关于TCP和UDP的服务器和客户端的执行步骤

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原文:关于TCP和UDP的服务器和客户端的执行步骤
TCP和UDP的最完整的区别

TCP

TCP编程的服务器端一般步骤是:
1、创建一个socket,用函数socket();
2、设置socket属性,用函数setsockopt(); * 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();
4、开启监听,用函数listen();
5、接收客户端上来的连接,用函数accept();
6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();
7、关闭网络连接;
8、关闭监听;

TCP编程的客户端一般步骤是:
1、创建一个socket,用函数socket();
2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选
4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性;
5、连接服务器,用函数connect();
6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();
7、关闭网络连接;

UDP

UDP编程的服务器端一般步骤是:
1、创建一个socket,用函数socket();
2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();
4、循环接收数据,用函数recvfrom();
5、关闭网络连接;

UDP编程的客户端一般步骤是:
1、创建一个socket,用函数socket();
2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选
4、设置对方的IP地址和端口等属性;
5、发送数据,用函数sendto();
6、关闭网络连接;

参考:TCP服务器和客户端交互

TCP客户/服务器的套接字函数

1、socket函数:为了执行网络输入输出,一个进程必须做的第一件事就是调用socket函数获得一个文件描述符。
2、connect函数:当用socket建立了套接口后,可以调用connect为这个套接字指明远程端的地址;如果是字节流套接口,connect就使用Tcp三次握手建立一个连接;如果是Udp数据报套接口,connect仅指明远程端地址,而不向它发送任何数据。
3、bind函数:为套接口分配一个本地IP和协议端口,对于网际协议,协议地址是32位IPv4地址或128位IPv6地址与16位的TCP或UDP端口号的组合;如指定端口为0,调用bind时内核将选择一个临时端口,如果指定一个通配IP地址,则要等到建立连接后内核才选择一个本地IP地址。
4、listen函数:listen函数仅被TCP服务器调用,它的作用是将用sock创建的主动套接口转换成被动套接口,并等待来自客户端的连接请求。
5、accept函数:accept函数由TCP服务器调用,从已完成连接队列头返回一个已完成连接,如果完成连接队列为空,则进程进入睡眠状态。
6、write和read函数:当服务器和客户端的连接建立起来后,就可以进行数据传输了,服务器和客户端用各自的套接字描述符进行读/写操作。因为套接字描述符也是一种文件描述符,所以可以用文件读/写函数write()和read()进行接收和发送操作。
(1)write()函数用于数据的发送。
(2)read()函数用于数据的接收。
7、send和recv函数:TCP套接字提供了send()和recv()函数,用来发送和接收操作。这两个函数与write()和read()函数很相似,只是多了一个附加的参数。
(1)send()函数用于数据的发送。
(2)recv()函数用于数据的发送。

TCP与UDP区别总结:

1、TCP面向连接(如打电话要先拨号建立连接);UDP是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接
2、TCP提供可靠的服务。也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP尽最大努力交付,即不保 证可靠交付
3、TCP面向字节流,实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向数据包报文的
UDP没有拥塞控制,因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低(对实时应用很有用,如IP电话,实时视频会议等)
4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信
5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小,只有8个字节
6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道,UDP则是不可靠信道

补充:
TCP充分实现了数据传输时各种控制功能,可以进行丢包的重发控制,还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。而这些在UDP中都没有。此外,TCP作为一种面向有连接的协议,只有在确认通信对端存在时才会发送数据,从而可以控制通信流量的浪费。TCP通过检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。
UDP不提供复杂的控制机制,利用IP提供面向无连接的通信服务。UDP也无法进行流量控制等避免网络拥塞的行为。无法重发和保证顺序。

例题

TCP建立连接的过程采用三次握手,已知第三次握手报文的发送序列号为1000,确认序列号为2000,请问第二次握手报文的发送序列号和确认序列号分别为
解析:
发送序列是自己发送报文的序列号,当前发送序列号是上一次发送序列号+1
确认序列号是从对方接收到的发送序列号+1

第三次握手发送的序列号是1000,那说明第一次握手发送的序列号是999,注意:这里是握手,因此,第二次握手的确认序列号是1000,即确认序列号是从对方接收到的发送序列号+1。
第三次握手发送的确认号是2000,说明第二次握手的发送序列号是1999。

客户端:发送X
服务端:发送Y, 确认X+1
客户端:发送X+1(1000),确认Y+1(2000)

TCP数据格式

TCP会把应用进程传来的字节流数据切割成许多个数据包,在网络上发送。IP包是会失去顺序或者产生重复的,TCP协议要能还原到字节流本来面目。


TCP数据格式

标志位共有六个,其中RST位就在TCP异常时出现

三次握手

三次握手

为了能够说清楚下面的RST攻击,需要结合上图说说:SYN标志位、序号、滑动窗口大小。

建立连接的请求中,标志位SYN都要置为1,在这种请求中会告知MSS段大小,就是本机希望接收TCP包的最大大小。

发送的数据TCP包都有一个序号。它是这么得来的:最初发送SYN时,有一个初始序号,根据RFC的定义,各个操作系统的实现都是与系统时间相关的。之后,序号的值会不断的增加,比如原来的序号是100,如果这个TCP包的数据有10个字节,那么下次的TCP包序号会变成110。

滑动窗口用于加速传输,比如发了一个seq=100的包,理应收到这个包的确认ack=101后再继续发下一个包,但有了滑动窗口,只要新包的seq与没有得到确认的最小seq之差小于滑动窗口大小,就可以继续发。

3、滑动窗口

滑动窗口毫无疑问是用来加速数据传输的。TCP要保证“可靠”,就需要对一个数据包进行ack确认表示接收端收到。有了滑动窗口,接收端就可以等收到许多包后只发一个ack包,确认之前已经收到过的多个数据包。有了滑动窗口,发送端在发送完一个数据包后不用等待它的ack,在滑动窗口大小内可以继续发送其他数据包。

四次握手

四次握手

FIN标志位也看到了,它用来表示正常关闭连接。图的左边是主动关闭连接方,右边是被动关闭连接方,用netstat命令可以看到标出的连接状态。

FIN是正常关闭,它会根据缓冲区的顺序来发的,就是说缓冲区FIN之前的包都发出去后再发FIN包,这与RST不同。

RST标志位

RST表示复位,用来异常的关闭连接,在TCP的设计中它是不可或缺的。就像上面说的一样,发送RST包关闭连接时,不必等缓冲区的包都发出去(不像上面的FIN包),直接就丢弃缓存区的包发送RST包。而接收端收到RST包后,也不必发送ACK包来确认。

TCP处理程序会在自己认为的异常时刻发送RST包。例如,A向B发起连接,但B之上并未监听相应的端口,这时B操作系统上的TCP处理程序会发RST包。

又比如,AB正常建立连接了,正在通讯时,A向B发送了FIN包要求关连接,B发送ACK后,网断了,A通过若干原因放弃了这个连接(例如进程重启)。网通了后,B又开始发数据包,A收到后表示压力很大,不知道这野连接哪来的,就发了个RST包强制把连接关了,B收到后会出现connect reset by peer错误。

6、RST攻击

A和服务器B之间建立了TCP连接,此时C伪造了一个TCP包发给B,使B异常的断开了与A之间的TCP连接,就是RST攻击了。实际上从上面RST标志位的功能已经可以看出这种攻击如何达到效果了。

那么伪造什么样的TCP包可以达成目的呢?我们至顶向下的看。

假定C伪装成A发过去的包,这个包如果是RST包的话,毫无疑问,B将会丢弃与A的缓冲区上所有数据,强制关掉连接。

如果发过去的包是SYN包,那么,B会表示A已经发疯了(与OS的实现有关),正常连接时又来建新连接,B主动向A发个RST包,并在自己这端强制关掉连接。

这两种方式都能够达到复位攻击的效果。似乎挺恐怖,然而关键是,如何能伪造成A发给B的包呢?这里有两个关键因素,源端口和序列号。

一个TCP连接都是四元组,由源IP、源端口、目标IP、目标端口唯一确定一个连接。所以,如果C要伪造A发给B的包,要在上面提到的IP头和TCP头,把源IP、源端口、目标IP、目标端口都填对。这里B作为服务器,IP和端口是公开的,A是我们要下手的目标,IP当然知道,但A的源端口就不清楚了,因为这可能是A随机生成的。当然,如果能够对常见的OS如windows和linux找出生成source port规律的话,还是可以搞定的。

序列号问题是与滑动窗口对应的,伪造的TCP包里需要填序列号,如果序列号的值不在A之前向B发送时B的滑动窗口内,B是会主动丢弃的。所以我们要找到能落到当时的AB间滑动窗口的序列号。这个可以暴力解决,因为一个sequence长度是32位,取值范围0-4294967296,如果窗口大小像上图中我抓到的windows下的65535的话,只需要相除,就知道最多只需要发65537(4294967296/65535=65537)个包就能有一个序列号落到滑动窗口内。RST包是很小的,IP头+TCP头也才40字节,算算我们的带宽就知道这实在只需要几秒钟就能搞定。

那么,序列号不是问题,源端口会麻烦点,如果各个操作系统不能完全随机的生成源端口,或者黑客们能通过其他方式获取到source port,RST攻击易如反掌,后果很严重

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