TCP/IP三次握手四次挥手

背景

• 和女友异地恋一年多，为了保持感情我提议天天晚上视频聊天一次。
• 从好上开始，到如今，一年多也算坚持下来了。

问题

• 有时候聊天的过程当中，个人网络或者她的网络可能会很差，视频就会卡住，听不到对方的声音，过一下子以后才会恢复。

• 中间双方可能就要不断的确认网络是否恢复，可是有时候会：

• 她：“你能够听到了吗？”

• 我：“能够了，你呢？”、

• 她：“喂喂，你能够听到了吗？”

• 我：“能够了，我能够听到了，你呢？”

• 她：“你能够听到了吗？” .....

• 这种状况很蛋疼，那么怎样才能找一个简单的办法，让两我的都确认本身能够听到对方的声音，对方也能够听到本身的声音呢？

• 注：如下情节纯属虚构

方案

• TCP创建链接为何是三次握手，而不是两次或四次？

• TCP，名为传输控制协议，是一种可靠的传输层协议，IP协议号为6。

• 顺便说一句，原则上任何数据传输都没法确保绝对可靠，三次握手只是确保可靠的基本须要。

• 举个平常例子，打电话时咱们对话以下：

• 对应为客户端与服务器之间的通讯：

• 因而有了以下对话： -我：1+1等于几？

• 她：2,2+2等于几？

• 我：4

• 首先两我的约定协议

• 1.感受网络状况不对的时候，任何一方均可以发起询问

• 2.任何状况下，若发起询问后5秒还没收到回复，则认为网络不通

• 3.网络不通的状况下等1min路由器以后再发起询问

• 对于我而言，发起 “1+1等于几”的询问后

• 1. 若5s内没有收到回复，则认为网络不通
• 2. 若收到回复，则我确认①我能听到她的消息 ②她能听到个人消息，而后回复她的问题的答案

• 对于她而言，当感受网络状况不对的时候

• 1. 若没有收到个人询问，则她发起询问
• 2. 若收到“1+1等于几”，则她确认 ①她能够听到个人消息，而后回复个人问题的答案和她的问题“2，2+2等于几”
• 3. 若5s内没有收到个人回复“4”，则她确认 ②我听不见她的消息
• 4. 若5s内收到了个人回复“4”，则她确认 ②我能够听见她的消息

• 这样，若是上面的对话得以完成，就证实双方均可以确认本身能够听到对方的声音，对方也能够听到本身的声音！

• 这个故事能够解释TCP为何要三次握手吗 ... 囧

关于四次挥手

• 先由客户端向服务器端发送一个FIN，请求关闭数据传输。
• 当服务器接收到客户端的FIN时，向客户端发送一个ACK，其中ack的值等于FIN+SEQ
• 而后服务器向客户端发送一个FIN，告诉客户端应用程序关闭。
• 当客户端收到服务器端的FIN是，回复一个ACK给服务器端。其中ack的值等于FIN+SEQ

为何要4次挥手？

• 确保数据可以完整传输。
• 当被动方收到主动方的FIN报文通知时，它仅仅表示主动方没有数据再发送给被动方了。
• 但未必被动方全部的数据都完整的发送给了主动方，因此被动方不会立刻关闭SOCKET,它可能还须要发送一些数据给主动方后，
• 再发送FIN报文给主动方，告诉主动方赞成关闭链接，因此这里的ACK报文和FIN报文多数状况下都是分开发送的。

1、TCP报文格式

TCP报文格式图：

• 上图中有几个字段须要重点介绍下：

  • （1）序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。

  • （2）确认序号：Ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，Ack=Seq+1。

  • （3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义以下：

  • （A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。

  • （B）ACK：确认序号有效。

  • （C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

  • （D）RST：重置链接。

  • （E）SYN：发起一个新链接。

  • （F）FIN：释放一个链接。

• 须要注意的是：

  • （A）不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。

  • （B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。

2、三次握手

• TCP(Transmission Control Protocol)　传输控制协议
• TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的链接服务，采用三次握手确认创建一个链接
• 位码即tcp标志位,有6种标示:

SYN(synchronous创建联机)

ACK(acknowledgement 确认)

PSH(push传送)

FIN(finish结束)

RST(reset重置)

URG(urgent紧急)

Sequence number(顺序号码)

Acknowledge number(确认号码)

establish 创建，建立

• 所谓三次握手（Three-Way Handshake）即创建TCP链接，是指创建一个TCP链接时，须要客户端和服务端总共发送3个包以确认链接的创建。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程以下图所示：

  • （1）第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
  • （2）第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求创建链接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack (number )=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认链接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
  • （3）第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，若是正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，若是正确则链接创建成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间能够开始传输数据了。

SYN攻击

• 在三次握手过程当中，Server发送SYN-ACK以后，收到Client的ACK以前的TCP链接称为半链接（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在短期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，因为源地址是不存在的，所以，Server须要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未链接队列，致使正常的SYN请求由于队列满而被丢弃，从而引发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攻击的方式很是简单，即当Server上有大量半链接状态且源IP地址是随机的，则能够判定遭到SYN攻击了，使用以下命令可让之现行：

  #netstat -nap | grep SYN_RECV

3、四次挥手

• 三次握手耳熟能详，四次挥手估计就..所谓四次挥手（Four-Way Wavehand）即终止TCP链接，就是指断开一个TCP链接时，须要客户端和服务端总共发送4个包以确认链接的断开。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，整个流程以下图所示：

• 因为TCP链接时全双工的，所以，每一个方向都必需要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的链接，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，可是在这个TCP链接上仍然可以发送数据，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，而另外一方则执行被动关闭，上图描述的便是如此。
  • （1）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。
  • （2）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。
  • （3）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。
  • （4）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。

• 上面是一方主动关闭，另外一方被动关闭的状况，实际中还会出现同时发起主动关闭的状况，具体流程以下图：

• 流程和状态在上图中已经很明了了，在此再也不赘述，能够参考前面的四次挥手解析步骤。

4、附注

• 关于三次握手与四次挥手一般都会有典型的面试题，在此提出供有需求的XDJM们参考：

  • （1）三次握手是什么或者流程？四次握手呢？答案前面分析就是。
  • （2）为何创建链接是三次握手，而关闭链接倒是四次挥手呢？

• 答：这是由于服务端在LISTEN状态下，收到创建链接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭链接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方再也不发送数据了可是还能接收数据，己方也未必所有数据都发送给对方了，因此己方能够当即close，也能够发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示赞成如今关闭链接，所以，己方ACK和FIN通常都会分开发送。