TCP——三次握手和四次挥手详解

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  本文主要介绍TCP连接三次握手和四次挥手的机制。

TCP三次握手

剖析三次握手机制

  首先Client端发送连接请求报文,Server端接受连接后回复ACK报文,并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文后也向Server端发生ACK报文,并分配资源,这样TCP连接就建立了。

TCP 三次握手过程

  最初两端的TCP进程都处于CLOSED关闭状态,A主动打开连接,而B被动打开连接。(A、B关闭状态CLOSED** —> **B收听状态LISTEN —> A同步已发送状态SYN-SENT —> B同步收到状态SYN-RCVD —> A、B连接已建立状态ESTABLISHED)

三次握手过程

  B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB,准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN(收听)状态,等待客户的连接请求。若有,则作出响应。

  1. 第一次握手:A的TCP客户端进程也是首先创建传输控制块TCB,A将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=x,然后向B发出连接请求报文段(首部的同步位SYN=1,初始序号seq=x),SYN=1的报文段不能携带数据,但要消耗掉一个序号,此时TCP客户进程进入SYN-SENT(同步已发送)状态。
  2. 第二次握手:服务端B收到连接请求报文段后,由标志位SYN=1得知Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,确认号ack=x+1,随机产生一个值作为初始序号seq=y,如同意建立连接,则向A发送确认报文段(SYN=1,ACK=1,ack=x+1,seq=y)确认连接,操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量,此时TCP服务器进程进入SYN-RCVD(同步收到)状态。
  3. 第三次握手:客户端A收到服务端B的确认后,检查ack是否为x+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,确认号ack置为y+1,序号seq置为x+1,并且此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量,要向B给出确认报文段(ACK=1,ack=y+1,seq=x+1)。TCP连接已经建立,A进入ESTABLISHED(已建立连接)。当B收到A的确认后,也进入ESTABLISHED状态。

流程串

  A和B都处于CLOSED状态 —> B创建TCB,处于LISTEN状态,等待A请求 —> A创建TCB,发送连接请求(SYN=1,seq=x),进入SYN-SENT状态 —> B收到连接请求,向A发送确认(SYN=ACK=1,确认号ack=x+1,初始序号seq=y),进入SYN-RCVD状态 —> A收到B的确认后,给B发出确认(ACK=1,ack=y+1,seq=x+1),A进入ESTABLISHED状态 —> B收到A的确认后,进入ESTABLISHED状态。

TCB传输控制块

  Transmission Control Block,存储每一个连接中的重要信息,如TCP连接表,到发送和接收缓存的指针,到重传队列的指针,当前的发送和接收序号。

四次挥手

剖析四次挥手机制

  我们通过Client端和Server端的对白来了解一下TCP四次挥手机制是怎样的。

  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,了解Client的意思是说:"Server端,你好,我没有数据要发给你了,但是如果你Server端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Server端先发送ACK告诉Client端:"Client端,你好,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:"Server端,你好,我这边数据发完了,准备好关闭连接了"。
  Client端收到FIN报文后,知道无数据再传了,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,也知道Client确认断开连接了。Client端等待了2MSL后依然没有收到Server端回复,则证明Server端已正常关闭,心想,这次我Client端可以放心关闭连接了。Ok,至此TCP连接就这样关闭了!

TCP 四次挥手过程

  数据传输结束后,通信的双方都可释放连接,A和B都处于ESTABLISHED状态。(A、B连接建立状态ESTABLISHED —> A终止等待1状态FIN-WAIT-1 —> B关闭等待状态CLOSE-WAIT —> A终止等待2状态FIN-WAIT-2——B最后确认状态LAST-ACK —> A时间等待状态TIME-WAIT —> B、A关闭状态CLOSED)

四次挥手流程

  1. 第一次挥手:客户端A的应用进程先向服务端TCP发出连接释放报文段(FIN=1,序号seq=u),并停止再发送数据,主动关闭TCP连接,进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态,等待服务端B的确认。
  2. 第二次挥手:服务端B收到连接释放报文段后即发出确认报文段(ACK=1,确认号ack=u+1,序号seq=v),服务端B进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态,此时的TCP处于半关闭状态。A收到B的确认后,进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待B发出的连接释放报文段。
  3. 第三次挥手:服务端B没有要向客户端A发出的数据,B发出连接释放报文段 (FIN=1,ACK=1,序号seq=w,确认号ack=u+1),B进入LAST-ACK(最后确认)状态,等待A的确认。
  4. 第四次挥手:客户端A收到服务端B的连接释放报文段后,对此发出确认报文段(ACK=1,seq=u+1,ack=w+1),A进入TIME-WAIT(时间等待)状态。此时TCP未释放掉,需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后,A才进入CLOSED状态。

流程串

  A和B处于ESTABLISHED状态 —> A发出连接释放报文段并处于FIN-WAIT-1状态 —> B发出确认报文段且进入CLOSE-WAIT状态 —> A收到确认后,进入FIN-WAIT-2状态,等待B的连接释放报文段 —> B没有要向A发出的数据,B发出连接释放报文段且进入LAST-ACK状态 —> A发出确认报文段且进入TIME-WAIT状态 —> B收到确认报文段后进入CLOSED状态 —> A经过等待计时器时间2MSL后,进入CLOSED状态。

Q&A

为什么A还要发送一次确认呢?可以二次握手吗?

  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。

  不可以二次握手就建立连接,如果不采用三次握手,只要B发出确认,就建立新的连接了的话,如果此时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。

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。

为什么A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间?

  MSL最长报文段寿命Maximum Segment Lifetime,MSL=2

  两个理由:1)保证客户端A发送的最后一个ACK报文段能够到达服务端B。2)防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。

  1. 这个ACK报文段有可能丢失,使得处于LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN+ACK报文段的确认,B超时重传FIN+ACK报文段,而A能在2MSL时间内收到这个重传的FIN+ACK报文段,接着A重传一次确认,重新启动2MSL计时器,最后A和B都进入到CLOSED状态,若A在TIME-WAIT状态不等待一段时间,而是发送完ACK报文段后立即释放连接,则无法收到B重传的FIN+ACK报文段,所以不会再发送一次确认报文段,则B无法正常进入到CLOSED状态。
  2. 在发送完最后一个ACK报文段后,再经过2MSL,就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失,使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次握手?

  因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。

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?

  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。

posted @ 2020-07-13 09:47  Andya_net  阅读(123)  评论(0编辑  收藏