TCP的三次握手四次揮手

卞卞村長L發表於2017-11-10

相對於SOCKET開發者,TCP建立過程和連結折除過程是由TCP/IP協議棧自動建立的.因此開發者並不需要控制這個過程.但是對於理解TCP底層運作機制,相當有幫助.
而且對於有網路協議工程師之類筆試,幾乎是必考的內容.企業對這個問題熱情之高,出乎我的意料:-)
因此在這裡詳細解釋一下這兩個過程。

1、TCP報文格式

TCP/IP協議的詳細資訊參看《TCP/IP協議詳解》三卷本。下面是TCP報文格式圖:


上圖中有幾個欄位需要重點介紹下:
(1)序號:Seq序號,佔32位,用來標識從TCP源端向目的端傳送的位元組流,發起方傳送資料時對此進行標記。
(2)確認序號:Ack序號,佔32位,只有ACK標誌位為1時,確認序號欄位才有效,Ack=Seq+1。
(3)標誌位:共6個,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具體含義如下:
(A)URG:緊急指標(urgent pointer)有效。
(B)ACK:確認序號有效。
(C)PSH:接收方應該儘快將這個報文交給應用層。
(D)RST:重置連線。
(E)SYN:發起一個新連線。
(F)FIN:釋放一個連線。

需要注意的是:

(A)不要將確認序號Ack與標誌位中的ACK搞混了。
(B)確認方Ack=發起方Req+1,兩端配對。

2、TCP三次握手

所謂三次握手(Three-way Handshake),是指建立一個TCP連線時,需要客戶端和伺服器總共傳送3個包。
三次握手的目的是連線伺服器指定埠,建立TCP連線,並同步連線雙方的序列號和確認號並交換 TCP 視窗大小資訊.在socket程式設計中,客戶端執行connect()時。將觸發三次握手

第一次握手:

客戶端傳送一個TCP的SYN標誌位置1的包指明客戶打算連線的伺服器的埠,以及初始序號X,儲存在包頭的序列號(Sequence Number)欄位裡。

第二次握手:

伺服器發回確認包(ACK)應答。即SYN標誌位和ACK標誌位均為1同時,將確認序號(Acknowledgement Number)設定為客戶的I S N加1以.即X+1。


伺服器發回確認包(ACK)應答。即SYN標誌位和ACK標誌位均為1同時,將確認序號(Acknowledgement Number)設定為客戶的I S N加1以.即X+1。

第三次握手.

客戶端再次傳送確認包(ACK)SYN標誌位為0,ACK標誌位為1.並且把伺服器發來ACK的序號欄位+1,放在確定欄位中傳送給對方.並且在資料段放寫ISN的+1

SYN攻擊

在三次握手過程中,伺服器傳送SYN-ACK之後,收到客戶端的ACK之前的TCP連線稱為半連線(half-open connect).此時伺服器處於Syn_RECV狀態.當收到ACK後,伺服器轉入ESTABLISHED狀態.
Syn攻擊就是 攻擊客戶端 在短時間內偽造大量不存在的IP地址,向伺服器不斷地傳送syn包,伺服器回覆確認包,並等待客戶的確認,由於源地址是不存在的,伺服器需要不斷的重發直 至超時,這些偽造的SYN包將長時間佔用未連線佇列,正常的SYN請求被丟棄,目標系統執行緩慢,嚴重者引起網路堵塞甚至系統癱瘓。
Syn攻擊是一個典型的DDOS攻擊。檢測SYN攻擊非常的方便,當你在伺服器上看到大量的半連線狀態時,特別是源IP地址是隨機的,基本上可以斷定這是一次SYN攻擊.在Linux下可以如下命令檢測是否被Syn攻擊
netstat -n -p TCP | grep SYN_RECV
一般較新的TCP/IP協議棧都對這一過程進行修正來防範Syn攻擊,修改tcp協議實現。主要方法有SynAttackProtect保護機制、SYN cookies技術、增加最大半連線和縮短超時時間等.
但是不能完全防範syn攻擊。

3、TCP 四次揮手

TCP的連線的拆除需要傳送四個包,因此稱為四次揮手(four-way handshake)。客戶端或伺服器均可主動發起揮手動作,在socket程式設計中,任何一方執行close()操作即可產生揮手操作。

為什麼建立連線是三次握手,而關閉連線卻是四次揮手呢?

這是因為服務端在LISTEN狀態下,收到建立連線請求的SYN報文後,把ACK和SYN放在一個報文裡傳送給客戶端。而關閉連線時,當收到對方的FIN報文時,僅僅表示對方不再傳送資料了但是還能接收資料,己方也未必全部資料都傳送給對方了,所以己方可以立即close,也可以傳送一些資料給對方後,再傳送FIN報文給對方來表示同意現在關閉連線,因此,己方ACK和FIN一般都會分開傳送。

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