面试题：网络编程中入侵检测系统与TCP/IP协议栈的关联及检测机制

Question

入侵检测系统（IDS）如何与TCP/IP协议栈协同工作？描述基于特征检测和异常检测两种主要方式在TCP/IP协议栈环境下的具体实现机制，并分析各自的优缺点。

Answer 1

IDS与TCP/IP协议栈协同工作

IDS通过监听网络流量与TCP/IP协议栈协同工作。它可以在网络层、传输层、应用层等不同层次获取数据。例如在网络层，IDS能解析IP数据包，获取源和目的IP地址等信息；在传输层，可分析TCP或UDP报文，了解端口号及连接状态；在应用层，能解析特定应用协议的数据，如HTTP请求。IDS利用这些从TCP/IP协议栈各层获取的信息进行检测分析。

基于特征检测在TCP/IP协议栈环境下的实现机制

1. 机制：维护一个已知攻击特征库，特征库包含各种攻击行为在TCP/IP协议栈不同层次的特征模式，如特定的IP地址组合、端口号、特定的TCP标志位组合、应用层协议特定字符串等。IDS对捕获到的网络流量，从协议栈各层提取关键信息与特征库进行匹配。例如，若特征库中有针对SQL注入攻击在HTTP协议（应用层）中的特征字符串，IDS在解析应用层HTTP数据时，一旦发现该特征字符串，就判定为可能的攻击。
2. 优点：检测准确率高，对于已知攻击特征能精准识别，误报率相对较低，能快速定位已知攻击行为，技术成熟，实现相对简单。
3. 缺点：无法检测新出现的攻击，特征库需要不断更新，对变形攻击的检测能力有限，依赖大量的特征数据存储，占用较多资源。

基于异常检测在TCP/IP协议栈环境下的实现机制

1. 机制：建立系统或用户正常行为的模型，模型基于TCP/IP协议栈各层的流量统计信息、连接模式等。如正常情况下某个用户或系统在特定时间段内与特定端口的连接频率、数据传输量、IP地址使用情况等。IDS实时监测网络流量，同样从协议栈各层获取数据，将实际行为与建立的正常模型进行对比，当偏差超过设定阈值时，判定为异常行为，可能是攻击。例如，若正常模型中某服务器与外部连接的平均速率为每秒10次，突然上升到每秒100次，超出阈值，IDS可能判定为异常。
2. 优点：能检测到新的未知攻击，不需要频繁更新检测规则，可发现潜在的新型攻击行为。
3. 缺点：误报率较高，正常行为的模型难以精确建立，容易将正常的行为偏差误判为攻击，需要大量的历史数据来训练模型，对资源要求较高，模型建立和维护成本高。