网络基础学习之TCP三次握手以及四次分手

前言

计算机网络是什么？

利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统；

主要网络有哪些？

1.局域网 LAN；（作用范围一般为几米到几十公里）
2.城域网 MAN；（界于WAN与LAN之间）
3.广域网 WAN；（作用范围一般为几十到几千公里）

计算机网络发展史

1.诞生阶段，单个计算机为中心的远程联机系统；
2.ARPANET，多个主机通过通信线路互联起来；
3.开放性的标准化体系结构，OSI诞生；
4.Intentnet互联网；

计算机网络体系结构

TCP/IP协议族

Transmission Control Protocol / Internet Protocol的简写，传输控制协议/因特网互联协议，是Internet最基本的协议，Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成；协议采用了4层的层级结构；它是利用IP进行通信时所必须用到的协议群的统称；

TCP/IP概念层模型	功能	TCP/IP协议族
应用层	文件传输、电子邮件、文件服务、虚拟终端	TFTP、HTTP、SNMP、FTP、SMTP、DNS、Telent
传输层	提供端对端的接口	TCP、UDP
网络层	为数据包选择路由	IP、ICMP、RIP、OSPE、BGP、IGMP
链路层	传输有地址的帧以及错误检测功能	SLTP、CSLIP、PPP、ARP、RARP、MTU

TCP 面向连接的、可靠的流协议；
UDP 面向无连接的通讯协议；
IP 在源地址和目的地址之间传送的数据包；
ICMP 控制报文协议；
IGMP internet组管理协议；
ARP 地址解析协议；
RARP 反向地址转化协议；

TCP和UDP

TCP和UDP都是传输层的协议，传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信；

不同之处：TCP提供了一种可靠的数据传输服务，TCP是面向连接的，也就是说，利用TCP通信的两台主机首先要经历一个建立连接的过程，等到连接建立后才开始传输数据，而且传输过程中采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，发送完成后还会关闭连接。所以TCP要比UDP可靠的多；

UDP是把数据发出去后，不管对方是不是在接收，也不管对方是否能接收的了，也不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出现丢包现象；

我们常用的网络应用基本上都是基于TCP和UDP的，这两个协议又会使用网络层的IP；但是我们完全可以绕开传输层的TCP和UDP，直接使用IP，甚至直接访问链路层，比如tcpdump程序就是直接和链路层进行通信的；

网络通信中的值和端口号

MAC地址：全称叫做媒体访问控制地址，也称为局域网地址、以太网地址或物理地址,由网络设备制造商生产时写入硬件内部。MAC地址与网络无关；

IP地址：全称叫做互联网协议地址，为互联网上的每一个网络和每一台主机配置一个唯一的逻辑地址，与物理地址作区别；所以IP地址用来识别TCP/IP网络中互连的主机和路由器；

端口号用来识别同一个计算机中进行通信的不同应用程序，因此也被称为程序地址；

TCP三次握手

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，然后才开始数据的读写，通讯完成时要拆除连接。

TCP提供面向有连接的通信传输。面向有连接是指在数据通信开始之前先做好两端之间的准备工作；
所谓三次握手是指建立一个TCP连接时需要客户端和服务端总共发送三个包以确认连接的建立；

第一次握手 客户端将标志位SYN置为1，随机产生一个seq = J，并将该数据包发送给服务端，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务端确认；

第二次握手 服务端接收到数据包后由标志位SYN =1 知道客户端请求建立连接，服务端将标志位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客户端以确认连接请求，服务端进入SYN_RCVD状态；

第三次握手 客户端收到确认后，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服务端，服务端检查ack是否为k+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，客户端和服务端进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后客户端与服务端之间可以开始数据传输了；

为什么TCP握手需要三次？

TCP是可靠的传输控制协议，而三次握手是保证数据可靠传输又能提高传输效率的最小次数。
三次握手的过程是通信双方互相告知序列号起始值，并确认对方已经收到了序列号起始值的必经步骤；
如果只是两次握手，至多只有连接发起方的起始序列号能被确认，另一方选择的序列号得不到确认；
如果是四次握手，很明显，三次握手后，通信的双方已经知道了对方序列号的起始值，也确认了对方知道自己序列号起始值，第四次没有必要了；

TCP三次握手的漏洞SYN洪泛攻击

TCP三次握手是有一个缺陷的，如果我们利用三次握手的缺陷进行攻击，这个攻击就是SYN洪泛攻击。三次握手中有一个第二次握手，服务端向客户端应答请求，应答请求是需要客户端IP的，攻击者可以伪造这个IP，往服务端狂发第一次握手的内容，第一次握手中客户端IP地址是伪造的，从而服务端忙于进行第二次握手但第二次握手没有结果，导致服务器被拖累死机；

解决方案 使用防火墙，在确认了连接的有效性后，才向内部的服务端发起SYN请求；

TCP四次挥手

四次挥手即终止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；

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，这一原则是当甲方完成数据发送任务后，发送一个FIN给乙方来终止这一方向的连接，乙方收到一个FIN只是意味着不会收到甲方数据了，但是乙方还可以给甲方发送数据，直到乙方也发送了FIN给甲方。

第一次挥手

• 客户端向服务端发送一个FIN数据包（FIN =1,seq = u）主动断开连接，报文中会指定一个序列号；
• 告诉服务器，我要跟你断开连接，不会再给你发数据了；
• 客户端此时还是可以接收数据，如果一直没有收到被动连接方的确认包，则可以重新发送这个包；
• 此时客户端处于FIN_WAIT1状态；

第二次挥手

• 服务端收到FIN数据包之后，向客户端发送确认包（ACK = 1,ack = u+1），把客户端的序列号值+1作为ACK报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了；
• 这时服务端告诉客户端：我知道你要断开了，但是我还有数据没有发送完，等发送完所有数据就进行第三次挥手；
• 此时服务端处理CLOSE_WAIT状态，客户端处理FIN_WAIT2状态；

第三次挥手

• 服务端向客户端发送FIN数据包(FIN = 1,seq = w)，且指定一个序列号，以及确认包(ACK = 1,ack = u+1)，用来停止向客户端发送数据；
• 这个动作是告诉客户端：我的数据也发送完了，不再给你发数据了；
• 此时服务端处于LAST_ACK状态，客户端处理TIME_WAIT状态；

第四次挥手

• 客户端收到FIN数据包之后，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报文的序列号值；
• 此时客户端处理TIME_WAIT状态；
• 需要过了一定时间（2MSL）以后，客户端发送确认包(ACK =1,ack = w+1),此时客户端才会进入CLOSE状态，以确保发送方的ACK可以到达接收方，防止已失效连接请求报文段出现在此连接中；

为什么需要等待2MSL

1.确保发送方发送的第四次挥手ACK报文可以到达接收方；
2.确保当前连接的所有报文都已经过期；

为什么TCP的挥手需要4次？

TCP是全双工模式，这就意味着，当客户端发出FIN报文段时，只是表示客户端已经没有数据要发送了，客户端告诉服务端，它的数据已经全部发送完毕；
但是，这个时候客户端还是可以接收来自服务端的数据，当服务端返回ACK报文段时，表示它已经知道客户端没有数据发送了，但服务端还是可以发送数据给客户端；当服务端也发送FIN报文段时，这个时候就表示服务端也没有数据要发送了，就会告诉客户端，我也没有数据要发送了，之后就中端此次TCP连接；