TCP的同步攻击（SYN Flood Attack）与防护机制详解

一、SYN Flood攻击描述
SYN Flood是一种典型的DDoS攻击，利用TCP三次握手的缺陷消耗服务器资源。攻击者伪造大量源IP的SYN报文发送给服务器，服务器响应SYN-ACK后，由于源IP不可达或不存在，无法收到最终的ACK，导致半连接队列（SYN队列）被占满，合法用户无法建立连接。

二、攻击原理分析

1. 正常三次握手流程：
   • 客户端发送SYN→服务器分配连接资源（进入SYN_RCVD状态）并回复SYN-ACK
   • 客户端回复ACK→连接建立（进入ESTABLISHED状态）
2. 攻击漏洞：
   • 服务器在收到SYN后需维持半连接状态约30秒至2分钟（取决于系统超时设置）
   • 半连接队列大小有限（如Linux默认1024），队列满时拒绝新连接
3. 攻击特征：
   • 伪造源IP使SYN-ACK发送到无效地址
   • 快速发送大量SYN报文耗尽队列资源

三、攻击影响

1. 服务器CPU和内存因处理半连接而过载
2. 正常用户收到"Connection timeout"或"Server unavailable"错误
3. 可能触发系统崩溃或服务重启

四、防护机制详解
1. SYN Cookie机制

• 原理：服务器不立即分配资源，而是通过哈希计算生成序列号作为SYN-ACK的初始序列号
  • 哈希参数：源/目标IP端口、时间戳、密钥（防止预测）
  • 客户端返回ACK时，服务器验证序列号合法性再分配资源
• 优点：完全防御队列耗尽攻击
• 缺点：
  • 禁用TCP选项（如MSS）因未存储握手信息
  • 计算开销稍大（现代CPU可忽略）

2. 防火墙与入侵检测系统（IDS/IPS）

• 速率限制：监测单位时间内SYN报文数量，超过阈值则丢弃或延迟处理
• 特征过滤：识别异常模式（如同一源IP高频发送SYN但无后续ACK）
• 黑名单动态更新：自动封锁攻击源IP段

3. 连接队列优化

• 调整队列大小：根据服务器性能增大net.ipv4.tcp_max_syn_backlog（Linux）
• 缩短超时时间：减少半连接等待时长（如设置net.ipv4.tcp_synack_retries=2）

4. 负载均衡与云防护

• 流量清洗：通过云端过滤恶意流量，仅转发合法请求到源服务器
• Anycast技术：分散攻击流量到多个数据中心

五、实践配置示例（Linux系统）

# 启用SYN Cookie  
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies  

# 调整半连接队列大小  
echo 2048 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog  

# 减少SYN-ACK重试次数  
echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries  

六、总结
SYN Flood攻击本质是利用协议状态机的资源分配漏洞。防护需结合多层次策略：协议层（SYN Cookie）、系统层（参数调优）、网络层（流量控制）。现代防护方案常整合硬件加速的SYN Cookie与云端清洗服务，以应对大规模攻击。