IP碎片原理：攻击和防护

 

      一.IP碎片是如何产生的

      链路层具有最大传输单元MTU这个特性，它限制了数据帧的最大长度，不同的网络类型都有一个上限值。以太网的MTU是1500，你可以用 netstat -i 命令查看这个值。如果IP层有数据包要传，而且数据包的长度超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分片(fragmentation)操作，使每一片的长度都小于或等于MTU。我们假设要传输一个UDP数据包，以太网的MTU为1500字节，一般IP首部为20字节，UDP首部为8字节，数据的净荷（payload）部分预留是1500-20-8=1472字节。如果数据部分大于1472字节，就会出现分片现象。 
      IP首部包含了分片和重组所需的信息： 

      | Identification |R|DF|MF| Fragment Offset | 
      |<-16>|<3>|<-13>|
      参数解释:
      Identification：发送端发送的IP数据包标识字段都是一个唯一值，该值在分片时被复制到每个片中。 
      R：保留未用。
      DF：Dont Fragment，“不分片”位，如果将这一比特置1 ，IP层将不对数据报进行分片。 
      MF：More Fragment，“更多的分片”，除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置为1。 
      Fragment Offset：该片偏移原始数据包开始处的位置。偏移的字节数是该值乘以8。 
      了解了分片,也分析了IP头的一些信息,让我们看看IP碎片是怎样运用在网络攻击上的。

 

      二. IP碎片攻击

      IP首部有两个字节表示整个IP数据包的长度，所以IP数据包最长只能为0xFFFF，就是65535字节。如果有意发送总长度超过65535 的IP碎片，一些老的系统内核在处理的时候就会出现问题，导致崩溃或者拒绝服务。另外，如果分片之间偏移量经过精心构造，一些系统就无法处理，导致死机。所以说，漏洞的起因是出在重组算法上。下面我们逐个分析一些著名的碎片攻击程序，来了解如何人为制造IP碎片来攻击系统。

 

      1. 攻击方式之ping o death

      ping o death是利用ICMP协议的一种碎片攻击。攻击者发送一个长度超过65535的Echo Request数据包，目标主机在重组分片的时候会造成事先分配的65535字节缓冲区溢出，系统通常会崩溃或挂起。ping不就是发送ICMP Echo Request数据包的吗？让我们尝试攻击一下吧！不管IP和ICMP首部长度了，数据长度反正是多多益善，就65535吧，发送一个包：

      # ping -c 1 -s 65535 192.168.0.1 
      Error: packet size 65535 is too large. Maximum is 65507 
      一般来说,Linux自带的ping是不允许我们做这个坏事的。
      65507是它计算好的：65535-20-8=65507。Win2K下的ping更抠门，数据只允许65500大小。所以你必须找另外的程序来发包，但是目前新版本的操作系统已经搞定这个缺陷了，所以你还是继续往下阅读本文吧。

 

      2. 攻击方式之jolt2

      jolt2.c是在一个死循环中不停的发送一个ICMP/UDP的IP碎片，可以使Windows系统的机器死锁。我测试了没打SP的Windows 2000，CPU利用率会立即上升到100%，鼠标无法移动。

      我们用Snort分别抓取采用ICMP和UDP协议发送的数据包。 
      发送的ICMP包： 
      01/07-15:33:26.974096 192.168.0.9 -> 192.168.0.1 
      ICMP TTL:255 TOS:0x0 ID:1109 IpLen:20 DgmLen:29 
      Frag Offset: 0x1FFE Frag Size: 0x9 
      08 00 00 00 00 00 00 00 00 ......... 
      发送的UDP包： 
      01/10-14:21:00.298282 192.168.0.9 -> 192.168.0.1 
      UDP TTL:255 TOS:0x0 ID:1109 IpLen:20 DgmLen:29 
      Frag Offset: 0x1FFE Frag Size: 0x9 
      04 D3 04 D2 00 09 00 00 61 ........a

     从上面的结果可以看出：

     分片标志位MF=0，说明是最后一个分片。
     偏移量为0x1FFE，计算重组后的长度为 (0x1FFE * 8) + 29 = 65549 > 65535，溢出。
     IP包的ID为1109，可以作为IDS检测的一个特征。
     ICMP包：
     类型为8、代码为0，是Echo Request；
     校验和为0x0000，程序没有计算校验，所以确切的说这个ICMP包是非法的。
     UDP包：
     目的端口由用户在命令参数中指定；
     源端口是目的端口和1235进行OR的结果；
     校验和为0x0000，和ICMP的一样，没有计算，非法的UDP。
     净荷部分只有一个字符a。
     jolt2.c应该可以伪造源IP地址，但是源程序中并没有把用户试图伪装的IP地址赋值给src_addr，不知道作者是不是故意的。
     jolt2的影响相当大，通过不停的发送这个偏移量很大的数据包，不仅死锁未打补丁的Windows系统，同时也大大增加了网络流量。曾经有人利用jolt2模拟网络流量，测试IDS在高负载流量下的攻击检测效率，就是利用这个特性。
     
     三. 如何阻止IP碎片攻击

     Windows系统请打上最新的Service Pack，目前的Linux内核已经不受影响。如果可能，在网络边界上禁止碎片包通过，或者用iptables限制每秒通过碎片包的数目。如果防火墙有重组碎片的功能，请确保自身的算法没有问题，否则被DoS就会影响整个网络。Win2K系统中，自定义IP安全策略，设置“碎片检查”。

     在很多路由上也有" IP 碎片(Fragment) 攻击防御"的设置,网络规模在150台左右,建议IP碎片值设置在:3000包/秒,在海蜘蛛路由上测试过,如果 IP碎片值设置过小有些私服游戏网站打不开。