TCP协议三次握手四次挥手

该文档涵盖了参考模型传输层的TCP协议知识点。

阅读完该文档后，您将会了解到:

TCP协议中的三次握手
TCP协议中的四次挥手
TCP协议的常见面试问题

错误之处还望指正。

重点面试内容：发送的内容和状态(syn/ack/fin/seq) 头条面试遇到过

位码即tcp标志位，有6种标示：

SYN(synchronous 开始同步)
ACK(acknowledgement 确认)
FIN(finish结束)
Sequence number(序列号)
Acknowledge number(确认号)
PSH(push传送)
RST(reset重置)
URG(urgent紧急)

TCP协议中的三次握手

tcp_connect

如图：

主要有两个标志位： SYN是否请求连接/同步和 ACK确认收到请求

              序列号的用途是标识特定某一次连接；

第一次握手：客户端发送 SYN(是否请求连接；1是) 和 seq(序列号，标识特定的本次连接J) 到服务器，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器确认;
第二次握手：服务器收到连接请求，确认ACK标志位是1，即客户端发起了请求; 服务器发送__ACK(是否收到请求；1是) 和 ack(J+1,特定某次请求)；同步客户端SYN(是否请求连接；1是)和seq(序列号，标识特定的本次连接K)__，此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手：客户端收到服务器的连接请求，向服务器发送__ACK(是否收到请求；1是) 和 ack(K+1,特定某次请求)__，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

次数	客户端状态	服务器状态	发送数据
第一次握手	SYN_SEND		SYN:标志位1； seq:序列号,随机数J
第二次握手	established	SYN_REVC	标志位SYN和ACK: 1; ack:确认号,J+1; seq:序列号,随机数K
第三次握手	established	established	标志位ACK: 1; ack:确认号,K+1

我的理解：

1、状态变换：
  syn(同步)， syn_send / syn_recv  英语单词很容易理解；

为什么要三次握手

书：为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误

说白了就是：防止了服务器端的一直等待而浪费资源

SYN攻击

面试一句话：在半连接状态下，客户端发送大量不存在ip给服务器，造成正常的SYN丢弃。

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_RECV状态.当收到ACK后，服务器转入ESTABLISHED状态.

Syn攻击就是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，目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

Syn攻击是一个典型的DDOS攻击。

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下可以如下命令检测是否被Syn攻击

netstat -nap grep SYN_RECV

netstat -n -p TCP grep SYN_RECV

一般较新的TCP/IP协议栈都对这一过程进行修正来防范Syn攻击，修改tcp协议实现。主要方法有SynAttackProtect保护机制、SYN cookies技术、增加最大半连接和缩短超时时间等. 但是不能完全防范syn攻击。

TCP协议中的四次挥手

注意：中断连接端可以是Client端，也可以是Server端，那么就是图上的流程反过来操作

tcp_close

解释（以客户端发起断开为例子）

如图：

主要有两个标志位： FIN是否已完成数据传送和 ACK确认收到请求

              序列号的用途是标识特定某一次连接；

第一次握手：客户端发送 FIN(是否已完成数据传送；1是) 和 seq(序列号，标识特定的本次连接u) 到服务器，客户端进入FIN_WAIT_1状态，等待服务器确认;
第二次握手：服务器收到连接请求，确认FIN标志位是1，即客户端发起了断开请求; 服务器发送__ACK(是否收到请求；1是) 和 ack(u+1,特定某次请求)； seq(序列号，标识特定的本次连接v)__,客户端等待服务器处理数据，进入FIN_WAIT_2状态;
第三次握手：服务器传送完数据，向客户端发送__ACK(是否收到请求；1是) 和 ack(u+1,特定某次请求); FIN(是否已完成数据传送；1是) 和 seq(序列号，标识特定的本次连接w)__，此时服务器进入CLOSE_WAIT状态。
第四次握手：客户端收到服务器的断开请求，向服务器发送__ACK(是否收到请求；1是) 和 ack(w+1,特定某次请求); seq(序列号，标识特定的本次连接u+1)__，Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭。

次数	客户端状态	服务器状态	发送数据
第一次握手	FIN_WAIT_1		FIN:标志位1； seq:序列号,随机数u
第二次握手	FIN_WAIT_2		标志位ACK: 1; ack:确认号,u+1; seq:序列号,随机数v
第三次握手		CLOSE_WAIT	标志位ACK: 1; ack:确认号,u+1; 标志位FIN:1; seq:序列号,随机数w
第四次握手	established	established	标志位ACK: 1; ack:确认号,w+1; seq:序列号,u+1

总结：
  1、server先关闭，client再关闭
  2、状态：
    FIN ： finish
    fin-wait
    close-wait

为什么要四次挥手

那四次挥手又是为何呢？TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式，

这就意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表示主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2，它的数据已经全部发送完毕了；

但是，这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据；当主机2返回ACK报文段时，表示它已经知道主机1没有数据发送了，但是主机2还是可以发送数据到主机1的；

当主机2也发送了FIN报文段时，这个时候就表示主机2也没有数据要发送了，就会告诉主机1，我也没有数据要发送了，之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

完整图

TCP协议的常见面试问题

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：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？

答：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。

TCP 有超时重发机制。

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