TCP协议简介

前言

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP的特性

  • TCP提供一种面向连接的, 可靠的字节流服务;
  • 在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于TCP;
  • TCP使用校验和, 确认和重传机制来保证可靠传输;
  • TCP使用累积确认
  • TCP使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制

TCP三次握手与四次挥手

三次握手

  • 所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

    三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。在Socket 编程中，客户端执行 connect() 时。将触发三次握手。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
 
1. 第一次握手(SYN=1, seq=x);

  - 客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置1的包, 指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X, 保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

  - 发送完毕后，客户端进入 `SYN_SEND` 状态。

2. 第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1);

  - 服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号, 放到 Seq 域里, 同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户端的 ISN 加1, 即x+1。

  - 发送完毕后，服务器端进入 `SYN_RCVD` 状态。

3. 第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)

  - 客户端再次发送确认包(ACK), SYN 标志位为0, ACK 标志位为1, 并且把服务器发来 ACK 的序号字段+1, 放在确定字段中发送给对方, 并且在数据段放写ISN的+1

  - 发送完毕后，客户端进入 `ESTABLISHED` 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 `ESTABLISHED` 状态，TCP 握手结束。

三次握手的过程的示意图如下：

四次挥手

TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(Four-way handshake)，也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close() 操作即可产生挥手操作。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
 
1. 第一次挥手(FIN=1, seq=x);

  - 假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包, 表示自己已经没有数据可以发送了, 但是仍然可以接受数据。

  - 发送完毕后，客户端进入 `FIN_WAIT_1` 状态。

2. 第二次挥手(ACK=1, ACKnum=x+1);

  - 服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包, 表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。

  - 发送完毕后，服务器端进入 `CLOSE_WAIT` 状态, 客户端接收到这个确认包之后，进入 `FIN_WAIT_2` 状态, 等待服务器端关闭连接。

3. 第三次挥手(FIN=1, seq=y);

  - 服务器端准备好关闭连接时, 向客户端发送结束连接请求, `FIN` 置为1。

  - 发送完毕后, 服务器端进入 `LAST_ACK` 状态, 等待来自客户端的最后一个ACK。

4. 第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1)

  - 客户端接收到来自服务器端的关闭请求, 发送一个确认包, 并进入 `TIME_WAIT` 状态, 等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

  - 服务器端接收到这个确认包之后, 关闭连接, 进入 `CLOSED` 状态。

  - 客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期, 2MSL, 2 Maximum Segment Lifetime）之后, 没有收到服务器端的 ACK, 认为服务器端已经正常关闭连接, 于是自己也关闭连接, 进入 `CLOSED` 状态。

四次挥手的示意图如下：

SYN攻击

  • 什么是 SYN 攻击（SYN Flood）？
1
2
3
4
5
 
在三次握手过程中，服务器发送 SYN-ACK 之后，收到客户端的 ACK 之前的 TCP 连接称为半连接(half-open connect)。此时服务器处于 SYN_RCVD 状态。当收到 ACK 后，服务器才能转入 ESTABLISHED 状态.

SYN 攻击指的是，攻击客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送SYN包，服务器回复确认包，并等待客户的确认。由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，导致目标系统运行缓慢，严重者会引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击。
  • 如何检测 SYN 攻击？
1
 
检测 SYN 攻击非常的方便，当你在服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击。在 Linux/Unix 上可以使用系统自带的 netstats 命令来检测 SYN 攻击。
  • 如何防御 SYN 攻击？
1
2
3
4
5
6
 
SYN攻击不能完全被阻止，除非将TCP协议重新设计。我们所做的是尽可能的减轻SYN攻击的危害，常见的防御 SYN 攻击的方法有如下几种：

 - 缩短超时（SYN Timeout）时间
 - 增加最大半连接数
 - 过滤网关防护
 - SYN cookies技术

欢迎关注技术公众号： 零壹技术栈

零壹技术栈

零壹技术栈

本帐号将持续分享后端技术干货，包括虚拟机基础，多线程编程，高性能框架，异步、缓存和消息中间件，分布式和微服务，架构学习和进阶等学习资料和文章。

 

posted @ 2018-09-24 10:03  零壹技术栈  阅读(620)  评论(0)    收藏  举报