詳解路由器設(shè)置實現(xiàn)DDoS防御
路由器設(shè)置實現(xiàn)DDoS防御的操作是什么呢？首先我們要認(rèn)識到做好DDoS防御之前我們要明白DDoS攻擊的原理是什么，然后我們針對原因逐一分析并采取措施。
一、路由器設(shè)置實現(xiàn)DDoS防御之DDoS攻擊原理討論
在分布式“拒絕服務(wù)”(DDoS)的攻擊過程中，一群惡意的主機(jī)或被惡意主機(jī)感染的主機(jī)將向受攻擊的服務(wù)器發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。在這種情況下，靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將會變得資源枯竭。原因有二：一是靠近服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)通常在設(shè)計時只要求處理少量的用戶數(shù)據(jù); 二是由于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)核心區(qū)的聚集使處于邊緣的節(jié)點(diǎn)會接收更多的數(shù)據(jù)。此外，服務(wù)器系統(tǒng)本身也很容易受到攻擊，在極度超載的情況下會癱瘓。
DDoS攻擊被視為一種資源管理問題。本文的目的就是要保護(hù)服務(wù)器系統(tǒng)在全局性網(wǎng)絡(luò)中不會收到過量的服務(wù)請求。當(dāng)然，這種機(jī)制也可以很容易地變?yōu)閷W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的保護(hù)。為此，必須采取一種預(yù)防性措施：在攻擊性數(shù)據(jù)包聚集到使服務(wù)器癱瘓之前，在傳送路徑上的路由器中對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免攻擊的發(fā)生。具體實現(xiàn)機(jī)制是要在與服務(wù)器有數(shù)級距離的上游路由器上設(shè)置門限值，只有在這個門限值以內(nèi)的數(shù)據(jù)量可以通過路由器，而其他數(shù)據(jù)將被放棄或路由至其他路由器。
這種防御系統(tǒng)中的一個主要因素是各個路由點(diǎn)輸出“適當(dāng)”的數(shù)據(jù)量?！斑m當(dāng)”必須視當(dāng)時的需求分配而定，因此服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)之間要進(jìn)行動態(tài)協(xié)商。本文中的協(xié)商方法由服務(wù)器（S）發(fā)起，如果服務(wù)器在低于設(shè)計容量（Us）的情況下運(yùn)行，則不需要設(shè)置門限值；如果服務(wù)器的負(fù)載（Ls）超過了設(shè)計容量，則可以在服務(wù)器的上游設(shè)置門限值來進(jìn)行自我保護(hù)。此后，如果當(dāng)前的門限值不能使S的負(fù)載低于Us，則應(yīng)降低門限值；反之，如果Ls< Us，則應(yīng)升高門限值；如果門限值的升高沒有使負(fù)載在監(jiān)視期內(nèi)明顯增加，則可以取消門限值。控制算法的目標(biāo)就是將服務(wù)器的負(fù)載控制在[Ls,Us]范圍之內(nèi)。
很顯然，不可能要求保留所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的狀態(tài)信息，因為這樣會造成狀態(tài)信息爆炸。但按需求選擇保護(hù)機(jī)制是可行的，這一觀點(diǎn)是基于DDoS攻擊是一種個別現(xiàn)象而非普遍情況的假設(shè)。在任何時間段內(nèi)，我們認(rèn)定只有少數(shù)的網(wǎng)絡(luò)受到攻擊，大部分網(wǎng)絡(luò)在“健康”狀態(tài)下運(yùn)行。此外，惡意攻擊者通常選擇那些訪問用戶最多的“主要站點(diǎn)”攻擊，這些站點(diǎn)就可以利用以下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來保證自身的安全。
二、路由器設(shè)置實現(xiàn)DDoS防御之系統(tǒng)的模式討論
本文提及的所有數(shù)據(jù)量和服務(wù)器負(fù)載量的單位均為 kbps。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。本文給出了網(wǎng)絡(luò)模型G=(V,E)，其中V代表一系列節(jié)點(diǎn)，E表示邊緣。所有的葉狀節(jié)點(diǎn)均為主機(jī)和數(shù)據(jù)來源。內(nèi)部節(jié)點(diǎn)為路由器，路由器不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)但可以接收來自主機(jī)的數(shù)據(jù)或轉(zhuǎn)發(fā)來自其他路由器的數(shù)據(jù)。R表示內(nèi)部路由節(jié)點(diǎn)，所有的路由器均假設(shè)是可以信任的。主機(jī)H=V-R，被分為普通的正常用戶Hg和惡意用戶Ha，E是網(wǎng)絡(luò)鏈路模型，默認(rèn)為雙向。
葉形節(jié)點(diǎn)V被當(dāng)作目標(biāo)服務(wù)器S。正常用戶以[0,rg]的速度將數(shù)據(jù)包發(fā)送到S。惡意攻擊者則以[0,ra]的速度向S發(fā)送數(shù)據(jù)包，從原則上講可以根據(jù)用戶通常如何訪問S（假設(shè)rg< < Us）來為rg設(shè)置一個合理的水平，但ra的取值很難確定，實際上ra的值大大高于rg。
當(dāng)S受到攻擊時，它會啟動前面談到的門限值防護(hù)機(jī)制。為了便于表示，假設(shè)一個超載的服務(wù)器仍然能夠啟動防護(hù)機(jī)制，因此沒有必要在每臺路由器上均設(shè)置門限值。R(k)表示與S相距k層的路由器或短于k層的路由器，但它們均直接與主機(jī)相連。
圖中的方塊節(jié)點(diǎn)表示主機(jī)，圓形節(jié)點(diǎn)代表路由器。最左側(cè)的主機(jī)為目標(biāo)服務(wù)器S，R(3)中的路由器為圖中綠色的部分，請注意R(3)中最下層的路由器與S只相隔兩層，之所以將其包括在內(nèi)是因為它與主機(jī)直接相連。
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三、路由器設(shè)置實現(xiàn)DDoS防御之路由器門限值算法
在圖1的例子中，令每臺主機(jī)上的數(shù)字（S除外）減去當(dāng)前主機(jī)向S發(fā)送數(shù)據(jù)的速率。設(shè)Ls＝18且Us＝22，發(fā)往S的負(fù)載超出了Us，因此將在S處啟動門限值。算法運(yùn)行結(jié)束之后，S確定門限值為6.25并將此速率定制到R(3)的各個路由器中。在圖1中路由器上方的數(shù)字表示到達(dá)S的數(shù)據(jù)速率，下方括號中的數(shù)字表示數(shù)據(jù)傳遞的速率（經(jīng)過調(diào)節(jié)后的）。經(jīng)過調(diào)節(jié)后S處的負(fù)載限制到了20.53，R(3)中經(jīng)過調(diào)節(jié)的速率是服務(wù)器負(fù)載的公平值。
目前為止僅討論了如何使用基本的門限值算法，R(k)將隨k的增加而快速增加。因此如果某些路徑?jīng)]有受到攻擊，則這些路徑上的路由器資源就會造成浪費(fèi)。如果位于S和R(k)之間的路由器可以監(jiān)視通向S的分組數(shù)據(jù)速率，則可以在不影響性能的前提下使情況得到改善。
圖2為圖1中在S和R(3)之間引入了監(jiān)視路由器后的方式。請注意，圖中R(3)所屬的三個路由器的門限值被取消，因為在這些路徑上并沒有任何攻擊。
四、路由器設(shè)置實現(xiàn)DDoS防御各種考核測量標(biāo)準(zhǔn)
性能測量的一個基本指標(biāo)是門限值能在多大程度上防DDoS攻擊。除了基本指標(biāo)，還必須考慮安裝這一機(jī)制的成本。因此，可采用下述評估標(biāo)準(zhǔn)：
1．服務(wù)器中普通用戶的數(shù)量;
2．保護(hù)S時需要介入的路由器數(shù)量;
3．針對用戶需求變化的應(yīng)變能力。
一般來講，我們認(rèn)為攻擊者比普通用戶的攻擊性更強(qiáng)。但是某個惡意的攻擊能使其他大量的主機(jī)參與到惡意攻擊中來，雖然每個主機(jī)看上去像是一般的普通用戶，但它們加在一起仍然會造成DDoS攻擊。從本質(zhì)上說，防御此類攻擊比較困難。
在實際布置此類防護(hù)機(jī)制時必須遵守幾點(diǎn)要求。首先，必須保證門限值的可靠性，否則，機(jī)制本身就可能成為攻擊點(diǎn)。為了保證可靠性，門限值消息在被邊緣路由器接納到網(wǎng)絡(luò)中時，必須先進(jìn)行驗證。第二，必須保證這些消息能夠安全地從發(fā)起點(diǎn)到達(dá)目的點(diǎn)。由于門限值消息的發(fā)送量很小，其鑒權(quán)和傳輸優(yōu)先性應(yīng)該可以接受，而且，由于控制方法必須收到反饋，服務(wù)器可能會在瞬時超載，為了確保該調(diào)節(jié)機(jī)制仍能運(yùn)行，可以使用協(xié)處理器或幫助設(shè)備。第三，門限值保護(hù)機(jī)制可能不會在整個網(wǎng)絡(luò)中得到支持，但只要受攻擊的路由上有一臺路由器支持此機(jī)制就行。
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