TCP协议的三次握手和四次挥手

三次握手:


image.png

相信很多人看到这个图的时候最不理解的就是图中的SYN、ACK、seq、ack是啥意思,我大致总结了一下:
两个序号和三个标志位:
(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。

通俗解释:
SYN是标志位,SYN=1表示请求连接,SYN不等于1的时候应该没意义我也不知道是啥
seq=x,这个x就是随机的一个数,表示客户端就从序号x开始算起了(就是这么随便)。
ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,ack=x+1。也就是ACK=1和ack=x+1是成对出现的,说明成功收到了序号x为止的所有数据。
ack=x+1代表的就是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号为x+1,即说明成功收到了序号x为止的所有数据
确认方ack=发起方req+1,两端配对。(即服务端的ack=客户端上次发来的req+1,反之亦然)

总结解释图上的三次握手过程如下:
在第一次消息发送中,A随机选取一个序列号作为自己的初始序号发送给B;第二次消息B使用ack对A的数据包进行确认,

因为已经收到了序列号为x的数据包,准备接收序列号为x+1的包,所以ack=x+1,同时B告诉A自己的初始序列号,就是seq=y;

第三条消息A告诉B收到了B的确认消息并准备建立连接,A自己此条消息的序列号是x+1,所以seq=x+1,而ack=y+1是表示A正准备接收B序列号为y+1的数据包。

帮助理解的例子:

Client: 你听得见我说话吗?

Server:嗯,听得见。你听得见我说话吗?

Client:我也能听见。

成功建立连接。

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。

四次挥手:


image.png

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。

如下所述可以更好地理解四次挥手的过程:
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!

帮助理解的例子:

1.Client端:我不想说话了。

2.Server端:好的,我知道了,但是我还有些话没有说完,稍等哈

3.Server端:我说完了

4.Client端:好的。(为什么会有这一次握手呢?因为客户端不相信网络,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)

问题1: 为什么要三次握手?

答:三次握手的目的是建立可靠的通信信道,说到通讯,简单来说就是数据的发送与接收,而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机能正常。

问题2:为什么A还要发送一次确认呢?可以二次握手吗?
  答:主要为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了B,因而产生错误。如A发出连接请求,但因连接请求报文丢失而未收到确认,于是A再重传一次连接请求。后来收到了确认,建立了连接。数据传输完毕后,就释放了连接,A工发出了两个连接请求报文段,其中第一个丢失,第二个到达了B,但是第一个丢失的报文段只是在某些网络结点长时间滞留了,延误到连接释放以后的某个时间才到达B,此时B误认为A又发出一次新的连接请求,于是就向A发出确认报文段,同意建立连接,不采用三次握手,只要B发出确认,就建立新的连接了,此时A不理睬B的确认且不发送数据,则B一致等待A发送数据,浪费资源。

问题3:Server端易受到SYN攻击?

服务器端的资源分配是在二次握手时分配的,而客户端的资源是在完成三次握手时分配的,所以服务器容易受到SYN洪泛攻击,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则回复确认包,并等待Client确认,由于源地址不存在,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,从而引起网络拥塞甚至系统瘫痪。

防范SYN攻击措施:降低主机的等待时间使主机尽快的释放半连接的占用,短时间受到某IP的重复SYN则丢弃后续请求。

问题4: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,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。

问题5: 为什么要四次挥手?
答:根本原因是,一方发送FIN只表示自己发完了所有要发的数据,但还允许对方继续把没发完的数据发过来。

举个例子:A和B打电话,通话即将结束后,A说“我没啥要说的了”,B回答“我知道了”,但是B可能还会有要说的话,A不能要求B跟着自己的节奏结束通话,于是B可能又巴拉巴拉说了一通,最后B说“我说完了”,A回答“知道了”,这样通话才算结束。

问题6: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。
也就是说:A发送的确认释放连接信息B没有收到,这时候B会再次发送一个FIN=1的释放连接请求,而这个时候A还处于TIME-WAIT,所以可以再次发送确认信息

参考资料:
https://blog.csdn.net/zixiaomuwu/article/details/60965466
https://www.cnblogs.com/james111/p/7120456.html
https://www.jianshu.com/p/65605622234b
https://www.cnblogs.com/laowz/p/6947539.html
https://www.cnblogs.com/thrillerz/p/6464203.html
https://www.cnblogs.com/Andya/p/7272462.html

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