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了解TCP的三次握手和四次挥手

發(fā)布時(shí)間：2024/8/26 编程问答 51 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了了解TCP的三次握手和四次挥手小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

了解TCP的三次握手和四次揮手

一、??? TCP/IP OSI參考模型

了解TCP的三次握手和四次揮手，我們首先從TCP/IP OSI參考模型說起。

OSI（Open System Interconnect），即開放式系統(tǒng)互聯(lián)。OSI定義了網(wǎng)絡(luò)互連的七層框架（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層），即ISO開放互連系統(tǒng)參考模型。每一層實(shí)現(xiàn)各自的功能和協(xié)議，并完成與相鄰層的接口通信。如下圖。

由圖可知，TCP主要位于傳輸層，TCP是基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，將上層[應(yīng)用層]的數(shù)據(jù)流分割成報(bào)文段進(jìn)行發(fā)送；

二、??? 三次握手

首先我們要了解為什么要進(jìn)行三次握手，目的是什么？然后握手的流程是什么樣的？以及握手過程中可能出現(xiàn)的問題。

1.? “三次握手”的目的：

是為了建立可靠的TCP連接，握手過程中會(huì)初始化Seq的初始值，從而保證通信的順序性，防止因網(wǎng)絡(luò)問題而亂序；

2.? “三次握手”的流程：

　　　　　　　　　　　　　　? ?圖片來自網(wǎng)絡(luò)

TCP/IP協(xié)議中，為了提供可靠的連接，采用三次握手建立一個(gè)連接；流程描述如下：

第一次握手：建立連接時(shí)，A發(fā)送SYN包（seq=x）到B，并進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待B確認(rèn)；

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第二次握手：B收到SYN包，必須向A返回一個(gè)ACK包（ack=x+1）確認(rèn)，同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包（syn=y）,即SYN+ACK包，并進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；

第三次握手：A收到B的SYN+ACK包，向B發(fā)送ACK包（ack=y+1）確認(rèn),此包發(fā)送完畢，A和B進(jìn)入established狀態(tài)；

由上面流程可知，第一次seq為1，然后下一次返回的ack序號(hào)是在對(duì)方上一次的seq的基礎(chǔ)上加 +1。? ? ??

在“三次握手”的過程中可能出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，具體描述如下：

3.? SYN FLOOD攻擊：

介紹：SYN Flood是種典型的DoS (拒絕服務(wù)) 攻擊，效果就是服務(wù)器TCP連接資源耗盡，停止響應(yīng)正常的TCP連接請(qǐng)求。

原因：只進(jìn)行了第二次握手，而不進(jìn)行第三次握手，此時(shí)服務(wù)器沒有收到客戶端的ACK確認(rèn)；

后果：服務(wù)器會(huì)不斷重試到超時(shí)（5次），linux默認(rèn)是等待63秒才斷開；會(huì)把服務(wù)器的連接數(shù)耗盡，影響到正常請(qǐng)求不能處理；

命令查看及防護(hù)：

查看linux網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)命令：

netstat -anp |awk '{print $6}' |sort|uniq -c |sort -rn

查看是那些ip發(fā)出的SYN命令：

netstat -an | grep SYN | awk '{print $5}' | awk -F: '{print $1}' | sort | uniq -c | sort -nr | more

查看linux默認(rèn)的syn配置：

sysctl -a | grep _syn

>>>#

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144	//是SYN隊(duì)列的長(zhǎng)度，加大長(zhǎng)度可以容納更多等待連接的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)
net.ipv4.tcp_syncookies = 1	//是否打開SYN Cookie 功能，該功能可以防止部分SYN攻擊；默認(rèn)為0關(guān)閉，1開啟
net.ipv4.tcp_synack_retries = 2	//SYNACK(第二次握手)的重試連接次數(shù)，默認(rèn)5，建議調(diào)小控制重試次數(shù)
net.ipv4.tcp_syn_retries = 2	//SYN的重試連接次數(shù)，默認(rèn)5，建議調(diào)小控制重試次數(shù)

總結(jié)：針對(duì)SYN FLOOD攻擊，最快捷的方式就是開啟SYN Cookie功能。

三、??? 四次揮手

我們要了解四次揮手目的是什么？為什么需要四次？然后揮手的流程是什么樣的？以及握手過程中可能出現(xiàn)的問題。

1.? “四次揮手”的目的

為了終止TCP連接。

2.? “四次揮手”的流程：

　　　　　　　　　　　　　　圖片來自網(wǎng)絡(luò)

四次揮手流程描述如下：

第一次揮手：A發(fā)送一個(gè)FIN（seq=x）包，ACK（ack=y）包{上圖中沒有注明]用來關(guān)閉A到B的數(shù)據(jù)傳送，A進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)；

第二次揮手：B收到FIN后，發(fā)送一個(gè)ACK（ack=x+1）包給A，并進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)，同時(shí)通知應(yīng)用程序，對(duì)方A要求關(guān)閉連接；

第三次揮手：這時(shí)B的應(yīng)用程序通知TCP可以關(guān)閉連接，則會(huì)發(fā)送一個(gè)FIN（seq=y，ack=x+1）包，用來關(guān)閉B到A的數(shù)據(jù)傳送，B進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)；

第四次揮手：A收到FIN后，A進(jìn)入TIME_WAIN狀態(tài)，接著返回一個(gè)ACK（ack=y+1包）給B，B進(jìn)入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手；

3.? 為什么需要“四次揮手”

因?yàn)槿p工，收發(fā)兩個(gè)方向的連接都可以獨(dú)立關(guān)閉，以避免A數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，再向B發(fā)送FIN關(guān)閉連接，而這時(shí)B它的上層[應(yīng)用層]可能正在處理數(shù)據(jù)，需要等B的[應(yīng)用層]數(shù)據(jù)處理完成后，再向主動(dòng)A發(fā)出第三次揮手。這樣就比“三次握手”多一次連接，需要四次揮手。

4.? TIME_WAIT狀態(tài)為什么需要等待2MSL時(shí)間？

1) 確保有足夠的時(shí)間讓對(duì)方收到ACK包；

2) 避免新舊連接混淆；

具體描述：

第一，假若第四次揮手的ACK報(bào)文段丟失，因而使處在LAST-ACK狀態(tài)的B收不到對(duì)方發(fā)送的最后一個(gè)ACK包。B會(huì)超時(shí)重傳這個(gè)FIN+ACK報(bào)文段，而A就能在2MSL時(shí)間內(nèi)收到這個(gè)重傳的FIN+ACK報(bào)文段。但如果A在TIME-WAIT狀態(tài)不等待一段時(shí)間，而是在發(fā)送完ACK報(bào)文段后就立即釋放連接，就無法收到B重傳的FIN+ACK報(bào)文段，因而也不會(huì)再發(fā)送一次確認(rèn)報(bào)文段。這樣，B就無法按照正常的步驟進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。

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第二，A在發(fā)送完ACK報(bào)文段后，再經(jīng)過2MSL時(shí)間，就可以使本連接持續(xù)的時(shí)間所產(chǎn)生的所有報(bào)文段都從網(wǎng)絡(luò)中消失。這樣就可以使下一個(gè)新的連接中不會(huì)出現(xiàn)這種舊的連接請(qǐng)求的報(bào)文段。

5.? 服務(wù)器出現(xiàn)大量的CLOSE_WAIT狀態(tài)的原因？

該問題是我們有時(shí)在使用HttpClient時(shí)偶爾會(huì)遇到的問題。

原因：對(duì)方關(guān)閉socket連接，我方忙于讀和寫，沒有及時(shí)關(guān)閉連接（方便理解：可參考“四次揮手”圖的第三次揮手，假如對(duì)方?jīng)]有返回ACK會(huì)怎么樣）；

防范：

1)? ?檢查代碼，特別是釋放資源的代碼；

2)? ?檢查配置，特別是處理請(qǐng)求的線程配置；

四、? ?關(guān)于TCP報(bào)文頭的說明

標(biāo)識(shí)說明：

16位源端口號(hào)和16位目的端口號(hào)：通信雙方的端口號(hào)，用來標(biāo)識(shí)不同的應(yīng)用進(jìn)程。
32位序號(hào)和32位確認(rèn)序號(hào)：使數(shù)據(jù)包按順序處理，保證連接的可靠性；
4位首部長(zhǎng)度/數(shù)據(jù)偏移：最大值為1111。因?yàn)門CP報(bào)頭最多60個(gè)字節(jié)，但[選項(xiàng)]長(zhǎng)度不確定，如何定位到[數(shù)據(jù)]起始位置，可通過該標(biāo)識(shí)定位。
6位保留：為將來定義新的用途保留，現(xiàn)在一般置0。
6位控制位：0或1：

URG：緊急指針標(biāo)志，為1時(shí)表示緊急指針有效，為0則忽略緊急指針。

ACK：確認(rèn)序號(hào)標(biāo)志，為1時(shí)表示確認(rèn)號(hào)有效，為0表示報(bào)文中不含確認(rèn)信息，忽略確認(rèn)號(hào)字段。

PSH：push標(biāo)志，為1表示是帶有push標(biāo)志的數(shù)據(jù)，指示接收方在接收到該報(bào)文段以后，應(yīng)盡快將這個(gè)報(bào)文段交給應(yīng)用程序，而不是在緩沖區(qū)排隊(duì)。

RST：重置連接標(biāo)志，用于重置由于主機(jī)崩潰或其他原因而出現(xiàn)錯(cuò)誤的連接。或者用于拒絕非法的報(bào)文段和拒絕連接請(qǐng)求。

SYN：同步序號(hào)，用于建立連接過程，在連接請(qǐng)求中，SYN=1和ACK=0表示該數(shù)據(jù)段沒有使用捎帶的確認(rèn)域，而連接應(yīng)答捎帶一個(gè)確認(rèn)，即SYN=1和ACK=1。

FIN：finish標(biāo)志，用于釋放連接，為1時(shí)表示發(fā)送方已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送了，即關(guān)閉本方數(shù)據(jù)流。

16位窗口：滑動(dòng)窗口大小，用來告知發(fā)送端接受端的緩存大小，以此控制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，從而達(dá)到流量控制。
16位校驗(yàn)和：奇偶校驗(yàn)函數(shù)，檢驗(yàn)范圍包括首部和數(shù)據(jù)兩部分，用來檢驗(yàn)傳輸過程中是否有誤，由發(fā)送端計(jì)算和存儲(chǔ)，并由接收端進(jìn)行驗(yàn)證。
選項(xiàng)/填充：常見的可選項(xiàng)是MSS表示本端所能接受的最大報(bào)文段的長(zhǎng)度，在第一次握手中指明這個(gè)字段。為保證選項(xiàng)長(zhǎng)度是32的整數(shù)倍，所以填充位會(huì)加額外的零。
數(shù)據(jù)部分：TCP 報(bào)文段中的數(shù)據(jù)部分是可選的。在一個(gè)連接建立和一個(gè)連接終止時(shí)，雙方交換的報(bào)文段僅有 TCP 首部。如果一方?jīng)]有數(shù)據(jù)要發(fā)送，也使用沒有任何數(shù)據(jù)的首部來確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)。在處理超時(shí)的許多情況中，也會(huì)發(fā)送不帶任何數(shù)據(jù)的報(bào)文段。

五、? ?介紹滑動(dòng)窗口

1. 滑動(dòng)窗口：

告訴發(fā)送端，接收端緩存的大小，以此控制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，從而達(dá)到控制流量；TCP的滑動(dòng)窗口的單位是字節(jié)的；

a. 保證tcp的可靠性；
b. 保證tcp的流量控制（告訴發(fā)送端另一端的緩存，防止處理不過來）；

2. RTT和RTO概念：
RTT: 發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包到收到對(duì)應(yīng)的ACK，所花費(fèi)的時(shí)間；
RTO: 重傳時(shí)間間隔；根據(jù)RTT計(jì)算出來，當(dāng)規(guī)定時(shí)間沒有收到ACK，則重傳；

3. 計(jì)算過程：

AdvertisedWindow[滑動(dòng)窗口] = MaxRcvBuffer[最大接收緩存] - (LastByteRcvd - LastByteRead)
EffectiveWindow[窗口內(nèi)剩余可發(fā)送大小] = AdvertisedWindow - (LastByteSent - LastByteAcked)

4. TCP會(huì)話發(fā)送四種狀態(tài)：

?#1：已發(fā)送并且已收到回應(yīng)；#2：已發(fā)送還沒收到回應(yīng)，#3：沒有發(fā)送但允許發(fā)送；#4：沒有發(fā)送且不允許發(fā)生(由于窗口大小限制)；

　　　　其中：#2+#3組成為：發(fā)送窗口；

5. TCP會(huì)話接收四種狀態(tài)原理同上；

#1：已接收并且已回應(yīng)；#2：已接收但未回應(yīng)；#3：沒有接收但允許接收；#4：沒有發(fā)送且不允許接收(由于窗口大小限制)；
　　　　其中#3為：接收窗口；