TCP详解(三次握手/四次挥手详解)

简介:

在一些防火墙或端口管理工具中经常会看到连接状态为CLOSED CLOSE_WITE LAST_ACK等的进程, 虽然状态就那么很少的几个, 而且看字面意思也能猜个大概, 但没做过Socket编程的朋友却很少能准确的知道每种状态的准确含义, 我也是经常把其中几项搞混. 下面把几种状态的说明整理了一下, 也许会对有的朋友有点用:

CLOSED 没有使用这个套接字
LISTEN 套接字正在监听入境连接
SYN_SENT 套接字正在试图主动建立连接
SYN_RECEIVED 正在处于连接的初始同步状态
ESTABLISHED 连接已建立
CLOSE_WAIT 远程套接字已经关闭:正在等待关闭这个套接字
FIN_WAIT_1 套接字已关闭,正在关闭连接
CLOSING 套接字已关闭,远程套接字正在关闭,暂时挂起关闭确认
LAST_ACK 远程套接字已关闭,正在等待本地套接字的关闭确认
FIN_WAIT_2 套接字已关闭,正在等待远程套接字关闭
TIME_WAIT 这个套接字已经关闭,正在等待远程套接字的关闭传送

 

 

服务端,端口的状态变化

 

  先在本机(IP地址为:192.168.1.10)配置FTP服务,然后在其它计算机(IP地址为:192.168.1.1)访问FTP服务,从TCPView看看端口的状态变化。

 

  下面黑体字显示的是从TCPView中截取的部分。

 

  1、LISTENING状态

 

  FTP服务启动后首先处于侦听(LISTENING)状态。

  State显示是LISTENING时表示处于侦听状态,就是说该端口是开放的,等待连接,但还没有被连接。就像你房子的门已经敞开的,但还没有人进来。

  从TCPView可以看出本机开放FTP的情况。它的意思是:程序inetinfo.exe开放了21端口,FTP默认的端口为21,可见在本机开放了FTP服务。目前正处于侦听状态。

  inetinfo.exe:1260 TCP 0.0.0.0:21 0.0.0.0:0 LISTENING 

 

  2、ESTABLISHED状态

 

  现在从192.168.1.1这台计算机访问一下192.168.1.10的FTP服务。在本机的TCPView可以看出端口状态变为ESTABLISHED。

  ESTABLISHED的意思是建立连接。表示两台机器正在通信。

  下面显示的是本机的FTP服务正在被192.168.1.1这台计算机访问。

  inetinfo.exe:1260 TCP 192.168.1.10:21 192.168.1.1:3009 ESTABLISHED

  注意:处于ESTABLISHED状态的连接一定要格外注意,因为它也许不是个正常连接。后面我们要讲到这个问题。

 

  3、 TIME_WAIT状态

 

  现在从192.168.1.1这台计算机结束访问192.168.1.10的FTP服务。在本机的TCPView可以看出端口状态变为TIME_WAIT。

  TIME_WAIT的意思是结束了这次连接。说明21端口曾经有过访问,但访问结束了。

  [System Process]:0 TCP 192.168.1.10:21 192.168.1.1:3009 TIME_WAIT 

 

  4、小技巧

 

  a、可以telnet一个开放的端口,来观察该端口的变化。比如看1025端口是开放的,在命令状态(如图1运行cmd)运行:

  telnet 192.168.1.10 1025

  b、从本机也可以测试,只不过显示的是本机连本机

  c、在Tcpview中双击连接可看出程序的位置,右键点击该连接,选择End Process即可结束该连接

  客户端,端口的状态变化

  客户端口实际上就是从本机访问其它计算机服务时打开的源端口,最多的应用是上网,下面就以访问www.baidu.com为例来看看端口开放以及状态的变化情况。

 

  1、SYN_SENT状态

 

  SYN_SENT状态表示请求连接,当你要访问其它的计算机的服务时首先要发个同步信号给该端口,此时状态为SYN_SENT,如果连接成功了就变为ESTABLISHED,此时SYN_SENT状态非常短暂。但如果发现SYN_SENT非常多且在向不同的机器发出,那你的机器可能中了冲击波或震荡波之类的病毒了。这类病毒为了感染别的计算机,它就要扫描别的计算机,在扫描的过程中对每个要扫描的计算机都要发出了同步请求,这也是出现许多SYN_SENT的原因。

  下面显示的是本机连接www.baidu.com网站时的开始状态,如果你的网络正常的,那很快就变为ESTABLISHED的连接状态。

  IEXPLORE.EXE:2928 TCP 192.168.1.10:1035 202.108.250.249:80 SYN_SENT

 

  2、ESTABLISHED状态

 

  下面显示的是本机正在访问www.baidu.com网站。如果你访问的网站有许多内容比如访问www.yesky.com,那会发现一个地址有许多ESTABLISHED,这是正常的,网站中的每个内容比如图片、flash等都要单独建立一个连接。看ESTABLISHED状态时一定要注意是不是IEXPLORE.EXE程序(IE)发起的连接,如果是EXPLORE.EXE之类的程序发起的连接,那也许是你的计算机中了木马了。

  IEXPLORE.EXE:3120 TCP 192.168.1.10:1045 202.108.250.249:80 ESTABLISHED

  3、TIME_WAIT状态

 

  如果浏览网页完毕,那就变为TIME_WAIT状态。

  [System Process]:0 TCP 192.168.1.10:4259 202.108.250.249:80 TIME_WAIT



1、建立连接协议(三次握手)

(1)客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的报文1。
(2) 服务器端回应客户端的,这是三次握手中的第2个报文,这个报文同时带ACK标志和SYN标志。因此它表示对刚才客户端SYN报文的回应;同时又标志SYN给客户端,询问客户端是否准备好进行数据通讯。
(3) 客户必须再次回应服务段一个ACK报文,这是报文段3。
2、连接终止协议(四次挥手)
   由于TCP连接是全双工的,因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。
 (1) TCP客户端发送一个FIN,用来关闭客户到服务器的数据传送(报文段4)。
 (2) 服务器收到这个FIN,它发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1(报文段5)。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号。
 (3) 服务器关闭客户端的连接,发送一个FIN给客户端(报文段6)。
 (4) 客户段发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1(报文段7)。
CLOSED: 这个没什么好说的了,表示初始状态。
LISTEN: 这个也是非常容易理解的一个状态,表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态,可以接受连接了。
SYN_RCVD: 这个状态表示接受到了SYN报文,在正常情况下,这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态,很短暂,基本上用netstat你是很难看到这种状态的,除非你特意写了一个客户端测试程序,故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态时,当收到客户端的ACK报文后,它会进入到ESTABLISHED状态。
SYN_SENT: 这个状态与SYN_RCVD遥想呼应,当客户端SOCKET执行CONNECT连接时,它首先发送SYN报文,因此也随即它会进入到了SYN_SENT状态,并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT状态表示客户端已发送SYN报文。
ESTABLISHED:这个容易理解了,表示连接已经建立了。
FIN_WAIT_1: 这个状态要好好解释一下,其实FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是:FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时,它想主动关闭连接,向对方发送了FIN报文,此时该SOCKET即进入到FIN_WAIT_1状态。而当对方回应ACK报文后,则进入到FIN_WAIT_2状态,当然在实际的正常情况下,无论对方何种情况下,都应该马上回应ACK报文,所以FIN_WAIT_1状态一般是比较难见到的,而FIN_WAIT_2状态还有时常常可以用netstat看到。
FIN_WAIT_2:上面已经详细解释了这种状态,实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET,表示半连接,也即有一方要求close连接,但另外还告诉对方,我暂时还有点数据需要传送给你,稍后再关闭连接。
TIME_WAIT: 表示收到了对方的FIN报文,并发送出了ACK报文,就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下,收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入到TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态。
CLOSING: 这种状态比较特殊,实际情况中应该是很少见,属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下,当你发送FIN报文后,按理来说是应该先收到(或同时收到)对方的ACK报文,再收到对方的FIN报文。但是CLOSING状态表示你发送FIN报文后,并没有收到对方的ACK报文,反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢?其实细想一下,也不难得出结论:那就是如果双方几乎在同时close一个SOCKET的话,那么就出现了双方同时发送FIN报文的情况,也即会出现CLOSING状态,表示双方都正在关闭SOCKET连接。
CLOSE_WAIT: 这种状态的含义其实是表示在等待关闭。怎么理解呢?当对方close一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你系统毫无疑问地会回应一个ACK报文给对方,此时则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢,实际上你真正需要考虑的事情是察看你是否还有数据发送给对方,如果没有的话,那么你也就可以close这个SOCKET,发送FIN报文给对方,也即关闭连接。所以你在CLOSE_WAIT状态下,需要完成的事情是等待你去关闭连接。
LAST_ACK: 这个状态还是比较容易好理解的,它是被动关闭一方在发送FIN报文后,最后等待对方的ACK报文。当收到ACK报文后,也即可以进入到CLOSED可用状态了。
最后有2个问题的回答,我自己分析后的结论(不一定保证100%正确)
1、 为什么建立连接协议是三次握手,而关闭连接却是四次握手呢?
这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后,它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用,而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时,当收到对方的FIN报文通知时,它仅仅表示对方没有数据发送给你了;但未必你所有的数据都全部发送给对方了,所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后,再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了,所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
2、 为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态?

这是因为:虽然双方都同意关闭连接了,而且握手的4个报文也都协调和发送完毕,按理可以直接回到CLOSED状态(就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样);但是因为我们必须要假想网络是不可靠的,你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到,因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文,而重发FIN报文,所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。



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