关于TCP 三次握手与四次握手的理解

一、TCP报文

1、TCP报文的具体定义格式如下:

TCP/IP协议的详细信息参看《TCP/IP协议详解》三卷本。下面是TCP报文格式图：

tcp报文结构-版本1.png

tcp报文结构-版本2.png

在了解三次握手和四次挥手之前，我们要先知道TCP报文内部包含了哪些东西。这样方便我们后续的理解

2、TCP报文简单的解读:

• TCP报头中的源端口号和目的端口号 同IP数据报中的源IP 与 目标IP 唯一确定一条TCP连接。

  TCP在发送数据前必须在彼此间建立连接，这里连接意思是：双方需要内保存对方信息（例如：IP，Port…）

• 报文主要段的意思

  • 序号：表示发送的数据字节流，确保TCP传输有序，对每个字节编号
  • 确认序号：发送方期待接收的下一序列号，接收成功后的数据字节序列号加 1。只有ACK=1时才有效。
  • 标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：
    • URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
    • ACK：确认序号的标志，ACK=1表示确认号有效，ACK=0表示报文不含确认序号信息
    • PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层
    • RST：重置连接。
    • SYN：连接请求序号标志，用于建立连接，SYN=1表示请求连接*(发起一个新连接)*
    • FIN：结束标志，用于释放连接，为1表示关闭本方数据流*(释放一个连接)*

注意:

• 不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。
• 确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。

二、三次握手

所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：

3次握手流程

三次握手详解

• 第一次握手：
  Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
• 第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
• 第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

SYN攻击：

• 在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时Server处于SYN_RCVD状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。
• 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回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址是不存在的，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，从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。
• SYN攻击是一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击的方式非常简单，即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令可以让之现行：

 #netstat -nap | grep SYN_RECV

三、四次握手

三次握手耳熟能详，四次挥手估计就... , 所谓四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发，整个流程如下图所示：

4次握手流程

1、四次握手解读

由于TCP连接是全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。

四次挥手过程

• 第一次挥手：客户端发出释放FIN=1，自己序列号seq=u，进入FIN-WAIT-1状态
• 第二次挥手：服务器收到客户端的后，发出ACK=1确认标志和客户端的确认号ack=u+1，自己的序列号seq=v，进入CLOSE-WAIT状态
• 第三次挥手：客户端收到服务器确认结果后，进入FIN-WAIT-2状态。此时服务器发送释放FIN=1信号，确认标志ACK=1，确认序号ack=u+1，自己序号seq=w，服务器进入LAST-ACK（最后确认态）
• 第四次挥手：客户端收到回复后，发送确认ACK=1，ack=w+1，自己的seq=u+1，客户端进入TIME-WAIT（时间等待）。客户端经过2个最长报文段寿命后，客户端CLOSE；服务器收到确认后，立刻进入CLOSE状态。

四次挥手过程分析
第一次：客户端请求断开FIN,seq=u
第二次：服务器确认客户端的断开请求ACK,ack=u+1,seq=v
第三次：服务器请求断开FIN,seq=w,ACK,ack=u+1
第四次：客户端确认服务器的断开ACK,ack=w+1,seq=u+1

为什么三次握手和四次挥手？
三次握手时，服务器同时把ACK和SYN放在一起发送到了客户端那里
四次挥手时，当收到对方的 FIN 报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方是否现在关闭发送数据通道，需要上层应用来决定，因此，己方 ACK 和 FIN 一般都会分开发送。

上面是一方主动关闭，另一方被动关闭的情况，实际中还会出现同时发起主动关闭的情况，具体流程如下图：

同时挥手

流程和状态在上图中已经很明了了，在此不再赘述，可以参考前面的四次挥手解析步骤。