计算机网络-TCP之三次握手/四次握手

.概念

.特点

.背景知识补充

.三次握手

.四次握手

.其他补充

1.概念

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是 在不可靠的IP层之上实现的可靠的数据传输协议，它主要解决传输的可靠 有序 无丢失  不重复的问题。

每一条TCP连接只能有两个端点,TCP连接的端点不是主机 ，不是主机的IP地址，不是应用进程，也不是传输村的协议端口，TCP连接的端口叫套接字（socket）或插口。端口拼接到IP地址即构成了套接字。例如，若IP地址为192.3.4.16 而端口号为80，那么得到的套接字为192.3.4.16:80。

每一条TCP可以唯一的被通信两端 的两个端点（即两个套接字）所确定。

TCP连接采用客户/服务器方式，主动发起连接建立的应用进程叫客户机（client），而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器（server）

2.特点

（1）面向连接的协议，也就是说在收发数据之前，必须先和对方建立连接；

（2）每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的；

（3）TCP提供可靠的交付服务，保证传输的数据无差错  不丢失 不重复 且有序；

（4）TCP提供全双工通信，允许通信的双方的应用进程在任何时候都可以发送数据，为此TCP 的两端都设有发送缓存与接受缓存，用来存放双通信的数据；双工通信：可理解为高速公路相向车道是分开的，从武汉可以向上海运送物资，从上海也可以向武汉运送物资，互不干扰。

3.背景知识补充

ACK ： TCP协议规定，只有ACK=1时有效，规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1；

SYN(SYNchronization) ： 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此,  SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文;

FIN （finish）即完，终结的意思， 用来释放一个连接。当 FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

4.三次握手

（1）TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了LISTEN（监听）状态；

（2）第一次握手：TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。TCP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。

（3）第二次握手：TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了SYN-RCVD（同步收到）状态。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。

（4）第三次握手：TCP客户进程收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。

当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了

SYN泛洪攻击:

服务器端的资源是在完成第二次握手时分配的，而客户端的资源是在完成第三次握手时分配的，这使得服务器易受到SYN泛洪攻击。

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包将产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攻击时一种典型的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

why:为什么不是两次握手

如果使用的是两次握手建立连接，假设有这样一种场景，客户端发送了第一个请求连接并且没有丢失，只是因为在网络结点中滞留的时间太长了，由于TCP的客户端迟迟没有收到确认报文，以为服务器没有收到，此时重新向服务器发送这条报文，此后客户端和服务器经过两次握手完成连接，传输数据，然后关闭连接。此时此前滞留的那一次请求连接，网络通畅了到达了服务器，这个报文本该是失效的，但是，两次握手的机制将会让客户端和服务器再次建立连接，这将导致不必要的错误和资源的浪费。如果采用的是三次握手，就算是那一次失效的报文传送过来了，服务端接受到了那条失效报文并且回复了确认报文，但是客户端不会再次发出确认。由于服务器收不到确认，就知道客户端并没有请求连接。

5.四次握手

由于TCP连接时全双工的，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。

• 第一次挥手：
  Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
• 第二次挥手：
  Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态；此时TCP连接处于半关闭状态。
• 第三次挥手：
  Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
• 第四次挥手：
  Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

why:为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
       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。

6.补充知识

TCP和UDP的区别

TCP是面向链接的，虽然说网络的不安全不稳定特性决定了多少次握手都不能保证连接的可靠性，但TCP的三次握手在最低限度上（实际上也很大程度上保证了）保证了连接的可靠性；而UDP不是面向连接的，UDP传送数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，当然也不用重发，所以说UDP是无连接的、不可靠的一种数据传输协议。这一特点使得UDP的开销更小数据传输速率更高，因为不必进行收发数据的确认，所以UDP的实时性更好。