计算机网络

TCP三次握手和四次挥手

Posted by JimWang on 2021-02-09

TCP三次握手和四次挥手

TCP是可靠的双向通道传输协议，所以需要三次握手建立连接和四次挥手关闭连接来保证信息传输的可靠性。

报文标识位

先来了解一下TCP在握手连接时候的报文用到的标志位。

  • SYN：建立连接消息的标志
  • ACK（Acknowledgment Number）：应答消息的标志
  • FIN：连接关闭的标志

三次握手

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第一次握手：建立连接。客户端发送SYN连接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number(seq)置为x；然后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认；

第二次握手： 服务器收到客户端的SYN报文段。服务器需要对这个SYN报文段进行确认，设置为ack=x+1(seq+1)；同时，自己还要发送SYN+ACK报文段，来应答建立连接请求，将SYN+ACK位置为1，seq置为y；服务器端将上述所有信息放到一个报文段（即SYN+ACK报文段）中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手： 客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后设置ack=seq+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。

ack总是回复信息的seq+1. 如果是回复的信息，ACK就是1，标示位表示是回复。

为什么要三次握手

为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。如果只有两次握手，client发送连接请求后不再ACK服务端的SYN。此时client由于自身的原因判断建立连接失败，可能会重复建立TCP连接，而服务端却会认为那些被client丢弃的TCP连接依然有效，会浪费服务端资源。

举例：比如假设只有两次握手，客户端向服务端发起了连接请求，但是由于网络延迟，被滞留了，很久以后才到达了服务端，服务端因为是新的链接请求，就返回确认报文，并由于只有两次握手，服务端开始等待客户端的数据，因此浪费了资源

四次挥手过程

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第一次挥手： client发送关闭连接请求。向server发送一个FIN报文段，设置Sequence Number；此时，client进入FIN_WAIT_1状态；这表示client没有数据要发送给server了；

第二次挥手： server收到了client发送的FIN报文段，向client返回ACK报文段, 设置ack=seq+1，seq=v；client进入FIN_WAIT_2状态；server告诉client，我“同意”你的关闭请求，但是你要等一下，我还有东西要给你；

第三次挥手： server向client发送FIN+ACK报文段，设置ack=seq+1，seq=w；确认没有数据要传输了，可以进行关闭连接，同时server进入LAST_ACK状态，等待client确认收到最后的数据；注意，这里的ack=seq+1，seq是客户端发送的第一次挥手

第四次挥手： client收到server发送的FIN报文段，向server发送ACK报文段，然后client进入TIME_WAIT状态；server收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，client等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，client也可以关闭连接了。 是server先关闭，后才是client关闭

为什么需要四次挥手

TCP是全双工模式，这就意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表示主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2，它的数据已经全部发送完毕了；但是，这个时候主机1还是可以接受着来自主机2的数据；当主机2返回ACK报文段时，表示它表示已经知道主机1没有数据发送了，但主机2还是有数据要发送数据到主机1的；当主机2也发送了FIN报文段时，这个时候就表示主机2也没有数据要发送了，就会告诉主机1，我也没有数据要发送了，之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

TIME_WAIT和CLOSE_WAIT的区别

CLOSE_WAIT是被动关闭形成的；当对方close socket而发送FIN报文过来时，回应ACK之后进入CLOSE_WAIT状态。随后检查是否存在未传输数据，如果没有则发起第三次挥手，发送FIN报文给对方，进入LAST_ACK状态并等待对方ACK报文到来

TIME_WAIT是主动关闭连接方式形成的；处于FIN_WAIT_2状态时，收到对方FIN报文后进入TIME_WAIT状态；之后再等待两个MSL(Maximum Segment Lifetime:报文最大生存时间)

为什么需要等待2MSL后，client才关闭

MSL(Maximum Segment Lifetime)：报文段最大生存时间，它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。

原因有二：

  • 保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭
  • 保证这次连接的重复数据段从网络中消失

第一点：由于网络的不稳定，可能client最后回复的fin报文没有被server正常接收到，那么这个时间最大为MSL。当没接受时，server会再次发送FIN，那么这个时间最大也为MSL。因此要等2MSL后才可以关闭。

第二点：确保这次链接中的数据从网络消失。如果client直接close，后又向server发起了新的链接，那么可能会时相同端口号的，可能会收到上一次链接中的数据。

SYN Flood

SYN Flood 伪造 SYN 报文向服务器发起连接，服务器在收到报文后用 SYN_ACK 应答，此应答发出去后，不会收到 ACK 报文，造成一个半连接

若攻击者发送大量这样的报文，会在被攻击主机上出现大量的半连接，耗尽其资源，使正常的用户无法访问，直到半连接超时




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