2018年8月16日TCP中三次握手和四次挥手详解

首先看一下TCP报文的结构:

 上图中有几个字段需要重点介绍下:         (1)序号:Seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。         (2)确认序号:Ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,Ack=Seq+1。         (3)标志位:共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具体含义如下:                 (A)URG:紧急指针(urgent pointer)有效。                 (B)ACK:确认序号有效。                 (C)PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。                 (D)RST:重置连接。                 (E)SYN:发起一个新连接。                 (F)FIN:释放一个连接。         需要注意的是:                 (A)不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。 

为什么要三次握手? 最开始是由客户端发起connect 答:三次握手的目的是建立可靠的通信信道,说到通讯,简单来说就是数据的发送与接收,而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收机能正常。 第一次握手:Client什么都不能确认;Server确认了对方发送正常 第二次握手:Client确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server确认了:自己接收正常,对方发送正常 第三次握手:Client确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server确认了:自己发送、接收正常,对方发送接收正常 所以三次握手就能确认双发收发功能都正常,缺一不可。

所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中,这一过程由客户端执行connect来触发 (1)第一次握手:Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。 (2)第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。 (3)第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

为什么要发送特定的数据包,随便发不行吗? 答:三次握手的另外一个目的就是确认双方都支持TCP,告知对方用TCP传输。 第一次握手:Server 猜测Client可能要建立TCP请求,但不确定,因为也可能是Client乱发了一个数据包给自己 第二次握手:通过ack=J+1,Client知道Server是支持TCP的,且理解了自己要建立TCP连接的意图 第三次握手:通过ack=K+1,Server知道Client是支持TCP的,且确实是要建立TCP连接

问题3:上图中的SYN和ACK是什么? 答:SYN是标志位,SYN=1表示请求连接; ACK:确认序号有效。

SYN攻击:                 在三次握手过程中,Server发送SYN-ACK之后,收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接(half-open connect),此时Server处于SYN_RCVD状态,当收到ACK后,Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址,并向Server不断地发送SYN包,Server回复确认包,并等待Client的确认,由于源地址是不存在的,因此,Server需要不断重发直至超时,这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列,导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃,从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击,检测SYN攻击的方式非常简单,即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的,则可以断定遭到SYN攻击了,使用如下命令可以让之现行:                 #netstat -nap | grep SYN_RECV 

四次挥手: 在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发 由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。 (1)第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。 (2)第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。 (3)第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。 (4)第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题,在此提出供有需求的XDJM们参考: (1)三次握手是什么或者流程?四次握手呢?答案前面分析就是。 (2)为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?         这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。 而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发 送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接, 因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。

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