回复Reset，结合信任机制进行判断。

ack flood：

丢弃三次ack，让对方重连：重发syn建立链接，后续是syn flood防护原理；学习正常ack的源，超过阈值后，该ack没有在正常源列表里面就丢弃ack三次，让对方重连：重发syn建立链接，后续是syn flood防护。

udp flood：

不同层面的防护

1按攻击流量规模分类

较小流量：

小于1000Mbps，且在服务器硬件与应用接受范围之内，并不影响业务的： 利用iptables或者DDoS防护应用实现软件层防护。

大型流量：

大于1000Mbps，但在DDoS清洗设备性能范围之内，且小于机房出口，可能影响相同机房的其他业务的：利用iptables或者DDoS防护应用实现软件层防护，或者在机房出口设备直接配置黑洞等防护策略，或者同时切换域名，将对外服务IP修改为高负载Proxy集群外网IP，或者CDN高仿IP，或者公有云DDoS网关IP，由其代理到RealServer；或者直接接入DDoS清洗设备。

超大规模流量：

在DDoS清洗设备性能范围之外，但在机房出口性能之内，可能影响相同机房的其他业务，或者大于机房出口，已经影响相同机房的所有业务或大部分业务的：联系运营商检查分组限流配置部署情况并观察业务恢复情况。

2按攻击流量协议分类

syn/fin/ack等tcp协议包：

设置预警阀值和响应阀值，前者开始报警，后者开始处理，根据流量大小和影响程度调整防护策略和防护手段，逐步升级。

UDP/DNS query等UDP协议包：

对于大部分游戏业务来说，都是TCP协议的，所以可以根据业务协议制定一份TCP协议白名单，如果遇到大量UDP请求，可以不经产品确认或者延迟跟产品确认，直接在系统层面/HPPS或者清洗设备上丢弃UDP包。

http flood/CC等需要跟数据库交互的攻击：

这种一般会导致数据库或者webserver负载很高或者连接数过高，在限流或者清洗流量后可能需要重启服务才能释放连接数，因此更倾向在系统资源能够支撑的情况下调大支持的连接数。相对来说，这种攻击防护难度较大，对防护设备性能消耗很大。

其他：

icmp包可以直接丢弃，先在机房出口以下各个层面做丢弃或者限流策略。现在这种攻击已经很少见，对业务破坏力有限。

DDoS攻击与防护实践

自建DDoS平台

现在有开源的DDoS平台源代码，只要有足够机器和带宽资源，随时都能部署一套极具杀伤力的DDoS平台，如下图的第三种方案。

发包工具：

下面提供一款常用DDoS客户端的发包代码，可以看到攻击方式非常丰富，ip、端口、tcp flag、包大小都是自定义的。

```

def func():

        os.system("./txDDoS -a "+type+" -d "+ip+" -y "+port+" -f 0x10 -s 10.10.10.10 -l 1300")

if __name__ == "__main__":

  pool = multiprocessing.Pool(processes=int(nbproc))

  for i in xrange(int(nbproc)):

      pool.apply_async(func)

  pool.close()

  pool.join()

```

讲完了DDoS攻击的实现方式，下面介绍如何从iptables、应用自身和高性能代理等角度去防御DDoS攻击。

iptables防护

sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1 &>/dev/null

#打开转发

sysctl -w net.ipv4.tcp_syncookies=1 &>/dev/null

#打开 syncookie （轻量级预防 DOS 攻击）

sysctl -w net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_tcp_timeout_established=3800 &>/dev/null

#设置默认 TCP 连接最大时长为 3800 秒（此选项可以大大降低连接数）

sysctl -w net.ipv4.ip_conntrack_max=300000 &>/dev/n

#设置支持最大连接树为 30W（这个根据你的内存和 iptables 版本来，每个 connection 需要 300 多个字节）

iptables -N syn-flood

iptables -A INPUT -p tcp --syn -j syn-flood

iptables -I syn-flood -p tcp -m limit --limit 3/s --limit-burst 6 -j RETURN

iptables -A syn-flood -j REJECT

#防止SYN攻击 轻量级预防

iptables -A INPUT -i eth0 -p tcp --syn -m connlimit --connlimit-above 15 -j DROP

iptables -A INPUT -p tcp -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT

#防止DOS太多连接进来,可以允许外网网卡每个IP最多15个初始连接,超过的丢弃

应用自身防护

以Nginx为例，限制单个ip请求频率。

http { 

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=one:10m rate=10r/s; //触发条件，所有访问ip 限制每秒10个请求  

server {        

        location  ~ \.php$ { 

            limit_req zone=one burst=5 nodelay;   //执行的动作,通过zone名字对应     }

            }

  location /download/ { 

            limit_conn addr 1;    // 限制同一时间内1个连接，超出的连接返回503              

       } 

      } 

  } 

高性能代理

Haproxy+keepalived

1Haproxy配置

前端：

frontend http

bind 10.0.0.20:80

acl anti_DDoS always_true

#白名单

acl whiteip src -f /usr/local/haproxy/etc/whiteip.lst

#标记非法用户

stick-table type ip size 20k expire 2m store gpc0

tcp-request connection track-sc1 src

tcp-request inspect-delay 5s

#拒绝非法用户建立连接

tcp-request connection reject if anti_DDoS { src_get_gpc0 gt 0 }

后端：

backend xxx.xxx.cn

mode http

option forwardfor

option httplog

balance roundrobin

cookie SERVERID insert indirect

option httpchk GET /KeepAlive.ashx HTTP/1.1\r\nHost:\ server.1card1.cn

acl anti_DDoS always_false

#白名单

acl whiteip src -f /usr/local/haproxy/etc/whiteip.lst

#存储client10秒内的会话速率

stick-table type ip size 20k expire 2m store http_req_rate(10s),bytes_out_rate(10s)

tcp-request content track-sc2 src

#十秒内会话速率超过50个则可疑

acl conn_rate_limit src_http_req_rate(server.1card1.cn) gt 80

#判断http请求中是否存在SERVERID的cookie

acl cookie_present cook(SERVERID) -m found

#标记为非法用户

acl mark_as_abuser sc1_inc_gpc0 gt 0

tcp-request content reject if anti_DDoS !whiteip conn_rate_limit mark_as_abuser

2keepalived配置

global_defs {

    router_id {{ server_id }}

}

vrrp_script chk_haproxy{

    script "/home/proxy/keepalived/{{ project }}/check_haproxy_{{ server_id  }}.sh"

    interval 2

    weight -10

}

vrrp_instance VI_1 {

    state {{ role }}

    interface {{ interface }}

    virtual_router_id 10{{ tag }}  

    priority {{ value }}   

    advert_int 1  

    authentication {

    auth_type PASS

    auth_pass keepalived_DDoS

    track_script {   

        chk_haproxy

    }

}

virtual_ipaddress {

    {{ vip }}/24 dev {{ interface }} label {{ interface }}:{{ tag }}

}

接入CDN高防IP/公有云智能DDoS防御系统

由于CDN高防IP和公有云智能DDoS防御原理比较相近，都是利用代理或者DNS调度的方式进行“引流->清洗->回注”的防御流程，因此将两者合并介绍。

CDN高防IP：

是针对互联网服务器在遭受大流量的DDoS攻击后导致服务不可用的情况下，推出的付费增值服务，用户可以通过配置高防IP，将攻击流量引流到高防IP，确保源站的稳定可靠。通常可以提供高达几百Gbps的防护容量，抵御一般的DDoS攻击绰绰有余。

公有云智能DDoS防御系统：

如下图，主要由以下几个角色组成：

• 调度系统：在DDoS分布式防御系统中起着智能域名解析、网络监控、流量调度等作用。

• 源站：开发商业务服务器。

• 攻击防护点：主要作用是过滤攻击流量，并将正常流量转发到源站。

• 后端机房：在DDoS分布式防御系统中会与攻击防护点配合起来，以起到超大流量的防护作用，提供双重防护的能力。
  

一般CDN或者公有云都有提供邮件、Web系统、微信公众号等形式的申请、配置流程，基本上按照下面的思路操作即可： 

DDoS攻击处理技巧荟萃

1发现

Rsyslog

流量监控报警

查看/var/log/messages（freebsd），/var/log/syslog（debian），是否有被攻击的信息：

*SYN Flood**RST

limit xxx to xxx**

listen queue limit*

查看系统或者应用连接情况，特别是连接数与系统资源占用情况

netstat -antp | grep -i '业务端口' | wc -l

sar -n DEV 

2攻击类型分析

Tcpdump+wireshark：

使用Tcpdump实时抓包给wireshark进行解析，有了wireshark实现自动解析和可视化展示，处理效率非一般快。

Tcpdump -i eth0 -w test.pcap

比如通过目标端口和特殊标记识别ssdp flood：

udp.dstport == 1900

(udp contains "HTTP/1.1") and (udp contains 0a:53:54:3a)

高效的DDoS攻击探测与分析工具FastNetMon：

也可以使用FastNetMon进行实时流量探测和分析，直接在命令行展示结果，但是如果攻击流量很大，多半是派不上用场了。

攻击溯源：

Linux服务器上开启uRPF 反向路径转发协议，可以有效识别虚假源ip，将虚假源ip流量抛弃。另外，使用unicast稀释攻击流量，因为unicast的特点是源-目的=1:n，但消息只会发往离源最近的节点，所以可以把攻击引导到某个节点，确保其他节点业务可用。

1. 对于Input方向的数据包，检查访问控制列表ACL是否允许通过；

2. 按照Unicast RPF检查是否由最优路径抵达；

3. Forwarding Information Base（FIB）查找；

4. 对于Output方向，检查访问控制列表ACL是否允许通过；

5. 转发数据包。
   

企业级DDoS清洗系统架构探讨

自研

使用镜像/分光（采集）+sflow/netflow（分析）+DDoS清洗设备（清洗）三位一体的架构是目前很多企业采用的防D架构，但是一般只适用于有自己机房或者在IDC业务规模比较大的企业。

如下图所示，在IDC或者自建机房出口下通过镜像/分光采集流量，集中到异常流量监测系统中进行分析，一旦发现异常流量，则与DDoS清洗设备进行联动，下发清洗规则和路由规则进行清洗。

商用

现在很多网络设备厂商/安全厂商都有成体系的流量采集、异常流量检测和清洗产品，比如绿盟、华为等，相关产品在业界都很出名且各有市场，愿意通过采购构建企业DDoS防护体系的企业可以了解、购买相应的产品，这里不多赘述。

至此，DDoS攻击与防御：从原理到实践第一部分介绍完毕，欢迎大家多提真知灼见。

参考资料

1. 走近科学：揭秘在线DDoS攻击平台（上、下）

   http://www.freebuf.com/special/107119.html

   http://www.freebuf.com/news/107916.html

2. 卡巴斯基DDoS调查报告

   https://securelist.com/analysis/quarterly-malware-reports/76464/kaspersky-DDoS-intelligence-report-for-q3-2016/

3. DDoS攻击报道

   http://tech.huanqiu.com/cloud/2014-12/5288347.html

4. 高效的DDoS攻击探测与分析工具FastNetMon http://www.freebuf.com/news/67204.html

5. 腾讯宙斯盾系统构建之路

   https://security.tencent.com/index.php/blog/msg/62

6. 鲍旭华等《破坏之王:DDoS攻击与防范深度剖析》

相关专题：

精选专题（官网：dbaplus.cn）

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