面试官:TCP 为什么要三次握手与四次分手?大部分人答不上来(上)

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简介: 面试官:TCP 为什么要三次握手与四次分手?大部分人答不上来(上)

TCP协议简介

TCP协议是五层协议中运输层的协议,下面依赖网络层、链路层、物理层,对于一个报文想发到另一台机器(假设是服务器)上对等层,每一个所依赖的层都会对报文进行包装,例如TCP协议就依赖网络层的IP协议,所以发送的报文会经过如下封装:


image.png


当这个数据包到达服务器时,服务器的网络层会对IP相关协议内容解封装、校验,然后运输层对TCP层进行解封,解封涉及到一系列的步骤,例如这个数据包是要干嘛?是发给我的吗?这些操作需要根据 TCP 报文的首部信息来判断,首部包含以下内容:


image.png


主要通过首部信息来了解这个包是干嘛的,关于首部信息,这儿需要用到的几个如下:


ACK:TCP协议规定,只有ACK=1时有效,也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 (finis):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。

「注意」 :·URG、ACK、PSH、PST、RST、SYN、FIN只有一位,也就是只有 0 或者 1 两种状态。


TCP协议三次握手


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「第一次握手」 :客户端先向服务端发送一个请求连接的报文段,这个报文段SYN位设置为1,序列号Seq(Sequence Number)设置为某一值,假设为X,发送出去之后客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认;


「第二次握手」 :服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);同时,自己自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1,Sequence Number为y;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态;


「第三次握手」 :客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。


完成了三次握手,客户端和服务器端就可以开始传送数据。以上就是TCP三次握手的总体介绍。


为什么要三次握手而不是两次?

为什么非要进行三次连接呢?两次行吗?在谢希仁的《计算机网络》中是这样说的:


为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端,因而产生错误。如下:


“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下:client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络结点长时间的滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段,同意建立连接。


假设不采用“三次握手”,那么只要server发出确认,新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立,并一直等待client发来数据。这样,server的很多资源就白白浪费掉了。


采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况,client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认,就知道client并没有要求建立连接。”,防止了服务器端的一直等待而浪费资源。


第三次握手失败了怎么办?

在tcp三次握手中 第二次握手完成后connect 就成功返回了 如果第三次握手的ack包丢了 此时 客户端已认为连接是成功的,如果没有应用层的心跳包,客户端会一直维护这个连接 请问如何避免这种情况?


第二次握手服务器收到SYN包,然后发出SYN+ACK数据包确认收到并且请求建立连接,服务器进入SYN_RECV状态。而这个时候第三次握手时客户端发送ACK给服务器失败了,服务器没办法进入ESTABLISH状态,这个时候肯定不能传输数据的,不论客户端主动发送数据与否,服务器都会有定时器发送第二步SYN+ACK数据包,如果客户端再次发送ACK成功,建立连接。


如果一直不成功,服务器肯定会有超时(大概64s)设置,超时之后会给客户端发「RTS报文」 (连接重置),进入CLOSED状态,防止SYN洪泛攻击,这个时候客户端应该也会关闭连接。


「SYN洪泛攻击:」


SYN攻击利用的是TCP的三次握手机制,攻击端利用伪造的IP地址向被攻击端发出请求,而被攻击端发出的响应 报文将永远发送不到目的地,那么「被攻击端在等待关闭这个连接的过程中消耗了资源」 ,如果有成千上万的这种连接,主机资源将被耗尽,从而达到攻击的目的。


TCP协议四次分手

还是这个图镇帖:


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四次分手,意思是某一端(可以使客户端,也可以是服务器端)想结束会话断开连接,那么具体流程是:


「第一次分手」 :主机1,设置序列号Seq(Sequence Number)和确认包ACK(Acknowledgment Number),假设seq为x+2,ACK=y+1,再将FIN标志位设置为1,向主机2发送FIN报文段;之后主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;


「第二次分手」 :主机2收到了主机1发送的FIN报文段,向主机1回一个ACK报文段(其值为接收到的FIN报文的seq值+1);主机1进入FIN_WAIT_2状态,等待主机二的断开请求包FIN;


「第三次分手」 :主机2向主机1发送FIN报文段,意思是我可以断开连接了,请求关闭连接,同时主机2进入CLOSE_WAIT状态;


「第四次分手」 :主机1收到主机2发送的FIN报文段,向主机2发送ACK报文段,值为刚刚接收到的FIN包Seq值+1,然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。


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