詳解TCP的三次握手四次斷開


 本文將分別講解經典的TCP協議建立連接(所謂的“3次握手”)和斷開連接(所謂的“4次揮手”)的過程。

盡管TCP和UDP都使用相同的網絡層(IP),TCP卻向應用層提供與UDP完全不同的服務。TCP提供一種面向連接的、可靠的字節流服務。

面向連接意味着兩個使用TCP的應用(通常是一個客戶和一個服務器)在彼此交換數據之前必須先建立一個TCP連接。這一過程與打電話很相似,先撥號振鈴,等待對方摘機說“喂”,然后才說明是誰。這是一個互相確認的過程,以保證數據傳輸的可靠性。

1、熟悉下tcp報文

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下面是TCP報文格式圖:

上圖中有幾個字段需要重點介紹下:
(1序號:Seq序號,占32位,用來標識從TCP源端向目的端發送的字節流,發起方發送數據時對此進行標記。
(2確認序號:Ack序號,占32位,只有ACK標志位為1時,確認序號字段才有效,Ack=Seq+1。
(3標志位:共6個,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具體含義如下:
       (A)URG:緊急指針(urgent pointer)有效。
       (B)ACK:確認序號有效。
       (C)PSH:接收方應該盡快將這個報文交給應用層。
       (D)RST:重置連接。
       (E)SYN:發起一個新連接。
       (F)FIN:釋放一個連接。

需要注意的是:
(A)不要將確認序號Ack與標志位中的ACK搞混了。
(B)確認方Ack=發起方Seq+1,兩端配對。 

2.三次握手詳解

所謂三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP連接,就是指建立一個TCP連接時,需要客戶端和服務端總共發送3個包以確認連接的建立。在socket編程中,這一過程由客戶端執行connect來觸發,整個流程

如下圖所示:

 

 

1第一次握手:
Client將標志位SYN置為1,隨機產生一個值seq=J,並將該數據包發送給Server,Client進入SYN_SENT狀態,等待Server確認。

 

 

2第二次握手:
Server收到數據包后由標志位SYN=1知道Client請求建立連接,Server將標志位SYN和ACK都置為1,ack=J+1,隨機產生一個值seq=K,並將該數據包發送給Client以確認連接請求,Server進入SYN_RCVD狀態

 

 

3第三次握手:
Client收到確認后,檢查ack是否為J+1,syn是否為1,如果正確則將標志位ACK置為1,ack=k+1,並將該數據包發送給Server,Server檢查ack是否為K+1,ACK是否為1,如果正確則連接建立成功,
Client和Server進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手,隨后Client與Server之間可以開始傳輸數據了。
SYN攻擊:

在三次握手過程中,Server發送SYN-ACK之后,收到Client的ACK之前的TCP連接稱為半連接(half-open connect),此時Server處於SYN_RCVD狀態,當收到ACK后,Server轉入ESTABLISHED狀態。
SYN攻擊就是Client在短時間內偽造大量不存在的IP地址,並向Server不斷地發送SYN包,Server回復確認包,並等待Client的確認,由於源地址是不存在的,因此,Server需要不斷重發直至超時,
這些偽造的SYN包將產時間占用未連接隊列,導致正常的SYN請求因為隊列滿而被丟棄,從而引起網絡堵塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊時一種典型的DDOS攻擊,檢測SYN攻擊的方式非常簡單,即當Server上有大量半連接狀態且源IP地址是隨機的,
則可以斷定遭到SYN攻擊了,使用如下命令可以讓之現行:
#netstat -nap | grep SYN_RECV

 

3.四次揮手詳解

三次握手耳熟能詳,四次揮手估計就少有人知道了。所謂四次揮手(Four-Way Wavehand)即終止TCP連接,就是指斷開一個TCP連接時,需要客戶端和服務端總共發送4個包以確認連接的斷開。在socket編程中,這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發,整個流程

如下圖所示:

 

 

由於TCP連接時全雙工的,因此,每個方向都必須要單獨進行關閉,這一原則是當一方完成數據發送任務后,發送一個FIN來終止這一方向的連接,
收到一個FIN只是意味着這一方向上沒有數據流動了,即不會再收到數據了,但是在這個TCP連接上仍然能夠發送數據,直到這一方向也發送了FIN。
首先進行關閉的一方將執行主動關閉,而另一方則執行被動關閉,上圖描述的即是如此。
第一次揮手:
Client發送一個FIN,用來關閉Client到Server的數據傳送,Client進入FIN_WAIT_1狀態第二次揮手:
Server收到FIN后,發送一個ACK給Client,確認序號為收到序號+1(與SYN相同,一個FIN占用一個序號),Server進入CLOSE_WAIT狀態。
第三次揮手:
Server發送一個FIN,用來關閉Server到Client的數據傳送,Server進入LAST_ACK狀態。
第四次揮手:
Client收到FIN后,Client進入TIME_WAIT_2狀態,接着發送一個ACK給Server,確認序號為收到序號+1,Server進入CLOSED狀態,完成四次揮手。

 上面是一方主動關閉,另一方被動關閉的情況,實際中還會出現同時發起主動關閉的情況,具體流程如下圖:

 

4.經典問答

  • (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) 為什么建立連接是三次握手,而關閉連接卻是四次揮手呢?
這是因為服務端在LISTEN狀態下,收到建立連接請求的SYN報文后,把ACK和SYN放在一個報文里發送給客戶端。而關閉連接時,當收到對方的FIN報文時,
僅僅表示對方不再發送數據了但是還能接收數據,己方也未必全部數據都發送給對方了,所以己方可以立即close,也可以發送一些數據給對方后,
再發送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連接,因此,己方ACK和FIN一般都會分開發送。

 


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