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TCP/IP状态转移
4.1 TCP状态转移图和定时器
应于连接建立或终止、流量控制和数据传输。几类主要的定时器及其功能如下TCP状态转移图控制了一次连接的初始化、建立和终止，该图由定义的状态以及这些状态之间的转移弧构成。TCP状态转移图与定时器密切相关，不同的定时器：
①连接定时器：在连接建立阶段，当发送了SYN包后，就启动连接定时器。如果在75秒内没有收到应答，则放弃连接建立。
②FIN-WAIT-2定时器：当连接从FIN-WAIT-1状态转移到FIN-WAIT-2状态时，将一个 FIN-WAIT-2定时器设置为10分钟。如果在规定时间内该连接没有收到一个带有置位FIN的TCP包，则定时器超时，再定时为75秒。如果在该时间段内仍无FIN包到达，则放弃该连接。
③TIME-WAIT定时器：当连接进入TIME-WAIT状态时，该定时器被激活。当定时器超时时，与该连接相关的内核数据块被删除，连接终止。
④维持连接定时器：其作用是预测性地检测连接的另一端是否仍为活动状态。如果设置了SO-KEEPALIVE套接字选择项，则TCP机状态是ESTABLISHED或CLOSE-WAIT。
4.2 网络入侵方式
4.2.1 伪造IP地址
入侵者使用假IP地址发送包，利用基于IP地址证实的应用程序。其结果是未授权的远端用户进入带有防火墙的主机系统。
假设有两台主机A、B和入侵者控制的主机X。假设B授予A某些特权，使得A能够获得B所执行的一些操作。X的目标就是得到与B相同的权利。为了实现该目标，X必须执行两步操作：首先，与B建立一个虚假连接；然后，阻止A向B报告网络证实系统的问题。主机X必须假造A的IP地址，从而使B相信从X发来的包的确是从A发来的。
我们同时假设主机A和B之间的通信遵守TCP／IP的三次握手机制。握手方法是：
A→：SYN（序列号=M）
B→A：SYN（序列号＝N），ACK（应答序号=M+1）
A→B：ACK（应答序号＝N+1）
主机X伪造IP地址步骤如下：首先，X冒充A，向主机B发送一个带有随机序列号的SYN包。主机B响应，向主机A发送一个带有应答号的SYN+ACK包、该应答号等于原序列号加1。同时，主机B产生自己发送包序列号，并将其与应答号一起发送。为了完成三次握手，主机X需要向主机B回送一个应答包，其应答号等于主机B向主机A发送的包序列号加1。假设主机X与A和B不同在一个子网内，则不能检测到B的包，主机X只有算出B的序列号，才能创建TCP连接。其过程描述如下：
X→B：SYN（序列号=M），SRC=A
B→A：SYN（序列号=N），ACK（应答号=M+1）
X→B：ACK（应答号＝N+1），SRC＝A
同时，主机X应该阻止主机A响应主机B的包。为此，X可以等到主机A因某种原因终止运行，或者阻塞主机A的操作系统协议部分，使它不能响应主机B。 一旦主机X完成了以上操作，它就可以向主机B发送命令。主机B将执行这些命令，认为他们是由合法主机A发来的。
4.2.2 TCP状态转移的问题
上述的入侵过程，主机X是如何阻止主机A向主机B发送响应在的，主机调通过发送一系列的SYN包，但不让A向调发送SYN-ACK包而中止主机A的登录端口。如前所述，TCP维持一个连接建立定时器。如果在规定时间内（通常为75秒）不能建立连接，则TCP将重置连接。在前面的例子中，服务器端口是无法在75秒内作出响应的。
下面我们来讨论一下主机X和主机A之间相互发送的包序列。X向A发送一个包，其SYN位和FIN位置位，A向X发送ACK包作为响应： X→A：SYN FIN（系列号=M）A→X：ACK（应答序号＝M+1）从上面的状态转移可以看出，A开始处于监听（LISTEN）状态。当它收到来自X的包后，就开始处理这个包。值得注意的是，在TCP协议中，关于如何处理SYN和FIN同时置位的包并未作出明确的规定。我们假设它首先处理SYN标志位，转移到SYN-RCVD状态。然后再处理FIN标志位，转移到CLOSE-WAIT状态。如果前一个状态是ESTABLISHED，那么转移到CLOSE-WAIT状态就是正常转移。但是，TCP协议中并未对从SYN-RCVD状态到CLOSE-WAIT状态的转移作出定义。但在几种TCP应用程序中都有这样的转移，例如开放系统SUN OS4.2， SUR4和ULTRX4.3
因此，在这些TCP应用程序中存在一条TCP协议中未作定义的从状态SYN-RCVD到状态CLOSE-WAIT的转移弧，在上述入侵例子中，由于三次握手没能彻底完成，因此并未真正建立TCP连接，相应的网络应用程序并未从核心内获得连接。但是，主机A的TCP机处CLOSE-WAIT状态，因此它可以向X发送一个FIN包终止连接。这个半开放连接保留在套接字侦听队列中，而且应用进程不发送任何帮助TCP执行状态转移的消息。因此，主机A的TCP机被锁在了CL0SE-WAIT状态。如果维持活动定时器特征被使用，通常2小时后TCP将会重置连接并转移到CLOSED状态。当TCP机收到来自对等主机的RST时，就从TABLISHED，FINWAIT-1和FIN-WAIT-2状态转移到CLOSED状态。这些转移是很重要的，因为它们重置TCP机且中断网络连接。但是，由于到达的数据段只根据源IP地址和当前队列窗口号来证实。因此入侵者可以假装成已建立了合法连接的一个主机，然后向另一台主机发送一个带有适当序列号的RST段，这样就可以终止连接了！
从上面的分析我们可以看到几种TCP应用程序中都存在外部状态转移。这会给系统带来严重的安全性问题。
4.2.3 定时器问题
正如前文所述，一旦进入连接建立过程，则启动连接定时器。如果在规定时间内不能建立连接，则TCP机回到CLOSED状态。
我们来分析一下主机A和主机X的例子。主机A向主机X发送一个SYN包，期待着回应一个SYN-ACK包。假设几乎同时，主机X想与主机A建立连接，向A发送一个SYN包。A和X在收到对方的SYN包后都向对方发送一个SYN-ACK包。当都收到对方的SYN-ACK包后，就可认为连接已建立。在本文中，假设当主机收到对方的SYN包后，就关闭连接建立定时器。
X→A：SYN（序列号=M）
A→X：SYN（序列号=N）
X→A：SYN（序列号=M），ACK（应答号=N+1）
A→X：SYN（序列号=N），ACK（应答号＝M+1）
①主机X向主机A发送一个FTP请求。在X和A之间建立起一个TCP连接来传送控制信号。主机A向X发送一个SYN包以启动一个TCP连接用来传输数据，其状态转移到SYN-SENT状态。
②当X收到来自A的SYN包时，它回送一个SYN包作为响应。
③主机X收到来自A的SYN-ACK包，但不回送任何包。
④主机A期待着接收来自X的SYN-ACK。由于X不回送任何包，因此A被锁在SYN-RCVD状态。这样，X就成功地封锁了A的一个端口。
4.3 利用网络监控设备观测网络入侵
我们在局域网上安装一个网络监控设备观测通过网络的包，从而判断是否发生了网络入侵。下面我们将讨论在几种入侵过程中网络监控设备可观测到的序列包。
4.3.1 伪造IP地址
最初，网络监控设备会监测到大量的TCP SYN包从某个主机发往A的登录端口。主机A会回送相应的SYN-ACK包。SYN包的目的是创建大量的与主机A的半开放的TCP连接，从而填满了主机A的登录端口连接队列。
大量的TCP SYN包将从主机X经过网络发往主机B，相应地有SYN-ACK包从主机B发往主机X。然后主机X将用RST包作应答。这个SYN／SYN-ACK／RST包序列使得入侵者可以知道主机B的TCP序列号发生器的动作。
主机A向主机B发送一个SYN包。实际上，这是主机X发送的一个“伪造”包。收到这个包之后，主机B将向主机A发送相应的SYN-ACK包。主机A向主机B发送ACK包。按照上述步骤，入侵主机能够与主机B建立单向TCP连接。
4.3.2 虚假状态转移
当入侵者试图利用从SYN-RCVD到CLOSE-WAIT的状态转移长时间阻塞某服务器的一个网络端口时，可以观察到如下序列包：
①从主机X到主机B发送一个带有SYN和FIN标志位置位的TCP包。
主机B首先处理SYN标志，生成一个带有相应ACK标志位置位的包，并使状态转移到SYN-RCVD，然后处理FIN标志，使状态转移到CLOSE-WAIT，并向X回送ACK包。
②主机X不向主机B发送其它任何包。主机的TCP机将固定在CLOSE-WAIT状态。直到维持连接定时器将其重置为CLOSED状态。
因此，如果网络监控设备发现一串SYN-FIN／ACK包，可推断入侵者正在阻塞主机B的某个端口。
4.3.3 定时器问题
如果一入侵者企图在不建立连接的情况下使连接建立定时器无效，我们可以观察到以下序列包：
①主机X从主机B收到一个TCP SYN包。
②主机X向主机B回送一个SYN包。
主机X不向主机B发送任何ACK包。因此，B被阻塞在SYN-RCVD状态，无法响应来自其它客户机的连接请求。
TCP/IP协议的安全隐患
造成操作系统漏洞的一个重要原因，就是协议本身的缺陷给系统带来的攻击点。网络协议是计算机之间为了互联共同遵守的规则。目前的互联网络所采用的主流协议TCP/IP，由于在其设计初期人们过分强调其开发性和便利性，没有仔细考虑其安全性，因此很多的网络协议都存在严重的安全漏洞，给Internet留下了许多安全隐患。另外，有些网络协议缺陷造成的安全漏洞还会被黑客直接用来攻击受害者系统。本文就TCP/IP协议自身所存在的安全问题和协议守护进程进行了详细讨论，指出针对这些安全隐患的攻击。
1 TCP协议的安全问题
TCP使用三次握手机制来建立一条连接，握手的第一个报文为SYN包；第二个报文为SYN/ACK包，表明它应答第一个SYN包同时继续握手的过程；第三个报文仅仅是一个应答，表示为ACK包。若A放为连接方，B为响应方，其间可能的威胁有：
1. 攻击者监听B方发出的SYN/ACK报文。
2. 攻击者向B方发送RST包，接着发送SYN包，假冒A方发起新的连接。
3. B方响应新连接，并发送连接响应报文SYN/ACK。
4. 攻击者再假冒A方对B方发送ACK包。
这样攻击者便达到了破坏连接的作用，若攻击者再趁机插入有害数据包，则后果更严重。
TCP协议把通过连接而传输的数据看成是字节流，用一个32位整数对传送的字节编号。初始序列号（ISN）在TCP握手时产生，产生机制与协议实现有关。攻击者只要向目标主机发送一个连接请求，即可获得上次连接的ISN，再通过多次测量来回传输路径，得到进攻主机到目标主机之间数据包传送的来回时间RTT。已知上次连接的ISN和RTT，很容易就能预测下一次连接的ISN。若攻击者假冒信任主机向目标主机发出TCP连接，并预测到目标主机的TCP序列号，攻击者就能伪造有害数据包，使之被目标主机接受。
IP协议的安全问题
IP协议在互连网络之间提供无连接的数据包传输。IP协议根据IP头中的目的地址项来发送IP数据包。也就是说，IP路由IP包时，对IP头中提供的源地址不作任何检查，并且认为IP头中的源地址即为发送该包的机器的IP地址。这样，许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。其中最重要的就是利用IP欺骗引起的各种攻击。
以防火墙为例，一些网络的防火墙只允许网络信任的IP数据包通过。但是由于IP地址不检测IP数据包中的IP源地址是否为放送该包的源主机的真实地址，攻击者可以采用IP源地址欺骗的方法来绕过这种防火墙。另外有一些以IP地址作为安全权限分配依据的网络应用，攻击者很容易使用IP源地址欺骗的方法获得特权，从而给被攻击者造成严重的损失。事实上，每一个攻击者都可以利用IP不检验IP头源地址的特点，自己填入伪造的IP地址来进行攻击，使自己不被发现。
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