防御基础

　　攻击流量到底多大

　　谈到DDoS防御，首先就是要知道到底遭受了多大的攻击。这个问题看似简单，实际上却有很多不为人知的细节在里面。

　　以SYN Flood为例，为了提高发送效率在服务端产生更多的SYN等待队列，攻击程序在填充包头时，IP首部和TCP首部都不填充可选的字段，因此IP首部长度恰好是20字节，TCP首部也是20字节，共40字节。

　　对于以太网来说，最小的包长度数据段必须达到46字节，而攻击报文只有40字节，因此，网卡在发送时，会做一些处理，在TCP首部的末尾，填充6个0来满足最小包的长度要求。这个时候，整个数据包的长度为14字节的以太网头，20字节的IP头，20字节的TCP头，再加上因为最小包长度要求而填充的6个字节的0，一共是60字节。

　　但这还没有结束。以太网在传输数据时，还有CRC检验的要求。网卡会在发送数据之前对数据包进行CRC检验，将4字节的CRC值附加到包头的最后面。这个时候，数据包长度已不再是40字节，而是变成64字节了，这就是常说的SYN小包攻击，数据包结构如下：

　　|14字节以太网头部|20字节IP头部|20字节TCP|6字节填充|4字节检验|

　　|目的MAC|源MAC|协议类型| IP头 |TCP头|以太网填充 | CRC检验 |

　　到64字节时，SYN数据包已经填充完成，准备开始传输了。攻击数据包很小，远远不够最大传输单元(MTU)的1500字节，因此不会被分片。那么这些数据包就像生产流水线上的罐头一样，一个包连着一个包紧密地挤在一起传输吗？事实上不是这样的。

　　以太网在传输时，还有前导码(preamble)和帧间距(inter-frame gap)。其中前导码占8字节(byte)，即64比特位。前导码前面的7字节都是10101010，1和0间隔而成。但第八个字节就变成了10101011，当主机监测到连续的两个1时，就知道后面开始是数据了。在网络传输时，数据的结构如下：

　　|8字节前导码|6字节目的MAC地址|6字节源MAC地址|2字节上层协议类型|20字节IP头|20字节TCP头|6字节以太网填充|4字节CRC检验|12字节帧间距|

　　也就是说，一个本来只有40字节的SYN包，在网络上传输时占的带宽，其实是84字节。

　　有了上面的基础，现在可以开始计算攻击流量和网络设备的线速问题了。当只填充IP头和TCP头的最小SYN包跑在以太网络上时，100Mbit的网络，能支持的最大PPS(Packet Per Second)是100×106 / (8 * (64+8+12)) = 148809，1000Mbit的网络，能支持的最大PPS是1488090。

　　HTTP Flood防御

　　HTTP Flood攻击防御主要通过缓存的方式进行，尽量由设备的缓存直接返回结果来保护后端业务。大型的互联网企业，会有庞大的CDN节点缓存内容。

　　当高级攻击者穿透缓存时，清洗设备会截获HTTP请求做特殊处理。最简单的方法就是对源IP的HTTP请求频率做统计，高于一定频率的IP地址加入黑名单。这种方法过于简单，容易带来误杀，并且无法屏蔽来自代理服务器的攻击，因此逐渐废止，取而代之的是JavaScript跳转人机识别方案。

　　HTTP Flood是由程序模拟HTTP请求，一般来说不会解析服务端返回数据，更不会解析JS之类代码。因此当清洗设备截获到HTTP请求时，返回一段特殊JavaScript代码，正常用户的浏览器会处理并正常跳转不影响使用，而攻击程序会攻击到空处。

　　DNS Flood防御

　　DNS攻击防御也有类似HTTP的防御手段，第一方案是缓存。其次是重发，可以是直接丢弃DNS报文导致UDP层面的请求重发，可以是返回特殊响应强制要求客户端使用TCP协议重发DNS查询请求。

　　特殊的，对于授权域DNS的保护，设备会在业务正常时期提取收到的DNS域名列表和ISP DNS IP列表备用，在攻击时，非此列表的请求一律丢弃，大幅降低性能压力。对于域名，实行同样的域名白名单机制，非白名单中的域名解析请求，做丢弃处理。

　　慢速连接攻击防御

　　Slowloris攻击防御比较简单，主要方案有两个。

　　第一个是统计每个TCP连接的时长并计算单位时间内通过的报文数量即可做精确识别。一个TCP连接中，HTTP报文太少和报文太多都是不正常的，过少可能是慢速连接攻击，过多可能是使用HTTP 1.1协议进行的HTTP Flood攻击，在一个TCP连接中发送多个HTTP请求。

　　第二个是限制HTTP头部传输的最大许可时间。超过指定时间HTTP Header还没有传输完成，直接判定源IP地址为慢速连接攻击，中断连接并加入黑名单。

　　企业级防御

　　互联网企业防御DDoS攻击，主要使用上文的基础防御手段，重点在于监控、组织以及流程。

　　监控需要具备多层监控、纵深防御的概念，从骨干网络、IDC入口网络的BPS、PPS、协议分布，负载均衡层的VIP新建连接数、并发连接数、BPS、PPS到主机层的CPU状态、TCP新建连接数状态、TCP并发连接数状态，到业务层的业务处理量、业务连通性等多个点部署监控系统。即使一个监控点失效，其他监控点也能够及时给出报警信息。多个点信息结合，准确判断被攻击目标和攻击手法。

　　一旦发现异常，立即启动在虚拟防御组织中的应急流程，防御组织需要囊括到足够全面的人员，至少包含监控部门、运维部门、网络部门、安全部门、客服部门、业务部门等，所有人员都需要2-3个备份。流程启动后，除了人工处理，还应该包含一定的自动处理、半自动处理能力。例如自动化的攻击分析，确定攻击类型，自动化、半自动化的防御策略，在安全人员到位之前，最先发现攻击的部门可以做一些缓解措施。

　　除了DDoS到来之时的流程等工作之外，更多的工作是在攻击到来之前。主要包含CDN节点部署、DNS设置、流程演习等。对于企业来说，具备多个CDN节点是DDoS防御容量的关键指标。当一个机房承担不住海量数据时，可以通过DNS轮询的方式，把流量引导到多个分布节点，使用防御设备分头处理。因此DNS的TTL值需要设置得足够小，能够快速切换，每个CDN节点的各种VIP设置也需要准备充分。

　　在虚拟化时代，各种用户的不同业务共处在相同的物理机平台，遭受DDoS攻击的可能性越来越高，而且一个用户被攻击可能牵扯到大量的其他用户，危害被显著放大，因此防御显得尤为重要。阿里云的虚拟化业务，平均每天遭受约20起DDoS攻击，最大流量达到接近20Gbit/s，所有这些攻击都在15分钟内自动处理完成，让客户远离DDoS的威胁，专心发展业务。

　　总地来说，对DDoS防御，主要的工作是幕后积累。台上十分钟，台下十年功，没有充分的资源准备，没有足够的应急演练，没有丰富的处理经验，DDoS攻击将是所有人的噩梦。