网络之TCP握手总结

目录:

31.Tcp握手的一些问题?

21.Tcp三次握手及SYN攻击; 

四次握手? 为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手?

13.TCP释放连接四次握手 

12.TCP建立连接三次握手

11.TCP报文段首部格式?

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 31.连接建立,为什么要进行三次握手呢(两次确认)?

为什么要采用三次握手,两次不行吗?

 

Tcp4次释放连接的过程?

四次挥手图示:
当客户A 没有东西要发送时就要释放 A 这边的连接,A会发送一个报文(没有数据),其中 FIN 设置为1,  服务器B收到后会给应用程序一个信,这时A那边的连接已经关闭,即A不再发送信息(但仍可接收信息)。  A收到B的确认后进入等待状态,等待B请求释放连接, B数据发送完成后就向A请求连接释放,也是用FIN=1 表示, 并且用 ack = u+1(如图), A收到后回复一个确认信息,并进入 TIME_WAIT 状态, 等待 2MSL 时间。
当客户A 没有东西要发送时就要释放 A 这边的连接,A会发送一个报文(没有数据),其中 FIN 设置为1,  服务器B收到后会给应用程序一个信,这时A那边的连接已经关闭,即A不再发送信息(但仍可接收信息)。A收到B的确认后进入等待状态,等待B请求释放连接, B数据发送完成后就向A请求连接释放,也是用FIN=1 表示, 并且用 ack = u+1(如图), A收到后回复一个确认信息,并进入 TIME_WAIT 状态, 等待 2MSL 时间。
为什么要等待 2MSL 时间?
为了这种情况: B向A发送 FIN = 1 的释放连接请求,但这个报文丢失了,A没有接到不会发送确认信息, B 超时会重传,这时A在 WAIT_TIME 还能够接收到这个请求,这时再回复一个确认就行了。(A收到 FIN = 1 的请求后 WAIT_TIME会重新记时);
另外服务器B存在一个保活状态,即如果A突然故障死机了,那B那边的连接资源什么时候能释放呢?  就是保活时间到了后,B会发送探测信息, 以决定是否释放连接。

然后连接建立,为什么要进行三次握手呢(两次确认)?
     建立三次握手主要是因为A发送了再一次的确认,那么A为什么会再确认一次呢,主要是为了防止已失效的连接请求报文段又突然传送给B,从而产生了错误。
   所谓“已失效的连接请求报文”是这样产生的,正常情况下,A发出连接请求,但是因为连接报文请求丢失而未收到确认,于是A再重传一次连接请求,后来收到了请求,并收到了确认,建立了连接,数据传输完毕后,就释放链接,A共发送了两次连接请求报文段,其中第一个丢失,第二个到达了B,没有“已失效的连接请求报文段”,但是还有异常情况下,A发送的请求报文连接段并没有丢失,而是在某个网络节点滞留较长时间,以致延误到请求释放后的某个时间到达B,本来是一个早已失效的报文段,但是B收到了此失效连接请求报文段后,就误以为A又重新发送的连接请求报文段,并发送确认报文段给A,同意建立连接,如果没有三次握手,那么B发送确认后,连接就建立了,而此时A没有发送建立连接的请求报文段,于是不理会B的确认,也不会给B发送数据,而B却一直等待A发送数据,因此B的许多资源就浪费了,
采用三次握手的方式就可以防止这种事情发生,例如刚刚,A不理会B,就不会给B发送确认,B收不到A的确认,就知道A不要求建立连接,就不会白白浪费资源,
为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?
答:因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。
为什么要等待呢?
为了这种情况: B向A发送 FIN = 1 的释放连接请求,但这个报文丢失了, A没有接到不会发送确认信息, B 超时会重传,这时A在 WAIT_TIME 还能够接收到这个请求,这时再回复一个确认就行了。(A收到 FIN = 1 的请求后 WAIT_TIME会重新记时)
另外服务器B存在一个保活状态,即如果A突然故障死机了,那B那边的连接资源什么时候能释放呢?  就是保活时间到了后,B会发送探测信息, 以决定是否释放连接
1.为什么建立连接协议是三次握手,而关闭连接却是四次握手呢?
这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后,它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用,而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时,当收到对方的FIN报文通知时,它仅仅表示对方没有数据发送给你了;但未必你所有的数据都全部发送给对方了,所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后,再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了,所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
1.为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手? 
答:因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。 
2.为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态?
这是因为虽然双方都同意关闭连接了,而且握手的4个报文也都协调和发送完毕,按理可以直接回到CLOSED状态(就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样);但是因为我们必须要假想网络是不可靠的,你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到,因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文,而重发FIN报文,所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。
2.为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?
答:虽然按道理,四个报文都发送完毕,我们可以直接进入CLOSE状态了,但是我们必须假象网络是不可靠的,有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

 

20.TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)
是面向连接的协议,也就是说在收发数据之前,必须先和对方建立连接,一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来,其中的过程非常复杂,
只简单的 描述下这三次对话的简单过程:主机A向主机B发出连接请求数据包:“我想给你发数据,可以吗?”,这是第一次对话;主机B向主机A发送同意连接和要求同步 (同步就是两台主机一个在发送,一个在接收,协调工作)的数据包:“可以,你什么时候发?”,这是第二次对话;主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同 步:“我现在就发,你接着吧!”,这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步,经过三次“对话”之后,主机A才向主机B正式发送数据。
需要了解的信息:
ACK :TCP协议规定,只有ACK=1时有效,也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1
SYN(SYNchronization) :在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时,表明这是一个连接请求报文。
对方若同意建立连接,则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此,  SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

21、三次握手 
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,整个流程TCP三次握手如下所示: 

 三次握手的过程:
首先由Client发出请求连接即 SYN=1 ACK=0  (请看头字段的介绍), TCP规定SYN=1时不能携带数据,但要消耗一个序号,因此声明自己的序号是 seq=x;
然后 Server 进行回复确认,即 SYN=1 ACK=1 seq=y, ack=x+1;
再然后 Client 再进行一次确认,但不用SYN 了,这时即为 ACK=1, seq=x+1, ack=y+1。
 
(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。
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 
22、四次挥手 
三次握手耳熟能详,所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。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,整个流程所示TCP四次挥手 :

 

四次分手:
由于TCP连接是全双工的,因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。
(1)客户端A发送一个FIN,用来关闭客户A到服务器B的数据传送(报文段4)。
(2)服务器B收到这个FIN,它发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1(报文段5)。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号。
(3)服务器B关闭与客户端A的连接,发送一个FIN给客户端A(报文段6)。
(4)客户端A发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1(报文段7)。

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
(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。 
 
上面是一方主动关闭,另一方被动关闭的情况,实际中还会出现同时发起主动关闭的情况,具体流程同时挥手如下图  :

流程和状态在上图中已经很明了了,在此不再赘述,可以参考前面的四次挥手解析步骤。

注意】中断连接端可以是Client端,也可以是Server端。
假设Client端发起中断连接请求,也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后,意思是说"我Client端没有数据要发给你了",但是如果你还有数据没有发送完成,则不必急着关闭Socket,可以继续发送数据。所以你先发送ACK,"告诉Client端,你的请求我收到了,但是我还没准备好,请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态,继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成,则向Client端发送FIN报文,"告诉Client端,好了,我这边数据发完了,准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后,"就知道可以关闭连接了,但是他还是不相信网络,怕Server端不知道要关闭,所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态,如果Server端没有收到ACK则可以重传。“,Server端收到ACK后,"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,我Client端也可以关闭连接了。Ok,TCP连接就这样关闭了!
整个过程Client端所经历的状态如下:

 

而Server端所经历的过程如下:

 

【注意】在TIME_WAIT状态中,如果TCP client端最后一次发送的ACK丢失了,它将重新发送。TIME_WAIT状态中所需要的时间是依赖于实现方法的。典型的值为30秒、1分钟和2分钟。等待之后连接正式关闭,并且所有的资源(包括端口号)都被释放。
保活计时器:
设想有这样的情况:客户端已主动与服务器建立了TCP连接,但后来客户端的主机突然出现故障。
通常设为2小时。若2小时没有收到客户端的数据,服务器就发送一个探测报文段,以后则每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文段后仍无客户端的响应,服务器就认为客户端出现了故障,接着就关闭这个连接。

 

13.TCP释放连接四次握手

(1)四次握手过程
  假设主机A为客户端,主机B为服务器,其释放TCP连接的过程如下: 
    1) 关闭客户端到服务器的连接:首先客户端A发送一个FIN,用来关闭客户到服务器的数据传送,然后等待服务器的确认。其中终止标志位FIN=1,序列号seq=u
   2) 服务器收到这个FIN,它发回一个ACK,确认号ack为收到的序号加1。
   3) 关闭服务器到客户端的连接:也是发送一个FIN给客户端。
   4) 客户段收到FIN后,并发回一个ACK报文确认,并将确认序号seq设置为收到序号加1。
     首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。

 

     主机A发送FIN后,进入终止等待状态, 服务器B收到主机A连接释放报文段后,就立即给主机A发送确认,然后服务器B就进入close-wait状态,此时TCP服务器进程就通知高层应用进程,因而从A到B的连接就释放了。此时是“半关闭”状态。即A不可以发送给B,但是B可以发送给A。
  此时,若B没有数据报要发送给A了,其应用进程就通知TCP释放连接,然后发送给A连接释放报文段,并等待确认。A发送确认后,进入time-wait,注意,此时TCP连接还没有释放掉,然后经过时间等待计时器设置的2MSL后,A才进入到close状态。

(2)为什么要等待2MSL呢?
    MSL即Maximum Segment Lifetime,也就是最大报文生存时间,他是任何报文在网络上存在的最长时间,超过这个时间报文将被丢弃。引用《TCP/IP详解》中的话:“它(MSL)是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间”。RFC 793中规定MSL为2分钟,实际应用中常用的是30秒,1分钟和2分钟等。
    TCP的TIME_WAIT状态需要等待2MSL,当TCP的一端发起主动关闭,在发出最后一个ACK包后,即第3次握手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态,必须在此状态上停留两倍的MSL时间,等待2MSL时间主要目的是怕最后一个ACK包对方没收到,那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包,主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态时两端的端口不能使用,要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。
    概括原因如下:
    ①、为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。即最后这个确认报文段很有可能丢失,那么B会超时重传,然后A再一次确认,同时启动2MSL计时器,如此下去。如果没有等待时间,发送完确认报文段就立即释放连接的话,B就无法重传了(连接已被释放,任何数据都不能出传了),因而也就收不到确认,就无法按照步骤进入CLOSE状态,即必须收到确认才能close。
    ②、防止“已失效的连接请求报文段”出现在连接中。经过2MSL,那些在这个连接持续的时间内,产生的所有报文段就可以都从网络中消失。即在这个连接释放的过程中会有一些无效的报文段滞留在楼阁结点,但是呢,经过2MSL这些无效报文段就肯定可以发送到目的地,不会滞留在网络中。这样的话,在下一个连接中就不会出现上一个连接遗留下来的请求报文段了。
可以看出:B结束TCP连接的时间比A早一点,因为B收到确认就断开连接了,而A还得等待2MSL.
 
(3)为什么TCP释放连接需要四次?
      TCP建立连接要进行三次握手,而断开连接要进行四次。这是由于TCP的半关闭造成的。因为TCP连接是全双工的(即数据可在两个方向上同时传递)所以进行关闭时每个方向上都要单独进行关闭。这个单方向的关闭就叫半关闭。当一方完成它的数据发送任务,就发送一个FIN来向另一方通告将要终止这个方向的连接。
     注意:
     1)发送了FIN只是表示这端不能继续发送数据(应用层不能再调用send发送),但是还可以接收数据。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据,比如:如主机A收到主机B的FIN断开TCP连接请求,只是表示主机B已经发送完数据,主机A收到FIN后作出应答,并终止这个方向的数据传输,此时处于半关闭状态。但是主机A仍然可以发送数据的,只有当主机A发送完数据并发送FIN给主机B时,主机B才停止这个方向的数据传输,并关闭TCP连接。
     2)在很多时候,TCP连接的断开都会由TCP层自动进行,例如你CTRL+C终止你的程序,TCP连接依然会正常关闭,你可以写代码试试。

12.TCP建立连接三次握手

(1)、三次握手的过程
   1)主机A向主机B发送TCP连接请求数据包,其中包含主机A的初始序列号seq(A)=x。(其中报文中同步标志位SYN=1,ACK=0,表示这是一个TCP连接请求数据报文;序号seq=x,表明传输数据时的第一个数据字节的序号是x);
   2)主机B收到请求后,会发回连接确认数据包。(其中确认报文段中,标识位SYN=1,ACK=1,表示这是一个TCP连接响应数据报文,并含主机B的初始序列号seq(B)=y,以及主机B对主机A初始序列号的确认号ack(B)=seq(A)+1=x+1)
   3)第三次,主机A收到主机B的确认报文后,还需作出确认,即发送一个序列号seq(A)=x+1;确认号为ack(A)=y+1的报文;

 

 

(2)为什么需要第三次握手?
     还要再发送一次确认是为了,防止已失效的连接请求报文段突然又传到了B,因而产生错误。
     已失效的报文段:正常情况下:A发出连接请求,但因为丢失了,故而不能收到B的确认。于是A重新发出请求,然后收到确认,建立连接,数据传输完毕后,释放连接,A发了2个,一个丢掉,一个到达,没有“已失效的报文段”
     但是,某种情况下,A的第一个在某个节点滞留了,延误到达,本来这是一个早已失效的报文段,但是在A发送第二个,并且得到B的回应,建立了连接以后,这个报文段竟然到达了,于是B就认为,A又发送了一个新的请求,于是发送确认报文段,同意建立连接,假若没有三次的握手,那么这个连接就建立起来了(有一个请求和一个回应),此时,A收到B的确认,但A知道自己并没有发送建立连接的请求,因为不会理睬B的这个确认,于是呢,A也不会发送任何数据,而B呢却以为新的连接建立了起来,一直等待A发送数据给自己,此时B的资源就被白白浪费了。但是采用三次握手的话,A就不发送确认,那么B由于收不到确认,也就知道并没有要求建立连接。
     简而言之:第三次握手,主机A发送一次确认是为了防止:如果客户端迟迟没有收到服务器返回的确认报文,这时他会放弃连接,重新启动一条连接请求;但问题是:服务器不知客户端没收到,所以他会收到两个连接请求,白白浪费了一条连接开销。

11.TCP报文段首部格式:

 在谈及TCP建立连接和释放连接过程,先来简单认识一下TCP报文段首部格式的的几个名词(这里只是简单说明,具体请查看相关教程)
    序列号seq:占4个字节,用来标记数据段的顺序,TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号,第一个字节的编号由本地随机产生;给字节编上序号后,就给每一个报文段指派一个序号;序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号。
    确认号ack:占4个字节,期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号;序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号;而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号;因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号。
    确认ACK:占1位,仅当ACK=1时,确认号字段才有效。ACK=0时,确认号无效
    同步SYN:连接建立时用于同步序号。当SYN=1,ACK=0时表示:这是一个连接请求报文段。若同意连接,则在响应报文段中使得SYN=1,ACK=1。因此,SYN=1表示这是一个连接请求,或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1,握手完成后SYN标志位被置0。
    终止FIN:用来释放一个连接。FIN=1表示:此报文段的发送方的数据已经发送完毕,并要求释放运输连接
    PS:ACK、SYN和FIN这些大写的单词表示标志位,其值要么是1,要么是0;ack、seq小写的单词表示序号。
 

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。
        Sequence number(顺序号码)
(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。
        Acknowledge number(确认号码);
(3)标志位:共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具体含义如下:

TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议
TCP是主机对主机层的传输控制协议,提供可靠的连接服务,采用三次握手确认建立一个连接:

位码即tcp标志位,有6种标示:

(1)SYN(synchronous建立联机):发起一个新连接。 SYN(SYNchronization) :在连接建立时用来同步序号。

      SYN(synchronous建立联机)   SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。

(2)ACK:(acknowledgement 确认)确认序号有效。
TCP协议规定,只有ACK=1时有效,也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1
(3)URG(urgent紧急):紧急指针(urgent pointer)有效。
(4)PSH(push传送):接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
(5)RST(reset重置):重置连接。
(6)FIN:(finish结束)释放一个连接。当 FIN = 1 时,表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕,并要求释放连接。

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。
(B)确认方Ack=发起方Seq+1,两端配对。
当SYN=1而ACK=0时,表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接,则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此, SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

 
 
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