TCP协议的三次握手和四次挥手

TCP/IP协议三次握手与四次握手流程解析

Http协议三次握手过程  

简述Socket，IP,TCP三次握手,HTTP协议 

TCP/IP协议的三次握手及实现原理 

 

SYN Flood攻击与防御方法

 

搞定计算机网络面试，看这篇就够了

• 二 TCP三次握手和四次挥手（面试常客）

• 为什么要三次握手？

• 为什么要传回SYN（发起一个新链接）？

• 传了SYN，为啥还要传ACK（确认序号有效）？

• 为什么要四次挥手？

三次握手：

 

客户端–发送带有SYN标志的数据包–一次握手–服务端

服务端–发送带有SYN/ACK标志的数据包–二次握手–客户端

客户端–发送带有带有ACK标志的数据包–三次握手–服务端

 

为什么要三次握手？

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是正常的】。

 

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。

 

 

为什么要传回syn？

接收端传回发送端所发送的SYN是【为了告诉发送端，我接收到的信息确实就是你所发送的信号了】。

 

传了SYN,为啥还要传ACK？

双方通信无误必须是两者互相发送信息都无误。【传了SYN，证明发送方到接收方的通道没有问题】，【但是接收方到发送方的通道还需要ACK信号来进行验证】。

 

 

一、TCP报文格式

  TCP报文格式图：

 

 

  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。

  （B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。 

 

二、三次握手

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:

 

SYN(synchronous建立联机)

ACK(acknowledgement 确认)

PSH(push传送)

FIN(finish结束)

RST(reset重置)

URG(urgent紧急)

 

Sequence number(顺序号码)

Acknowledge number(确认号码) 

establish  建立，创建

 

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三次握手流程的本质，可以这么理解：TCP的三次握手其实是双方各一次握手，各一次确认，只是其中一次握手和确认合并在一起。

 

当然也可以更通俗的去理解：

 

“喂，你听得到吗？”

“我听得到呀，你听得到我吗？”

“我能听到你”

三次握手为什么不用两次，或者四次

 

原因很简单，因为只有三次才是最合适的，三次通信是最小值，两次通信满足不了要求，而四次通信则显得冗余。

 

比如之前的三次改成两次，四次的结果就变味了。

 

两次握手：

 

“喂，你听得到吗？”

“我听得到呀”

“喂，你听得到吗？”

“草，我听得到呀！！！！”

“你TM能不能听到我讲话啊！！喂！”

“……”

四次握手：

 

“喂，你听得到吗？”

“我听得到呀，你听得到我吗？”

“我能听到你，你能听到我吗？”

 

“……不想跟傻逼说话”

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  所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，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，整个流程如下图所示：

  

 

  （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 (number )=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包将长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

  

解决方案：

1、无效连接监视释放

2、延缓TCB分配方法

当开放了一个TCP端口后，该端口就处于Listening状态，不停地监视发到该端口的Syn报文，

一旦接收到Client发来的Syn报文，就需要为该请求分配一个TCB（Transmission Control Block），并返回一个SYN ACK命令，立即转为SYN-RECEIVED即半开连接状态。

通常一个TCB至少需要280个字节，在某些操作系统中TCB甚至需要1300个字节，而某些操作系统在SOCK的实现上最多可开启512个半开连接。

 

消耗服务器资源主要是因为当SYN数据报文一到达，系统立即分配TCB，从而占用了资源。

解决：

收到SYN数据报文时不急于去分配TCB，而是先回应一个SYN ACK报文，并在一个专用HASH表（Cache）中保存这种半开连接信息，直到收到正确的回应ACK报文再分配TCB。

 

3、使用SYN Proxy防火墙

 

很多防火墙中都提供一种SYN代理的功能，其主要原理是对试图穿越的SYN请求进行验证后才放行

 

 

 

三、四次挥手

 三次握手耳熟能详，四次挥手估计就..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，整个流程如下图所示：

 

  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。

 

 

  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。

 

四、附注

  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。