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TCP/IP協(xié)議全解析 三次握手與四次揮手
一、TCP報(bào)文格式
TCP/IP協(xié)議的詳細(xì)信息參看《TCP/IP協(xié)議詳解》三卷本。下面是TCP報(bào)文格式圖：
圖1 TCP報(bào)文格式
上圖中有幾個(gè)字段需要重點(diǎn)介紹下：
(1)序號(hào)：Seq序號(hào)，占32位，用來(lái)標(biāo)識(shí)從TCP源端向目的端發(fā)送的字節(jié)流，發(fā)起方發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)此進(jìn)行標(biāo)記。
(2)確認(rèn)序號(hào)：Ack序號(hào)，占32位，只有ACK標(biāo)志位為1時(shí)，確認(rèn)序號(hào)字段才有效，Ack=Seq+1。
(3)標(biāo)志位：共6個(gè)，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義如下：
(A)URG：緊急指針(urgent pointer)有效。
(B)ACK：確認(rèn)序號(hào)有效。
(C)PSH：接收方應(yīng)該盡快將這個(gè)報(bào)文交給應(yīng)用層。
(D)RST：重置連接。
(E)SYN：發(fā)起一個(gè)新連接。
(F)FIN：釋放一個(gè)連接。
需要注意的是：
(A)不要將確認(rèn)序號(hào)Ack與標(biāo)志位中的ACK搞混了。
(B)確認(rèn)方Ack=發(fā)起方Req+1，兩端配對(duì)。
二、三次握手
所謂三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP連接，就是指建立一個(gè)TCP連接時(shí)，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送3個(gè)包以確認(rèn)連接的建立。在socket編程中，這一過(guò)程由客戶端執(zhí)行connect來(lái)觸發(fā)，整個(gè)流程如下圖所示：
圖2 TCP三次握手
(1)第一次握手：Client將標(biāo)志位SYN置為1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Client進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認(rèn)。
(2)第二次握手：Server收到數(shù)據(jù)包后由標(biāo)志位SYN=1知道Client請(qǐng)求建立連接，Server將標(biāo)志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認(rèn)連接請(qǐng)求，Server進(jìn)入SYN_RCVD狀態(tài)。
(3)第三次握手：Client收到確認(rèn)后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標(biāo)志位ACK置為1，ack=K+1，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。
SYN攻擊：
在三次握手過(guò)程中，Server發(fā)送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP連接稱為半連接(half-open connect)，此時(shí)Server處于SYN_RCVD狀態(tài)，當(dāng)收到ACK后，Server轉(zhuǎn)入ESTABLISHED狀態(tài)。SYN攻擊就是Client在短時(shí)間內(nèi)偽造大量不存在的IP地址，并向Server不斷地發(fā)送SYN包，Server回復(fù)確認(rèn)包，并等待Client的確認(rèn)，由于源地址是不存在的，因此，Server需要不斷重發(fā)直至超時(shí)，這些偽造的SYN包將產(chǎn)時(shí)間占用未連接隊(duì)列，導(dǎo)致正常的SYN請(qǐng)求因?yàn)殛?duì)列滿而被丟棄，從而引起網(wǎng)絡(luò)堵塞甚至系統(tǒng)癱瘓。SYN攻擊時(shí)一種典型的DDOS攻擊，檢測(cè)SYN攻擊的方式非常簡(jiǎn)單，即當(dāng)Server上有大量半連接狀態(tài)且源IP地址是隨機(jī)的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令可以讓之現(xiàn)行：
#netstat -nap | grep SYN_RECV
三、四次揮手
三次握手耳熟能詳，所謂四次揮手(Four-Way Wavehand)即終止TCP連接，就是指斷開一個(gè)TCP連接時(shí)，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送4個(gè)包以確認(rèn)連接的斷開。在socket編程中，這一過(guò)程由客戶端或服務(wù)端任一方執(zhí)行close來(lái)觸發(fā)，整個(gè)流程如下圖所示：
圖3 TCP四次揮手
由于TCP連接時(shí)全雙工的，因此，每個(gè)方向都必須要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉，這一原則是當(dāng)一方完成數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后，發(fā)送一個(gè)FIN來(lái)終止這一方向的連接，收到一個(gè)FIN只是意味著這一方向上沒(méi)有數(shù)據(jù)流動(dòng)了，即不會(huì)再收到數(shù)據(jù)了，但是在這個(gè)TCP連接上仍然能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，直到這一方向也發(fā)送了FIN。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方則執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉，上圖描述的即是如此。
(1)第一次揮手：Client發(fā)送一個(gè)FIN，用來(lái)關(guān)閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)。
(2)第二次揮手：Server收到FIN后，發(fā)送一個(gè)ACK給Client，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1(與SYN相同，一個(gè)FIN占用一個(gè)序號(hào))，Server進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)。
(3)第三次揮手：Server發(fā)送一個(gè)FIN，用來(lái)關(guān)閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送，Server進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)。
(4)第四次揮手：Client收到FIN后，Client進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，接著發(fā)送一個(gè)ACK給Server，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1，Server進(jìn)入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手。
上面是一方主動(dòng)關(guān)閉，另一方被動(dòng)關(guān)閉的情況，實(shí)際中還會(huì)出現(xiàn)同時(shí)發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉的情況，具體流程如下圖：
圖4 同時(shí)揮手
流程和狀態(tài)在上圖中已經(jīng)很明了了，在此不再贅述，可以參考前面的四次揮手解析步驟。
四、附注
關(guān)于三次握手與四次揮手通常都會(huì)有典型的面試題，在此提出供有需求的XDJM們參考：
(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)為什么建立連接是三次握手，而關(guān)閉連接卻是四次揮手呢?
這是因?yàn)榉⻊?wù)端在LISTEN狀態(tài)下，收到建立連接請(qǐng)求的SYN報(bào)文后，把ACK和SYN放在一個(gè)報(bào)文里發(fā)送給客戶端。而關(guān)閉連接時(shí)，當(dāng)收到對(duì)方的FIN報(bào)文時(shí)，僅僅表示對(duì)方不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還能接收數(shù)據(jù)，己方也未必全部數(shù)據(jù)都發(fā)送給對(duì)方了，所以己方可以立即close，也可以發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對(duì)方后，再發(fā)送FIN報(bào)文給對(duì)方來(lái)表示同意現(xiàn)在關(guān)閉連接，因此，己方ACK和FIN一般都會(huì)分開發(fā)送。
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