TCP连接管理

TCP的特点及目的

TCP是一种面向有连接的协议，只有在确认通信对端存在时才会发送数据。它充分的实现了数据传输时各种控制功能，TCP通过校验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制实现可靠性传输，是可靠传输。

TCP可靠传输的技术

1. 利用窗口滑动技术提高速度

发送端的窗口大小由接收端的窗口大小决定。发送端窗口接收到数据向发送端发送确认数据包，窗口移动，清理缓冲区。若发生数据丢失，会重发请求数据包并在可选字段设置SACK(选择性确认)，注明缺失的那一部分，目的就是不用将丢失后的所有部分重新发送。

2. 流量控制

发送端主机根据接收端主机的窗口大小通知进行流量控制

3. 拥塞控制

最初将发送端的窗口设置为1。每收到一个确认应答，窗口的值会增加1个段。

4. 连接管理

三次握手和四次挥手

三次握手和四次挥手是面试中的重要考点，这里会对这两个过程进行详细的分析

三次握手

三次握手的过程

刚开始客户端处于Closed的状态，服务端处于Listen状态。

• 第一次握手：客户端给服务器发送一个SYN报文，并指明客户端的初始化序列号seq = x。此时客户端处于SYN_Send状态。
• 第二次握手：服务器收到客户端的SYN报后，会以自己的SYN报作为应答，并且指定自己的初始化序列号seq = y。同时会把客户端的序列号值+1作为确认号ack的值，即ack = x+1,表示自己已经收到了客户端的SYN，此时服务器处于SYN_REVD的状态。
• 第三次握手：客户端收到SYN报文后，会发送一个ACK报文，把服务器的序列号值+1作为确认号的值，即ack = y+1,表示已经收到了SYN报文。并以x+1作为自己的序列号值，此时客户端处于established状态。
• 服务器收到ACK报文后，也处于established状态，此时，双方已建立起了联系。

三次握手的作用

• 确认双方的接收能力、发送能力是否正常。
• 指定自己的初始化序列号，为后面的可靠传送做准备。
• 如果是HTTPS协议的话，三次握手这个过程，还会进行数字证书的验证以及加密秘钥的生成。

为什么要采用三次握手，两次不行么？

有一种情况是A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某些网络结点长时间滞留了，以致延误到连接释放后的某个时间才能到达B。本来这是个早已失效的报文段，但B收到此失效的连接请求报文段后，就误以为A又重新发出了一次新的连接请求。于是又向A发送确认报文段，同意建立连接。若不采用三次握手，只要B发出确认报文，新的连接就建立了。由于现在A并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬B的确认，也不会向B发送数据。

三次握手图解

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四次挥手

四次挥手的过程描述

刚开始双方都处于established状态，如果客户端先发起关闭请求，则：

• 第一次挥手：客户端发送一个FIN报文，报文中会指定一个序列号seq = x。此时客户端处于FIN_WAIT1状态。
• 第二次挥手：服务端收到FIN之后，会发送ACK报文，且把客户端的序列号值+1作为ACK报文的应答号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于CLOSE_WAIT状态。
• 客户端接收到服务端第二次挥手发送的ACK报文后，处于FIN_WAIT2状态。
• 第三次挥手：如果服务器也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，给客户端发送FIN报文，且指定一个序列号。此时服务端处于LAST_ACK状态。
• 第四次挥手：客户端收到FIN之后，一样发送一个ACK报文作为应答，且把服务端的序列号值+1作为自己ACK报文的应答值，此时客户端处于TIME_WAIT状态。
• 服务器收到ACK报文后，就处于关闭连接了，处于CLOSED状态。

四次挥手图解

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特别要注意的是TIME_WAIT状态，在服务器发送想要关闭连接的FIN-ACK报文后，客户端不会立即关闭，而是等一段时间再关闭。原因就是要确保服务器接收到ACK报文。如果服务器没有接受到，服务端会重新给客户端发送FIN-ACK报文，客户端再次接收到就知道之前的ACK报文丢失了，会再次发送ACK报文。

一些面试可能会问到的问题

1. ISN是固定的么？
   ISN可以理解为序列号。ISN如果是固定的，攻击者很容易猜出后序的确认号，因此ISN是动态生成的。

2. 什么是半连接队列？
   我理解的这个问题的大概意思就是在两个端进行连接时，请求的包会放在一个队列中，客户端发送的第一个请求和服务端连接的SYN包放入队列中，此时服务端还未做出应答的情况叫半连接队列。三次握手全部完成后的叫全连接队列。

3. 关于SYN-ACK重传次数的问题

• 服务器发送完SYN-ACK包，如果未收到客户端确认包，服务器进行首次重传，等待一段时间仍未收到客户端确认包，进行第二次重传。
• 如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将该连接信息从半连接队列中删除。

每次重传的时间不一定相同，一般会是指数增长，例如时间间隔为1s,2s,4s,8s......

4. 三次握手过程中可以携带数据么？
   前两次不可以，第三次可以。如果前两次收发成功，就意味着客户端与服务端之间可以建立连接，第三次就可以发送数据了。

我在网上看到的解释是若第一次携带大量数据的话，会让服务器更容易受到攻击。因为攻击者不会管服务器是否收发数据正常，受到攻击的服务端接收不到SYN报文，客户端会重复发送，会让服务器花费更多的时间、内存空间来接收。

三握四挥大概就是目前这些，主要是先将内容搞清楚，自己能口述下来，后面有新的问题会继续补充。