代理服务器的架设与维护（二）
2007-01-24   

　　物理安全的保护

　　供电：该服务器放在我校网络中心主机房，有双路供电。UPS可以保证在没有市电供应下5小时不中断服务。

　　物理隔离：网络中心24小时有专人值班，进入主机房需要登记。

　　服务器软件安全保护

　　操作系统选用了FreeBSD。Freebsd本身几乎没有任何安全漏洞。根据服务最少化原则，出国代理上目前使用的服务有ssh ntp socks5 squid几种。其中ssh没有使用freebsd自带的openssh,而是使用了ssh.com出的非商业版的ssh服务器软件。这个版本的ssh服务器软件相对openssh有更安全效率更高的优势。而且对于非商业应用是免费的。 服务器通过ntp服务与某网络时间服务器进行时间同步，这是为了保证日志文件记录事件发生时间的准确性。另2个为必须提供的代理服务。其余服务没有打开。执行ps命令确认没有任何多余进程。

　　对SYN-Flood及扫描的防护

　　SYN Flood是当前最流行的DoS（拒绝服务攻击）与DdoS（分布式拒绝服务攻击）的方式之一，这是一种利用TCP协议缺陷，发送大量伪造的TCP连接请求，从而使得被攻击方资源耗尽（CPU满负荷或内存不足）的攻击方式。

　　[img:01091db545]http://www.frontfree.net/articles/pages/0000000597/tcpconnection.gif[/img:01091db545]

　　TCP协议的三次握手过程是这样的：

　　首先，请求端（客户端）发送一个包含SYN标志的TCP报文，SYN即同步（Synchronize），同步报文会指明客户端使用的端口以及TCP连接的初始序号；
　　第二步，服务器在收到客户端的SYN报文后，将返回一个SYN+ACK的报文，表示客户端的请求被接受，同时TCP序号被加一，ACK即确认（Acknowledgement）。
　　第三步，客户端也返回一个确认报文ACK给服务器端，同样TCP序列号被加一，到此一个TCP连接完成。假设一个用户向服务器发送了SYN报文后突然死机或掉线，那么服务器在发出SYN+ACK应答报文后是无法收到客户端的ACK报文的（第三次握手无法完成），这种情况下服务器端一般会重试（再次发送SYN+ACK给客户端）并等待一段时间后丢弃这个未完成的连接，这段时间的长度我们称为SYN Timeout，一般来说这个时间是分钟的数量级（大约为30秒-2分钟）；一个用户出现异常导致服务器的一个线程等待1分钟并不是什么很大的问题，但如果有一个恶意的攻击者大量模拟这种情况，服务器端将为了维护一个非常大的半连接列表而消耗非常多的资源----数以万计的半连接，即使是简单的保存并遍历也会消耗非常多的CPU时间和内存，何况还要不断对这个列表中的IP进行SYN+ACK的重试。
　　实际上如果服务器的TCP/IP栈不够强大，最后的结果往往是堆栈溢出崩溃。即使服务器端的系统足够强大，服务器端也将忙于处理攻击者伪造的TCP连接请求而无暇理睬客户的正常请求（毕竟客户端的正常请求比率非常之小），从而造成DoS。

　　在freebsd的可以调整的内核参数中有下面2项：net.inet.tcp.blackhole和net.inet.udp.blackhole。相应的描述如下：The blackhole sysctl(8) MIB is used to control system behaviour when connection requests are received on TCP or UDP ports where there is no socket listening. Normal behaviour, when a TCP SYN segment is received on a port where there is no socket accepting connections, is for the system to return a RST segment, and drop the connection. The connecting system will see this as a `Connection reset by peer`. By setting the TCP blackhole MIB to a numeric value of one, the incoming SYN segment is merely dropped, and no RST is sent, making the system appear as a blackhole. By setting the MIB value to two, any segment arriving on a closed port is dropped without returning a RST. This provides some degree of protection against stealth port scans.In the UDP instance, enabling blackhole behaviour turns off the sending of an ICMP port unreachable message in response to a UDP datagram which arrives on a port where there is no socket listening. It must be noted that this behaviour will prevent remote systems from running traceroute(8) to a system. The blackhole behaviour is useful to slow down anyone who is port scanning a system, attempting to detect vulnerable services on a system. It could potentially also slow down someone who is attempting a denial of service attack.

　　根据上面描述可以将net.inet.tcp.blackhole和net.inet.udp.blackhole设置为2和1，这样将防止半开式的端口扫描，并且能对syn-flood有初步的防护。

　　在内核的配置文件中有options TCP_DROP_SYNFIN这个选项。通过加入这个参数，可以防止通过TCP/IP堆栈对操作系统进行识别。可以将安全问题中的”information gathering”解决 。
六、优化

　　内核的优化

　　FreeBSD有很丰富的可以自定义的内核的参数。默认的内核为了保证通用性和稳定性，有大量优化性能的参数没有加入。

　　我校Chinanet代理服务器操作系统内核部分优化参数如下：

　　options MAXDSIZ=`(1024*1024*1024)`
　　options MAXSSIZ=`(1024*1024*1024)`
　　options DFLDSIZ=`(1024*1024*1024)`
　　options CPU_ENABLE_SSE
　　options PANIC_REBOOT_WAIT_TIME=16

　　前三行是对freebsd下运行的应用程序可以使用的最大的内存资源作限制，默认为128M。由于出国代理服务器软件squid占用内存巨大，默认的配置显然不能满足要求，所以要使用自定义的配置。这个配置允许单一进程占用1G的内存资源。

　　第四行是打开对SSE/MMX2指令集的支持。通过加入这一参数，出国代理的性能提高了约1%。即单位时间内吞吐量增加了1%。

　　第5行是在内核发生严重错误的时候自动重新启动的时间。这个参数保证了服务器出现严重的软件错误后能自动恢复。

　　Cache policy
　　在本文的第三部分中提到了出国代理使用的cache policy。

　　cache_replacement_policy heap LFUDA cache替换策略
　　memory_replacement_policy heap LRU 内存替换策略

　　HP公司曾经对squid作过详细的测试。

　　参考该文档，对我校出国代理作了相应的调整。默认的cache_replacement_policy 和memory_replacement_policy都是LRU。这个算法用在cache上效率相对较低。经过实际测试，使用LFUDA（Least Frequently Used with Dynamic Aging）作为cache replacement policy，cache的命中率最高。使用heap LRU作为memory replacement policy，memory cache命中率最高。使用工具测得加入出国代理后，对使用代理的用户来说，Chinanet的出口带宽达到了5-7M,已经远远高于4M的实际带宽。确实起到了cache的作用。

　　对于磁盘IO的优化

　　前文提到freebsd的磁盘性能不佳。除使用raid技术之外，squid本身有unlinkd 和diskd两个子进程来专门负责对磁盘作操作。配置文件中的cache_dir ufs /usr/local/squid/cache 25000 16 256 这行指定了squid可以使用25G的硬盘空间来作为缓存。Ufs指定了使用unlinkd作为对磁盘做操作的进程。Unlinkd只负责删除文件的操作，diskd负责所有的操作。Squid的相应文档上建议使用diskd。但是经过测试，使用diskd虽然能提高系统的性能，但是会使squid进程变得不稳定。基于保证稳定性的考虑，选择使用unlinkd作为对磁盘操作的进程。

　　Cache peer

　　Squid支持多台服务器进行协同工作，组成cache peer。美国的National Laboratory for Applied Network Research、UCSD、The National Science Foundation建立了相应的cache peer组织(http://www.ircache.net)。我校Chinanet代理服务器将该组织中的2台服务器设置为slibing模式来调用，将我校另外一台cernet线路上的服务器设置为域名以.edu.cn结尾的parent模式。访问过程是这样的：如果客户端提交来的请求是以.edu.cn结尾的，首先查询cache中是否有，如果没有则请求cernet线路上的服务器去读取相应资源。

　　对于其他的域名，则首先查询本身的cache，如果没有则查询slibing的cache,如果还没有，则自己主动去获取该资源。与ircache的协调使用ICP(Internet Cache Protoclol)，与cernet线路服务器协调使用HTCP(Hypertext Caching Protocol)。对ICP的描述在RFC2186、RFC2187，对HTCP的描述在http://icp.ircache.net/htcp.txt。HTCP更有利于提高cache的性能，但是对系统的配置有要求，ICP相对简单。所以，选择使用ICP与ircache的服务器协同工作，使用HTCP与学校cernet服务器协同工作。