TCP SYNCookie机制

本篇文章在于浅尝辄止的分析TCP的SYNCookie机制

一个连接的建立需要进行TCP三次握手,如下图所示


三次握手

简单来说,服务端收到客户端的SYN包之后,将连接放到半连接队列中, 当服务端再次收到客户端的ACK包之后,会将连接从半连接队列移到全连接队列中, 这样服务端的程序调用accept()方法的时候,就可以从全连接队列中获取到连接了.

这里要提到SYN Flood, 如果一个客户端在短时间内发送大量的SYN包给服务端,而且不发送ACK包给服务端, 这样会导致服务端的半连接队列很快就被填满了, 间接导致其他客户端无法与服务端完成三次握手.

接下来,通过实验模拟这样的场景,以及如何解决它.

【实验】
一台ubuntu-20.04机器作为服务端(IP=192.168.0.103), 一台Kali机器作为客户端(IP=192.168.0.102)

首先,需要修改一个服务端的配置文件(/etc/sysctl.conf),修改的文件内容如下


/etc/sysctl.conf

如果sysctl.conf文件中没有对应的属性值则自己手动添加

属性值的含义如下
net.ipv4.tcp_syncookies = 0 表示不开启SYNCookie机制
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 5 设置半连接队列大小
net.core.somaxconn = 5 设置全连接队列大小

这里只是将半连接队列和全连接队列设置的小了一些, 除此之外没有其他特殊原因

接下来,在服务端,使用Python语言搭建一个简单的Server程序,代码如下

import socket
server=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('192.168.0.103',8082))
server.listen(5)
图片.png

程序监听在8082端口

然后在客户端机器上,通过netwox命令,向服务端持续发送SYN包,模拟SYN Flood


发起SYN Flood攻击

以上命令会向192.168.0.103机器的8082端口发送SYN包

通过 apt install netwox 安装netwox命令

接下来, 我们看一下服务端的一些现象

在服务端执行 netstat -s | grep LISTEN 命令,可以查看半连接队列的情况

半连接队列已经满了

可以发现,被丢弃的SYN包的数量一直在增长. 因为客户端一直在向服务端发送SYN包, 当半连接队列满了之后,后面的SYN包只能被丢弃

在服务端执行 sudo tcpdump -nn -i enp0s8 port 8082 命令,如下图

图片.png

192.168.0.103属于enp0s8网卡

可以发现, 客户端一直发送SYN包给服务端

而且通过查看系统日志,比如使用dmesg命令或者查看 /var/log/kern.log文件,能够发现如下一行信息

系统日志

TCP: request_sock_TCP: Possible SYN flooding on port 8082. Dropping request.
大概意思是,在8082端口可能发生了SYN Flood攻击, 请求被丢弃了.

假如我们有另外一个客户端,向服务端正常的发送三次握手,比如执行 telnet 192.168.0.103 8082 命令


图片.png

它会一直处于连接中,直到超时失败.

【总结】 由于半连接队列满了,导致客户端无法与服务端建立连接

针对上面的情况,TCP给出了一个解决思路,修改服务端的配置文件(/etc/sysctl.conf),将 net.ipv4.tcp_syncookies = 1 ,表示开启SYNCookie机制, 其他的无需修改, 继续上面的实验

通过 netstat -s | grep LISTEN 命令,可以发现SYN包没有再被丢弃 (被丢弃的数量没有发生变化)

图片.png

再次通过dmesg命令查看系统日志,发现如下一行信息

系统日志

TCP: request_sock_TCP: Possible SYN flooding on port 8082. Sending cookies.
大概意思是,在8082端口可能发生了SYN Flood攻击, 发送了cookies.

是因为在服务端开启了SYNCookie机制, 即便半连接队列满了, 通过Cookie机制,依然可以保证让客户端连接到服务端.

这个时候通过另外一个客户端执行 telnet 192.168.0.103 8082 命令,是可以正常连接到服务端的,如下图

成功连接到服务端

【总结】开启TCP的SYN Cookie机制,即便半连接队列满了,客户端也可以成功与服务端建立连接

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