TCP三次握手和四次揮手

第一次握手

客戶端向服務器發出連接請求報文，這時報文首部中的同部位SYN=1，同時隨機生成初始序列號 seq=x，此時，TCP客戶端進程進入了 SYN-SENT（同步已發送狀態）狀

態。TCP規定，SYN報文段（SYN=1的報文段）不能攜帶數據，但需要消耗掉一個序號。這個三次握手中的開始。表示客戶端想要和服務端建立連接。

第二次握手

TCP服務器收到請求報文後，如果同意連接，則發出確認報文。確認報文中應該 ACK=1，SYN=1，確認號是ack=x+1，同時也要為自己隨機初始化一個序列號 seq=y，此

時，TCP服務器進程進入了SYN-RCVD（同步收到）狀態。這個報文也不能攜帶數據，但是同樣要消耗一個序號。這個報文帶有SYN(建立連接)和ACK(確認)標誌，詢問客戶端

是否準備好。

第三次握手

TCP客戶進程收到確認後，還要向服務器給出確認。確認報文的ACK=1，ack=y+1，此時，TCP連接建立，客戶端進入ESTABLISHED（已建立連接）狀態。

TCP規定，ACK報文段可以攜帶數據，但是如果不攜帶數據則不消耗序號。這里客戶端表示我已經準備好。

思考：為什麼要三次握手呢，有人說兩次握手就好了

舉例：已失效的連接請求報文段。

client發送了第一個連接的請求報文，但是由於網路不好，這個請求沒有立即到達服務端，而是在某個網路節點中滯留了，直到某個時間才到達server，本來這已經是一個失效

的報文，但是server端接收到這個請求報文後，還是會想client發出確認的報文，表示同意連接。假如不採用三次握手，那麼只要server發出確認，新的建立就連接了，但其實這個

請求是失效的請求，client是不會理睬server的確認信息，也不會向服務端發送確認的請求，但是server認為新的連接已經建立起來了，並一直等待client發來數據，這樣，server的

很多資源就沒白白浪費掉了，採用三次握手就是為了防止這種情況的發生，server會因為收不到確認的報文，就知道client並沒有建立連接。這就是三次握手的作用。

二、TCP數據的傳輸過程

建立連接後，兩台主機就可以相互傳輸數據了。如下圖所示：

1）主機A初始seq為1200,滑動窗體為100,向主機B傳遞數據的過程。

2）假設主機B在完全成功接收數據的基礎上,那麼主機B為了確認這一點，向主機A發送 ACK 包，並將 Ack 號設置為 1301。因此按如下的公式確認 Ack 號：

Ack號 = Seq號 + 傳遞的字節數 + 1 （這是在完全接受成功的情況下）

3）主機A獲得B傳來的ack(1301)後,開始發送seq為1301,滑動窗體為100的數據。

……

與三次握手協議相同，最後加 1 是為了告訴對方要傳遞的 Seq 號。上面說了，主機B完全成功接收A發來的數據才是這樣的,如果存在丟包該如何。

下面分析傳輸過程中數據包丟失的情況，如下圖所示：

上圖表示通過 Seq 1301 數據包向主機B傳遞100字節的數據，但中間發生了錯誤，主機B未收到。經過一段時間後，主機A仍未收到對於 Seq 1301 的ACK確認，因此嘗試

重傳數據。為了完成數據包的重傳，TCP套接字每次發送數據包時都會啟動定時器，如果在一定時間內沒有收到目標機器傳回的 ACK 包，那麼定時器超時，數據包會重傳。

上面也只是一種可能,比如數據1250丟失,那麼Ack返回的就是1250,具體的可以詳細看下博客：【TCP協議】（1）—TCP協議詳解,這里面滑動窗口有說明。

三、TCP的四次揮手

第一次握手

TCP發送一個FIN(結束)，用來關閉客戶到服務端的連接。

客戶端進程發出連接釋放報文，並且停止發送數據。釋放數據報文首部，FIN=1，其序列號為seq=u（等於前面已經傳送過來的數據的最後一個字節的序號加1），

此時，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態。 TCP規定，FIN報文段即使不攜帶數據，也要消耗一個序號。

第二次握手

服務端收到這個FIN，他發回一個ACK(確認)，確認收到序號為收到序號+1，和SYN一樣，一個FIN將占用一個序號。

服務器收到連接釋放報文，發出確認報文，ACK=1，ack=u+1，並且帶上自己的序列號seq=v，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態。TCP服務器

通知高層的應用進程，客戶端向服務器的方向就釋放了，這時候處於半關閉狀態，即客戶端已經沒有數據要發送了，但是服務器若發送數據，客戶端依然要接受。這個

狀態還要持續一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態持續的時間。

客戶端收到服務器的確認請求後，此時，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態，等待服務器發送連接釋放報文（在這之前還需要接受服務器發送的最後的數據）。

第三次握手

服務端發送一個FIN(結束)到客戶端，服務端關閉客戶端的連接。

服務器將最後的數據發送完畢後，就向客戶端發送連接釋放報文，FIN=1，ack=u+1，由於在半關閉狀態，服務器很可能又發送了一些數據，假定此時的序列號為seq=w，

此時，服務器就進入了LAST-ACK（最後確認）狀態，等待客戶端的確認。

第四次握手

客戶端發送ACK(確認)報文確認，並將確認的序號+1，這樣關閉完成。

客戶端收到服務器的連接釋放報文後，必須發出確認，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態。注意此時

TCP連接還沒有釋放，必須經過2∗∗MSL（最長報文段壽命）的時間後，當客戶端撤銷相應的TCB後，才進入CLOSED狀態。

服務器只要收到了客戶端發出的確認，立即進入CLOSED狀態。同樣，撤銷TCB後，就結束了這次的TCP連接。可以看到，服務器結束TCP連接的時間要比客戶端早一些。

思考：那麼為什麼是4次揮手呢？

為了確保數據能夠完成傳輸。

關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方沒有數據發送給你了；但未必你所有的數據都全部發送給對方了，所以你可以未必會馬上會關閉SOCKET,也

即你可能還需要發送一些數據給對方之後，再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了，所以它這里的ACK報文和FIN報文多數情況下都是分開發送的。

可能有人會有疑問，tcp我握手的時候為何ACK(確認)和SYN(建立連接)是一起發送。揮手的時候為什麼是分開的時候發送呢.

因為當Server端收到Client端的SYN連接請求報文後，可以直接髮送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的，SYN報文是用來同步的。但是關閉連接時，當Server端收到

FIN報文時，很可能並不會立即關閉 SOCKET，所以只能先回復一個ACK報文，告訴Client端，”你發的FIN報文我收到了”。只有等到我Server端所有的報文都發送完了，我才能

發送FIN報文，因此不能一起發送。故需要四步握手。

思考:客戶端突然掛掉了怎麼辦？

正常連接時，客戶端突然掛掉了，如果沒有措施處理這種情況，那麼就會出現客戶端和服務器端出現長時期的空閒。解決辦法是在服務器端設置保活計時器，每當服務器收到

客戶端的消息，就將計時器復位。超時時間通常設置為2小時。若服務器超過2小時沒收到客戶的信息，他就發送探測報文段。若發送了10個探測報文段，每一個相隔75秒，

還沒有響應就認為客戶端出了故障，因而終止該連接。

四、SYN（洪水）攻擊

背景

初始化連接的 SYN 超時問題Client發送SYN包給Server後掛了，Server回給Client的SYN-ACK一直沒收到Client的ACK確認，這個時候這個連接既沒建立起來，也不能算

失敗。這就需要一個超時時間讓Server將這個連接斷開，否則這個連接就會一直占用Server的SYN連接隊列中的一個位置，大量這樣的連接就會將Server的SYN連接隊列耗盡，

讓正常的連接無法得到處理。

目前，Linux下默認會進行5次重發SYN-ACK包，重試的間隔時間從1s開始，下次的重試間隔時間是前一次的雙倍，5次的重試時間間隔為1s, 2s, 4s, 8s, 16s，總共31s，第

5次發出後還要等32s都知道第5次也超時了，所以，總共需要 1s + 2s + 4s+ 8s+ 16s + 32s = 63s，TCP才會把斷開這個連接。由於，SYN超時需要63秒，那麼就給攻擊者一

個攻擊服務器的機會，攻擊者在短時間內發送大量的SYN包給Server(俗稱SYN flood攻擊)，用於耗盡Server的SYN隊列。

什麼是 SYN 攻擊

SYN 攻擊指的是，攻擊客戶端在短時間內偽造大量不存在的IP地址，向服務器不斷地發送SYN包，服務器回復確認包，並等待客戶的確認。由於源地址是不存在的，服務器

需要不斷的重發直至超時，這些偽造的SYN包將長時間占用未連接隊列，正常的SYN請求被丟棄，導致目標系統運行緩慢，嚴重者會引起網路堵塞甚至系統癱瘓。SYN 攻擊是一

種典型的 DoS攻擊。

如何檢測 SYN 攻擊？

檢測 SYN 攻擊非常的方便，當你在服務器上看到大量的半連接狀態時，特別是源IP地址是隨機的，基本上可以斷定這是一次SYN攻擊。在 Linux/Unix 上可以使用系統自帶的

netstats 命令來檢測 SYN 攻擊。

如何防禦 SYN 攻擊？

SYN攻擊不能完全被阻止，除非將TCP協議重新設計。我們所做的是盡可能的減輕SYN攻擊的危害，常見的防禦 SYN 攻擊的方法有如下幾種：

縮短超時（SYN Timeout）

時間增加最大半連接數

過濾網關防護SYN

cookies技術

四、TCP和UDP的區別

我這里簡單列舉幾個，因為我還沒有研究UDP這個協議。

1、基於連接與無連接;UDP是無連接的，即發送數據之前不需要建立連接

2、TCP保證數據正確性，UDP可能丟包，TCP保證數據順序，UDP不保證。也就是說，通過TCP連接傳送的數據，無差錯，不丟失，不重復，且按序到達;UDP盡最大努力交付

，即不保證可靠交付Tcp通過校驗和，重傳控制，序號標識，滑動窗口、確認應答做到可靠傳輸。如丟包時的重發控制，還可以對次序亂掉的分包進行順序控制。

3、UDP具有較好的實時性，工作效率比TCP高，適用於對高速傳輸和實時性有較高的通信或廣播通信。

4、每一條TCP連接只能是點到點的;UDP支持一對一，一對多，多對一和多對多的交互通信。

5、TCP對系統資源要求較多，UDP對系統資源要求較少。