《计算机网络安全》实验报告一现代网络安全挑战拒绝服务与分布式拒绝服务攻击的演变与防御策略（1）

当今网络安全领域面临着众多挑战，其中拒绝服务（DoS）和分布式拒绝服务（DDoS）攻击是最为严重的问题之一。DoS攻击通过发送非法数据使系统瘫痪，而DDoS攻击则利用多个被控制的设备同时发起攻击，其破坏力更强且更具隐蔽性。这些攻击方式会导致目标系统资源耗尽，给受害者带来巨大的经济损失。随着攻击手段的不断演变，加强网络安全防护，提高对DoS和DDoS攻击的防御能力，已经成为网络安全领域亟需解决的任务。

本文的目的在于深入探讨拒绝服务（DoS）与分布式拒绝服务（DDoS）攻击的演变趋势，并提出针对这些攻击的防御策略。通过对攻击手法的分析，我们可以理解其背后的原理和技术变化，从而提出更为有效的防御措施。这将为网络安全领域提供理论支持和实践指导，帮助网络安全专家更好地应对日益复杂的威胁。

拒绝服务（DoS）和分布式拒绝服务（DDoS）攻击的演变趋势日益严峻，攻击手法不断变得更加复杂多变。攻击者利用新型技术手段发起更为隐蔽和高效的攻击。与此同时，攻击规模也在不断扩大，涉及的攻击节点和受害目标数量显著增加，给网络安全带来了巨大挑战。然而，传统的网络安全防御措施在面对这些复杂多变的攻击时，往往存在明显的局限性，无法提供有效的防护。因此，我们需要不断更新和完善防御策略，提升网络安全防护能力，以应对日益严重的拒绝服务与分布式拒绝服务攻击威胁，确保网络系统的安全和稳定。

本文认为，应对拒绝服务（DoS）和分布式拒绝服务（DDoS）攻击，需采取综合性的防御措施。这包括加强网络安全意识培训、优化网络结构和配置以减少攻击面、利用先进的安全技术（如大数据分析、人工智能等）进行实时检测和响应，以及加强国际合作共同对抗网络安全威胁。综合运用这些策略和技术手段，可降低DoS和DDoS攻击风险，提升网络整体安全水平。

**关键词：**拒绝服务攻击，分布式拒绝服务攻击，网络安全防护，防御策略，网络安全威胁

一、研究背景与目的

1.1 介绍拒绝服务（DoS）和分布式拒绝服务（DDoS）攻击的背景

（1）拒绝服务攻击（DoS）

DoS攻击[1]是一种历史悠久的网络攻击手段，其核心在于通过发送非法数据或数据包，使目标系统陷入瘫痪或重新启动状态，从而无法为合法用户提供服务。

攻击者可以采用多种手段，如发送大量无效请求或恶意数据包，来耗尽目标系统的资源，包括带宽、CPU和内存等，从而使其无法处理正常用户的请求。

这种攻击方式可以由单一实体发起，也可与其他攻击手段组合使用，目的在于使目标系统失去服务能力。

（2）分布式拒绝服务攻击（DDoS）

分布式拒绝服务（DDoS）攻击相较于单一拒绝服务（DoS）攻击，DDoS攻击具有更强的破坏力和更高的隐蔽性。DDoS攻击利用大量被控制的计算机或设备作为攻击源，这些通常被称为"僵尸"或"Bot"。

攻击者通过控制这些设备，同时向目标系统发起攻击，使得防御变得更加困难。由于攻击源分散且数量庞大，DDoS攻击在发生时具有很强的隐蔽性，检测与防御难度较高。

DDoS攻击的方式多种多样，包括但不限于ICMP Flood[2]、UDP Flood等。这些攻击手段通过耗尽目标网络宽带资源，使得正常用户无法访问。此外，还有针对应用软件和操作系统漏洞的拒绝服务攻击，攻击者通过频繁访问消耗系统资源，导致服务停止响应。

随着网络技术的不断发展，拒绝服务（DoS）和分布式拒绝服务（DDoS）攻击手段也在不断演变和升级，对网络安全构成了严重威胁。

1.2 阐述这类攻击对网络安全的重要性

（1）有利于保障系统的可用性

DOS和DDOS攻击通过大量无用的请求或流量拥塞目标系统，使其无法处理正常用户的服务请求。这会导致网站瘫痪、服务中断或响应缓慢，严重影响用户体验。保障系统可用性对于维护正常的业务运营至关重要，一旦系统遭受攻击导致服务中断，会导致客户流失、订单丢失等严重后果，对企业造成重大经济损失。

因此，防范DOS和DDOS攻击是确保系统可用性的重要措施之一。通过采用有效的安全防护策略和技术手段，可以及时发现并阻断攻击流量，保障系统的稳定运行。

（2）有利于保证数据的安全性和完整性

DOS和DDOS攻击还会威胁数据的安全与完整性，攻击者可以利用攻击过程中获得的漏洞或敏感信息，进一步实施数据窃取、篡改或破坏等恶意行为。数据的安全与完整性对于企业和组织来说至关重要，敏感数据的泄露会导致商业机密被窃取、客户隐私被侵犯，甚至引发法律纠纷。数据的篡改或破坏则会导致业务决策失误、系统功能紊乱等严重后果。

因此，防范DOS和DDOS攻击是保护数据安全与完整性的重要环节。通过加强网络安全防护，限制非法访问和数据篡改，可以有效降低数据泄露[3]和破坏的风险。

（3）有利于保障业务的稳定运行

对于依赖网络进行业务运营的企业和组织来说，DOS和DDOS攻击会导致业务中断、服务瘫痪，严重影响业务的稳定运行。业务中断不仅会导致客户流失、订单减少等直接经济损失，还会影响企业的声誉和品牌形象，导致长期的负面影响。

因此，防范DOS和DDOS攻击对于保障业务的稳定运行至关重要。通过建立健全的网络安全防护体系，及时发现并应对攻击事件，可以确保业务的连续性和稳定性，减少潜在的经济损失。

（4）有利于预防潜在的一些高级威胁

攻击者可以利用DOS和DDOS攻击作为跳板，进一步实施APT（高级持续性威胁）等更复杂的攻击。APT攻击通常具有长期性、隐蔽性和目标针对性等特点，对企业和组织的网络安全构成严重威胁。通过及时发现并阻断DOS和DDOS攻击，可以降低组织面临APT[4]等高级威胁的风险。

用户信任的下降可能导致客户流失、市场份额减少等负面影响，同时也会影响企业的声誉和品牌形象。因此，通过加强网络安全防护，减少攻击事件的发生，可以提升用户对服务的信任度，维护企业的声誉和品牌形象。这有助于吸引更多潜在用户，提高市场竞争力。

二、现状分析

2.1 DoS和DDoS攻击的类型与手段

2.1.1 描述当前流行的DoS和DDoS攻击类型与手段

Dos攻击类型及手段

（1）带宽攻击

带宽攻击是一种常见的攻击方式，攻击者会利用大量的垃圾数据流填充目标的网络链路。这些攻击流量可以基于TCP、UDP和ICMP协议[5]的报文，具体包括UDP洪水攻击（flooding）、Smurf攻击和Fraggle攻击等。

UDP洪水攻击

UDP洪水攻击是指向目标的特定UDP端口发送大量无用UDP报文，以占满目标的带宽。当目标接收到UDP报文时，系统会确定目标端口对应的进程，如果该端口未打开，系统将生成"ICMP端口不可达"报文发送给源地址。攻击者短时间内向目标端口发送海量报文时，目标系统很可能会瘫痪。

Smurf攻击

Smurf攻击是指攻击者伪造并发送大量源IP地址为受害主机IP地址，目标地址为广播地址的ICMP Echo请求报文。当网络中的每台主机接收到该报文时，都会向受害主机的IP地址发送ICMP Echo应答报文，导致受害主机短时间内收到大量ICMP报文[6]，带宽被消耗殆尽。

Fraggle攻击

Fraggle攻击是Smurf攻击的变种，它使用UDP应答而不是ICMP报文，基于UDP的Chargen或Echo协议实现。当攻击者向网络中的所有主机发送目标端口是19或7的UDP请求报文时，Chargen和Echo服务的主机会发送应答报文给源地址，可能导致源地址主机的带宽被耗尽。

（2）协议攻击

利用网络协议的设计和实现漏洞进行的攻击有多种典型实例，包括SYN洪水攻击、泪滴攻击（Tear Drop）、死亡之Ping（Ping of Death）和land攻击等。

SYN洪水攻击

SYN洪水攻击是指攻击者发送大量伪造的TCP连接请求，使目标主机用于处理三路握手连接的内存资源耗尽，从而停止TCP服务。

发送大量伪造源地址的TCP同步连接请求报文，目标主机在发送同步连接应答报文后，由于源地址是伪造的，目标主机无法收到三路握手的最后确认报文，导致TCP连接无法正确建立。这会导致目标主机的内存被填满，无法响应合法用户的正常连接请求，从而导致服务停止。

（1）请求端（即客户端）会发送一个带有SYN标志的TCP报文，该报文指明了客户端使用的端口及TCP连接的初始序号。

（2）服务器在收到SYN报文后，会回应一个SYN+ACK报文，表示接受客户端的请求，并同时将TCP序号加一并发送。这里的ACK是确认的意思。

（3）客户端再发送一个ACK报文给服务器，TCP序号同样加一并发送。至此，TCP连接建立完成，这一过程在TCP协议中被称为三次握手。

泪滴攻击（Tear Drop）

泪滴攻击[7]（Tear Drop）利用IP协议有关分片的实现漏洞，向目标主机发送分成若干不同分片的IP报文，但不同分片之间有重叠。如果目标系统无法正确识别此类畸形分片，在重组这些分片时容易发生错误导致系统崩溃，从而停止服务。

死亡之Ping（Ping of Death）

死亡之Ping（Ping of Death）是指早期操作系统在实现TCP/IP协议栈时，对报文大小超过64k字节的异常情况没有处理。超过64k的报文，额外的数据就会被写入其他内存区域，从而产生一种典型的缓冲区溢出攻击。攻击者可以发送一个特别构造的超大ping数据包给目标主机，导致目标系统崩溃或服务中断。

（3）逻辑攻击

利用目标系统或服务程序的实现漏洞发起攻击，例如早期的"红色代码"和Nimda蠕虫[8]，是利用Windows 2003的RPC服务漏洞进行的大规模拒绝服务攻击。这种攻击主要消耗目标系统的CPU和内存资源，导致系统无法正常运行，从而使服务不可用。

DDos攻击类型及手段

（1）物理层攻击

物理层攻击主要集中于对传输介质、接口等物理层面的设备实施破坏，进而引发服务的中断。这种攻击方式包括直接损毁传输线路，或是利用电磁干扰（EMI）等手段干扰信号的传输。物理层破坏因其破坏性和难以预测性，在军事领域中的应用较为广泛。

（2）链路层攻击

链路层攻击主要瞄准数据链路，通过带宽耗尽和地址欺骗等手段来破坏服务。例如，利用ARP病毒实施欺骗攻击，或发送大量ARP广播来消耗带宽，这些攻击方式极具威胁性。

在网络配置中，若二层环路存在且未启用生成树协议[9]，可能会导致广播风暴的出现。这种风暴会严重占用链路资源，影响正常流量的传输和应用访问。因此，在网络规划与配置过程中，需加强预防措施，避免此类问题的发生。

（3）网络层攻击

网络层攻击的核心在于利用IP层协议的漏洞，例如通过伪造IP数据包首部的关键字段来发起攻击。这种攻击手段旨在耗尽目标主机的资源，最终导致拒绝服务的情况出现。

ICMP Flood

ICMP Flood是一种流量型的攻击方式，攻击者通过短时间内向目标主机发送大量的ICMP回应请求报文，诱导目标主机对每一个请求进行回复。这种大量的数据交互会迅速导致网络拥堵，消耗主机的系统资源，进而干扰其正常服务。

由于当前许多防火墙会直接过滤ICMP报文，ICMP Flood攻击的实际发生频率相对较低，但这并不意味着它可以被完全忽视，仍需保持警惕并采取适当的防御措施。

Ping of Death

Ping of Death攻击是一种利用超大尺寸ICMP数据包来攻击目标主机的恶意行为。

（1）攻击者会构造超过正常限制（通常是65535字节）的ICMP数据包。

（2）攻击者会向目标主机发送大量这种超大尺寸的ICMP数据包。

（3）由于这些数据包的大小超出了目标主机的处理能力，主机在尝试重新组装这些数据包分片时会遇到困难，这可能导致主机的缓冲区发生溢出。

（4）一旦缓冲区溢出，目标主机的系统稳定性将受到严重影响，最终可能导致系统崩溃或无法正常运行。

因此，Ping of Death攻击是一种非常危险的网络攻击方式，需要引起广大用户的警惕和防范。

Smurf

攻击者通过向子网的广播地址[10]发送一个伪造的ICMP回应请求报文，同时伪装报文的源地址为目标主机的IP地址。这导致子网内的所有主机都会错误地向目标主机发送ICMP响应报文。若子网中主机数量众多，这种大量的响应报文会迅速消耗目标主机的链路带宽和系统资源，最终导致目标主机的服务中断。

Teardrop

IP数据包在网络传输中，若遇到数据包大小超过链路MTU（最大传输单元）的情况，系统会自动将其拆分为多个较小的数据包，即分片。接收端在收到这些分片后，会根据每个分片中的片偏移信息，将它们重新组合成原始的数据包。

攻击者利用这一机制，向目标主机发送两个精心构造的分片。其中，第一个分片的偏移量设置为0，长度为N；而第二个分片的偏移量则故意设置为小于N的值。当目标主机尝试根据这些偏移量重组这些分片时，其TCP/IP堆栈可能会因为需要处理异常大的数据量而分配过多的系统资源。这种情况可能导致系统资源严重短缺，甚至引发目标主机的重启或宕机。

（4）传输层攻击

SYN Flood

SYN Flood攻击是一种利用TCP协议缺陷进行的恶意攻击方式。攻击者通过伪造源IP地址发送大量SYN报文给目标服务器，使服务器不断尝试建立连接但无法完成三次握手过程。由于服务器需要维护大量的半连接列表，这会导致其资源严重消耗，最终无法处理正常的连接请求或造成TCP/IP堆栈溢出崩溃。攻击者可以利用稀疏的IP地址段进行伪装，使得攻击更为难以追踪和防御。

在攻击过程中，攻击者首先发送伪造的"合法SYN消息"给目标系统。由于最后的ACK消息无法到达目标服务器，服务器系统会因半开数据结构被填满而无法接受新的连接。

利用SYN Timeout机制，攻击者可以发送大量伪造IP数据包[11]，使得服务器需要维护庞大的半连接列表，消耗大量CPU和内存资源。服务器会不断对列表中的IP进行SYN-ACK重试，进一步加剧资源消耗。这个过程会重复进行，直到服务器无法处理正常连接请求或发生堆栈溢出崩溃。

Land

Land攻击是一种特定的网络攻击方式，旨在通过消耗处理器资源和网络带宽来使服务器无法正常工作。

在攻击过程中，如果被攻击的服务器的任务管理器被打开，可以观察到CPU使用率迅速攀升至100%，这明确表明Land攻击已经导致服务器的CPU资源被大量消耗。

同时，使用网络分析工具如Sniffer Pro在被攻击计算机上进行监控，可以捕获到异常的TCP数据包。这些数据包的一个显著特征是它们的源IP地址和目标IP地址都是相同的，且均为被攻击计算机的IP地址，这正是Land攻击的典型标志。

（5）应用层攻击

垃圾邮箱

攻击者会利用伪造的IP和电子邮件地址，向同一信箱发送大量内容重复的邮件，这些邮件会迅速填满信箱，导致正常邮件被淹没。

DNS Flood

DNS Flood攻击者会向受攻击的DNS服务器发送大量域名解析请求，这些请求往往涉及随机或不存在的域名。当DNS服务器收到这些请求时，会尝试在本地缓存中查找对应的记录。

若未能找到且无法直接解析该域名，服务器会向上级DNS服务器[12]发起递归查询。这一过程会给DNS服务器带来沉重负担，一旦每秒的解析请求超过一定数量，就会导致服务器解析域名超时。

DHCP Starvation

DHCP Starvation攻击涉及使用伪造的MAC地址来广播DHCP请求，利用如Yersinia等工具可轻松执行此攻击。当发送大量请求时，攻击者能在短时间内耗尽DHCP服务器的地址空间。

Web攻击

CC攻击

CC攻击主要瞄准Web服务器，利用动态网页的特性进行攻击。在用户请求页面时，服务器需完成解析、数据库访问等任务，消耗资源。若攻击者同时发起大量请求，服务器可能因资源耗尽而瘫痪。

理想的DDoS攻击应高效利用资源，避免自损过多，CC攻击中攻击者常利用代理服务器或受控主机发起攻击，请求后立即断开连接，避免接收返回数据。这与SYN Flood攻击相似，攻击者成本低廉，但服务器难以区分正常请求，需耗费大量资源处理。

Cookie攻击

Web Server对HTTP包头设定了长度限制，例如Apache的默认限制为8192字节，这适用于请求头部。若客户端发送的HTTP包头超出此限制，服务器会返回4xx错误。攻击者可能利用XSS攻击，向目标主机注入超长的Cookie，导致目标主机在清除Cookie前无法访问相关域名下的任何页面。

2.1.2 分析DoS和DDoS攻击的特点

DoS攻击的特点

DOS攻击，全称Denial of Service攻击，其目的是使计算机或网络无法提供正常的服务。

发送伪IP

攻击者会发送伪造源IP的SYN数据包，这些数据包通常远大于正常的64字节，可能是上千字节。这种攻击不仅会造成防火墙处理错误，还可能导致防火墙锁死，消耗服务器CPU内存的同时还会堵塞带宽。

此外，攻击者还可能发送伪造的TCP数据包，其TCP头的TCP Flags部分是混乱的，这同样会造成防火墙处理错误并消耗服务器资源。

消耗资源

DOS攻击的本质是故意攻击网络协议的缺陷或直接通过大量请求耗尽被攻击对象的资源。这些资源包括网络带宽、文件系统空间容量、开放的进程或者允许的连接。无论计算机的处理速度多快、内存容量多大、网络带宽的速度多快，都无法完全避免DOS攻击带来的后果。

导致服务中断

由于攻击者大量占用服务器资源，目标计算机或网络可能无法提供正常的服务或资源访问。这可能导致目标系统服务停止响应甚至崩溃，从而无法正常提供服务。

不涉及侵入

DOS攻击并不包括侵入目标服务器或目标网络设备，其目标仅仅是使目标系统无法提供服务。

DDOS攻击的特点

根据Kaspersky的报告显示，可以看出DDoS攻击的持续时间通常较短，绝大多数攻击持续时间都在4小时以下。这表明DDoS攻击主要是短期性的。

根据Webopedia的报告，可知过去发生的最大一次DDoS攻击事件是Memcached反射攻击，峰值达到了每秒1.3T bit的数据，潜在扩张了50000倍。最常见的攻击向量是UDP分片攻击，其攻击类型应该是DDoS反射攻击。流行的反射攻击有DNS、NTP、CHANGEN和SSDP等。

中间攻击的大小在600Mbps到1200Mbps之间，每个被攻击者每个季度会受到41次攻击。DDoS攻击的源头国家前两名是美国和中国，在一个WireX僵尸网络中的结点数达到100000个。由webstresser.org发起的DDoS租借达到400万到600万Mbps。

绝大多数的DDoS攻击都是分片攻击，主要应该是UDP分片攻击，应用攻击和TCP连接的攻击等占比很少。由此可知，UDP分片攻击是DDoS攻击中威胁最大的一类。

由于UDP协议缺乏流量控制和拥塞控制机制，网络中很容易造成UDP报文泛滥，占据大量的网络带宽，导致网络服务无法正常进行，服务器响应缓慢，甚至服务器宕机。虚线的粗细代表数据包的大小，可见数据包都在1Gbps左右，由此可知DDoS攻击是大量的小数据包攻击。

根据全球DDoS攻击的源端口统计，大多数DDoS攻击的源端口是DNS的53端口，与之前提到的绝大多数攻击类型是UDP分片攻击相符，这种攻击方式称为DDoS反射攻击。

Chargen服务放大DDoS攻击的19端口次之，Misc反射和其他端口的攻击较少。由此可知，DDoS反射攻击是当前最常见的攻击类型，与前文引用的Webopedia报告相符。

根据全球DDoS攻击的时长统计，大多数DDoS攻击的时长单位都是小时，虚线的粗细代表时长大小。观察到绝大多数的DDoS攻击时长都集中在1小时到5小时之间，这与前文引用Kaspersky的报告相符，印证了DDoS攻击大多是短时的攻击。

全球DDoS攻击的目的端口统计显示，绝大多数的目的端口是其他端口，少部分攻击针对web的80端口和443端口以及DNS的53端口。这表明被攻击的对象类型多种多样，可能是客户机的某些进程，同时也包括少量针对web服务器和DNS服务器的攻击。

根据以上分析可知参与全球DDoS攻击的国家主要包括美国、加拿大、英国、波兰、中国和澳大利亚。DDoS攻击的方式主要是反射攻击，攻击时长较短，数据包较小但数量巨大，因此造成的数据流量也非常庞大。

2.2 攻击动机与影响

2.2.1 探讨攻击者发起DoS和DDoS攻击的潜在动机

通过敲诈勒索获得经济收益

DoS和DDoS攻击者常常利用攻击的破坏力向目标组织敲诈勒索。他们会选择特定类型的业务（如大型电商平台、金融机构或游戏服务器）作为攻击目标，因为这些业务一旦遭受攻击，损失会非常大。

攻击者通过破坏服务正常运行，制造恐慌和混乱，然后向受害者发送勒索邮件或提出赎金要求。受害者为了尽快恢复业务正常运行，有时不得不支付赎金。这种敲诈勒索的方式已成为一些攻击者获取经济利益的手段。

在商业竞争中获得利益

在商业环境中，企业之间的竞争激烈，有时一些企业会采用不正当手段来获取竞争优势。攻击者通过攻击竞争对手的网站或服务，导致对手的业务中断，声誉受损，从而削弱其市场竞争力。这种攻击方式不仅损害了被攻击方的利益，也扰乱了市场秩序。

出于政治方面的抗议

在某些政治敏感时期，一些政治团体或个体可能通过DoS或DDoS攻击来表达对某个政策或政府行为的不满。他们选择攻击政府的官方网站或与特定政策相关的在线服务，试图通过这种方式引起公众关注，并制造社会舆论压力。这种攻击不仅影响了目标网站的正常运行，也可能引发社会不稳定和冲突。

出于对社会的不满

当社会出现动荡或不满情绪时，一些个体或群体可能通过DoS和DDoS攻击来发泄情绪或制造混乱。他们可能选择攻击与特定社会事件或群体相关的网站，以表达对社会现状的不满或抗议。这种攻击方式往往带有一定的情绪色彩，缺乏明确的政治或经济目的。

由于个人的恶作剧心态

有些攻击者可能出于好玩或恶作剧的心态发起DoS或DDoS攻击。他们可能觉得攻击某个知名网站或服务能够带来刺激或满足感，享受破坏他人正常生活的快感。这种攻击往往没有明显的利益诉求，更多的是为了满足个人好奇心或破坏欲。

出于个人原因的打击报复

在某些情况下，攻击者可能因为对某个组织或个人存在不满或怨恨，而发起DoS或DDoS攻击作为报复。这种报复可能源于个人恩怨、竞争失败或其他私人原因，攻击者通过破坏目标系统的正常运行或损害其声誉，来发泄个人情绪或达到报复的目的。

炫耀个人实力

在某些网络安全社区或论坛中，攻击者可能通过发起成功的DoS或DDoS攻击来向他人展示自己的能力或技术水平。他们可能将攻击过程、结果或所使用的技术细节分享给社区成员，以获取认可和赞赏。

这种行为往往出于自我展示或炫耀的目的，并不一定带有恶意。然而，这种炫耀行为也可能引发其他攻击者的模仿或竞争，导致网络环境变得更加复杂和危险。

综上所述，攻击者发起DoS和DDoS攻击的潜在动机多种多样，可能涉及经济利益、政治或社会目的、恶作剧或报复以及测试或炫耀技能等多个方面。

2.2.2 分析这些攻击对目标组织和个人的影响

DOS和DDOS攻击对目标组织的影响

业务运营受阻

（1）服务中断

当DOS和DDOS攻击发生时，大量的无效请求涌入目标组织的服务器或网络，使其无法处理正常的用户请求。这导致服务变得不可用，用户无法访问所需的资源或功能。对于依赖在线业务的企业而言，这种服务中断可能导致订单处理、客户支持和其他关键业务流程受到严重影响。

（2）经济损失

服务中断对组织来说意味着业务活动的停滞。这可能导致销售额的急剧下降、客户的流失以及市场份额的减少。长期的服务中断还可能影响组织的声誉和品牌形象，进一步加剧经济损失。此外，组织可能还需要投入大量资源来应对攻击和恢复服务，增加了额外的成本负担。

（3）运营效率低下

在DOS和DDOS攻击期间，组织的内部沟通和协作可能受到严重干扰。员工可能无法及时获取关键信息或执行必要的任务，导致工作效率下降。此外，攻击可能导致系统不稳定和延迟，进一步影响员工的工作效率和客户满意度。

数据安全威胁

（1）数据泄露风险

DOS和DDOS攻击通常作为其他恶意攻击的跳板。攻击者可能利用这些攻击作为手段，进一步入侵目标组织的系统，窃取敏感数据。这些数据可能包括客户信息、财务数据、业务计划等，一旦被泄露，将对组织造成严重的财务和法律后果。

（2）数据完整性受损

攻击可能导致数据的篡改、删除或损坏，使得组织的数据变得不准确或不可用。这可能导致业务决策的错误、业务流程的混乱以及合规性的问题。数据完整性的受损还可能影响组织的声誉和客户关系，进一步损害组织的利益。

声誉受损

（1）信任度降低

当目标组织遭受DOS和DDOS攻击时，客户和合作伙伴可能会对其安全性和可靠性产生怀疑。服务中断和数据泄露等问题可能导致客户对组织的信任度降低，进而减少与组织的合作和交易。这种信任度的降低可能对组织的长期发展产生负面影响。

（2）品牌形象受损

攻击事件可能导致组织在公众心目中的形象受到损害。公众可能对组织的安全措施和数据处理能力产生质疑，进一步影响组织的声誉和品牌价值。为了修复受损的品牌形象，组织可能需要投入大量时间和资源来进行公关和危机管理。

DOS和DDOS攻击对个人的影响

个人隐私泄露

（1）个人信息泄露

在DOS和DDOS攻击中，攻击者可能通过各种手段窃取个人的敏感信息。这些信息可能包括姓名、地址、电话号码、电子邮件地址等。一旦这些信息被泄露，个人可能面临垃圾邮件、诈骗电话和身份盗窃等风险。攻击者可能利用这些信息进行非法活动，对个人造成财务损失和隐私侵犯。

（2）账户安全受到威胁

个人在网站或应用上注册的账户也可能受到DOS和DDOS攻击的威胁。攻击者可能利用窃取的个人信息来尝试破解账户密码，进而盗用账户。一旦账户被盗用，个人可能面临个人信息泄露、财产损失以及信用受损等风险。此外，攻击者还可能利用盗用的账户进行恶意行为，如发布虚假信息、进行欺诈活动等，给个人带来不必要的麻烦和损失。

日常生活和工作受影响

（1）生活不便

对于依赖在线服务进行日常生活的个人而言，DOS和DDOS攻击可能导致服务中断，给生活带来不便。例如，个人可能无法正常使用网上银行、在线购物或社交媒体等服务，导致日常活动受到阻碍，这种不便可能影响个人的生活质量和日常体验。

（2）工作受阻

对于依赖网络进行工作的个人来说，DOS和DDOS攻击可能导致无法正常工作。例如，远程办公的员工可能无法访问公司的内部系统或共享文件，导致工作效率下降或任务无法按时完成。此外，一些在线交易或客户服务等职业也可能受到攻击的影响，导致业务中断或客户流失。这种工作受阻可能给个人带来收入减少和职业发展受阻等后果。

综上所述，DOS和DDOS攻击对目标组织和个人的影响是多方面的。组织需要加强网络安全防护，提高防范意识，以应对潜在的攻击威胁。个人也需要提高网络安全意识，保护好自己的个人信息和账户安全，以免受到不必要的损失和风险。

三、攻击机制

3.1 工作原理

3.1.1 详细说明DoS和DDoS攻击的工作原理

DOS攻击的工作原理

一个人使用自己的个人电脑向另一个人的服务器发送大量垃圾信息，目的是拥堵你的网络，使你的服务器处理数据时承受更大的负荷，从而降低服务器的CPU和内存工作效率。

DoS攻击是较早出现的攻击形式，其攻击方式较为直接，通常是通过与单一目标进行对抗，考验双方的机器性能与速度。然而，随着科技的迅猛进步，当今的网站主机通常拥有多台主机，且每台主机的处理能力、内存规模以及网络速度都得到了显著的提升，部分网络带宽甚至达到了千兆级别以上。

一对一的单挑式DoS攻击在现今高度发展的网络环境中确实效果有限，甚至可能反过来导致攻击者的机器崩溃。以一个具体的攻击场景为例，假设攻击者的机器每秒能够发送10个攻击数据包，而被攻击的目标机器由于拥有顶尖的性能和网络带宽，每秒能够轻松接收并处理100个攻击数据包。在这种情况下，攻击者的攻击几乎毫无作用，因为目标机器能够迅速应对并消化这些攻击流量。

进行一对一攻击时，攻击者的机器CPU占用率往往会高达90%以上。如果攻击者的机器配置不够高，长时间进行这种高强度的攻击很可能会导致机器死机或崩溃。

因此，在现代网络环境中，单纯依靠一对一的DoS攻击已经很难取得理想的效果，攻击者需要寻找更为高效和隐蔽的攻击方式，如分布式拒绝服务攻击（DDoS），以达成攻击目标。

DDOS攻击的工作原理

DOS攻击通常采用一对一的方式，对于配置较低的目标，效果尤为显著，但对于大型服务器等高配置目标，单个攻击者往往无法达到预期效果。在这种情况下，攻击者会转向使用DDOS（分布式拒绝服务）攻击。

DDOS利用多个被控制的主机同时向目标发起攻击，当这些攻击源具备足够数量和性能时，目标主机的资源很快会耗尽，无法提供服务。因此，DDOS攻击是实施速度最快、攻击能力最强并且破坏性最大的攻击方式，通过分布式的攻击源增加了攻击的威力和难以应对的复杂性。

DDoS攻击的原理可以形象地描述为"群殴"，即利用大量的机器同时对目标机器发起DoS攻击。这种攻击方式并非由众多黑客共同参与，而是由单一黑客通过精心策划和操作来实现的。这名黑客通常并不直接拥有大量的机器，而是利用其在网络上占领的众多"肉鸡"（被黑客控制的计算机）来发动攻击。

黑客通过控制这些"肉鸡"，使它们同时向目标机器发送大量的恶意请求或数据包，从而造成目标机器无法处理正常的服务请求，实现拒绝服务的目的。由于攻击流量来自多个来源，这种攻击方式不仅难以追踪和防御，而且能够造成更大的破坏。

DDoS攻击之所以被称为"分布式[13] "，正是因为它利用了分布在网络中的大量"肉鸡"来发动攻击，从而实现了攻击流量的分散和隐蔽。这种攻击方式不仅具有高度的灵活性和可扩展性，而且能够针对不同类型的目标进行定制化的攻击策略，使得防御变得更加困难。

在DDOS中通常会包括以下三种角色：

攻击者

攻击者利用一台主机作为主控制平台，从这个平台上操控整个攻击过程，并向主控端发布具体的攻击命令。

主控端

攻击者预先控制的主机用于控制其他的代理主机。主控端负责接受来自攻击者的攻击指令，并将这些指令分发到它所控制的代理主机上。根据代理端的规模，可能存在多个主控端。

代理端

这些主机也是攻击者预先控制的，它们负责执行攻击程序，接受主控端转发的指令。这些主机被称为"僵尸网络"或"肉鸡"，是实际执行攻击行为的执行者。

（1）黑客运用扫描工具对大量主机进行探测，以识别潜在的入侵目标。

（2）黑客会针对存在安全漏洞的主机进行入侵，并获取其控制权。这些被控制的主机将被用于部署后门、sniffer等恶意程序，以便进一步操控。

（3）黑客会筛选出适合构建攻击网络的主机，并在这些主机上部署预编译好的守护程

序。同时，向被控制的计算机发送命令，为接下来的攻击做好准备。

（4）黑客会向这些主机发送控制指令，启动对目标系统的攻击流程。

（5）在收到指令后，这些被控制的主机将向目标系统发送攻击信号，发起DDOS攻击。最终，由于目标系统被大量伪造的请求所淹没，无法正常响应合法用户的请求，从而实现了DDOS攻击的成功。

TCP三次握手

TCP报文的关键标志位

SYN（Synchronize sequence numbers）：用于同步序列号，以建立连接。在连接请求中，SYN被置为1，而ACK为0。在连接响应时，SYN和ACK都被置为1。通过SYN和ACK的不同组合，可以区分连接请求（Connection Request）和连接接受（Connection Accepted）。

RST（Reset the connection）：用于复位因某种原因引起的错误连接，或拒绝非法数据和请求。当接收到RST位时，通常意味着发生了某些错误。

ACK（Acknowledgment field significant）：当置为1时，表示确认号是合法的。当为0时，表示数据段不包含确认信息，确认号将被忽略。

TCP三次握手的详细步骤

第一次握手：客户端发送一个SYN包到服务器，请求建立连接。在这个SYN包中，客户端将SYN标志位置为1，并随机生成一个初始序列号seq=x。发送完这个SYN包后，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器的确认。

第二次握手：服务器收到客户端的SYN包后，会发送一个SYN+ACK包给客户端，确认收到客户端的连接请求。在这个SYN+ACK包中，服务器将SYN和ACK标志位都置为1，ack字段被设置为客户端的初始序列号加1（即x+1），以表示对客户端初始序列号的确认。同时，服务器也会随机生成一个自己的初始序列号seq=y。

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包后，会发送一个ACK包给服务器，确认收到服务器的连接确认。在这个ACK包中，客户端将ACK标志位置为1，ack字段被设置为服务器的初始序列号加1（即y+1），以表示对服务器初始序列号的确认。此时，客户端和服务器都进入了ESTABLISHED状态，表示TCP连接已经成功建立，可以开始传输数据了。

通过这三次握手过程，客户端和服务器不仅建立了连接，还交换了彼此的初始序列号，为后续的数据传输做好了准备。同时，这个过程也确保了双方的发送和接收能力都没有问题，从而保证了数据传输的可靠性。

3.1.2 讨论攻击者如何利用网络协议的弱点或系统资源的过载

攻击者利用网络协议的弱点进行攻击

TCP协议的SYN Flood攻击

SYN Flood攻击是一种利用TCP协议三次握手过程中的弱点进行的攻击。在正常的TCP连接建立过程中，客户端会发送一个SYN数据包给服务器，服务器收到后会回复一个SYN-ACK数据包，然后客户端再回复一个ACK数据包，这样三次握手[14]完成，连接建立。

在SYN Flood攻击中，攻击者会发送大量的SYN数据包给目标服务器，但并不会回复后续的ACK数据包，导致这些连接始终处于半开状态。

由于TCP协议设计允许服务器维持一定数量的半开连接，等待客户端完成握手，攻击者可以通过控制发送的SYN数据包数量，使目标服务器的半开连接数达到上限。一旦达到上限，服务器就无法再处理正常的SYN请求，从而导致正常用户无法建立连接，服务被拒绝。

ICMP协议的Smurf攻击

Smurf攻击是一种利用ICMP协议广播特性进行的攻击。攻击者会伪造目标主机的IP地址，并向一个局域网的广播地址发送ICMP Echo请求（即ping请求）。局域网内的所有主机在收到这个广播请求后，都会向伪造的目标IP地址发送ICMP Echo回应。

由于攻击者伪造了目标IP地址，这些回应实际上都被发送到了无辜的目标主机上。当大量的回应数据包涌向目标主机时，其网络带宽、CPU和内存资源很快就会被耗尽，导致服务中断。这种攻击方式能够迅速放大攻击流量，对目标主机造成巨大的压力。

ARP协议的欺骗攻击

ARP（地址解析协议）用于将网络层的IP地址解析为链路层的MAC地址。ARP欺骗攻击是指攻击者发送伪造的ARP响应数据包，欺骗网络中的设备更新其ARP缓存表。

在正常的ARP过程中，当设备需要知道某个IP地址对应的MAC地址时，它会发送一个ARP请求。网络中的其他设备在收到请求后，如果知道自己的IP地址与请求中的IP地址匹配，就会回复一个ARP响应，包含自己的MAC地址。

在ARP欺骗攻击中，攻击者会伪造ARP响应，声称自己是目标IP地址的拥有者，并提供一个错误的MAC地址。当网络中的设备收到这些伪造的ARP响应后，它们会更新自己的ARP缓存表，将目标IP地址与错误的MAC地址关联起来。这样，原本应该发送到目标设备的流量就会被重定向到攻击者指定的MAC地址上，攻击者从而可以窃取或篡改这些数据。

攻击者利用系统资源的过载进行攻击

UDP Flood攻击

UDP（用户数据报协议）是一种无连接的协议，它在发送数据前不需要建立连接。这种特性使得UDP协议非常灵活，但也容易被攻击者利用进行资源耗尽攻击。

在UDP Flood攻击中，攻击者会向目标主机的随机端口发送大量的UDP数据包。由于UDP协议是无连接的，目标主机在收到这些数据包后需要消耗资源进行处理，包括解析数据包头部、查找对应的应用程序等。

由于这些数据包是随机的，很可能并没有对应的应用程序在监听这些端口，因此这些数据包最终会被丢弃。当UDP数据包的发送速率足够高时，目标主机的资源（如CPU、内存和网络带宽）很快就会被耗尽，导致正常的服务请求无法得到及时处理。这种攻击方式能够迅速瘫痪目标主机的服务能力。

HTTP Flood攻击

HTTP Flood攻击是一种针对Web服务器的资源耗尽攻击。Web服务器需要处理大量的HTTP请求，包括解析请求头、查询数据库、生成响应等操作。

当请求量超出服务器的处理能力时，服务器的性能就会下降，甚至导致服务中断。

在HTTP Flood攻击中，攻击者会模拟正常用户的HTTP请求，向目标Web服务器发送大量的请求。这些请求可能是合法的，也可能是恶意的（如包含大量数据的POST请求）。由于Web服务器需要处理每个请求，当请求量足够大时，服务器的资源（如CPU、内存和数据库连接）很快就会被耗尽。

当服务器资源耗尽时，正常的用户请求无法得到及时处理，导致页面加载缓慢或无法访问。这种攻击方式能够对Web服务造成严重的破坏，影响用户体验和业务运营。

反射攻击（如NTP、DNS Amplification）

反射攻击是一种利用网络服务的特性放大攻击流量的方式。在这种攻击中，攻击者会向某些特定的网络服务发送带有伪造目标IP的请求。这些服务在收到请求后会生成比请求更大的响应，并将这些响应发送到伪造的目标IP地址上。

例如，NTP（网络时间协议）和DNS（域名系统）都是常见的反射攻击目标。NTP服务在收到请求后会回复一个包含当前时间戳的较大数据包，而DNS服务在解析域名时也会生成较大的响应。攻击者通过向这些服务发送大量的伪造请求，可以放大原始的攻击流量，对目标主机造成更大的压力。

当大量的反射流量涌向目标主机时，其网络带宽很快就会被占满，导致正常的网络通讯受阻。同时，主机也需要消耗大量的资源来处理这些意外的流量，进一步加剧了资源过载的情况。这种攻击方式不仅能够对目标主机造成直接的影响，还可能对整个网络造成拥塞和不稳定。

综上所述，无论是利用网络协议弱点还是利用系统资源过载，攻击者都可以对目标系统或网络服务造成严重的破坏。

《计算机网络安全》实验报告一 现代网络安全挑战 拒绝服务与分布式拒绝服务攻击的演变与防御策略（1）

摘 要